钛白副产物硫酸亚铁制备超微细氧化铁

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1、钛白副产物硫酸亚铁制备超微细氧化铁51前言纳米科学与技术(Nano-ST)是研究尺寸在0.1-100nm之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的一门科学技术。纳米科技主要包括：①纳米材料学；②纳米化学；③纳米体系物理学；④纳米生物学；⑤纳米电子学；⑤纳米力学；⑥纳米加工学。纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料的基本单元按维数可以分为三类：①零维，指其在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒、原子团簇、人造超原子、纳米尺寸的孔洞等；②一维，指在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管等；③

2、二维，指在三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格等。因为这些单元往往具有量子性质，所以零维、一维和二维基本单元又分别有量子点、量子线和量子阱之称。纳米材料大致可分为纳米粉末(零维)、纳米纤维(一维)、纳米膜(二维)、纳米块体(三维)、纳米复合材料、纳米结构等六类。其中纳米粉末研究开发时间最长，技术最为成熟，是制备其他纳米材料的基础[1]。纳米材料(NanoscaledMaterials)由于其表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，从而使之具有各种奇异的力、电、光、磁、热效应以及化学活性。在世界范围内，纳米氧化铁颜料的产销量仅次于钛白粉，是第二个量大而面广

3、的无机颜料。作为一种化工原料，由于其色谱广、无毒和价廉等原因，纳米氧化铁具有良好的耐候性、耐光性、磁性和对紫外线具有良好的吸收和屏蔽效应，可广泛应用于建筑材料、闪光涂料、橡胶、陶瓷、玻璃、造纸、油墨、油地毡、美术颜料、医药、化妆品、催化剂、高级精磨材料、磁性记录材料、宠物饲料添加剂等领域中，且可望开发新的用途[2]。因此，了解和掌握纳米氧化铁的各种制备方法无疑具有重要的现实意义。通常人们将铁的氧化物及其羟基氧化物归属于氧化铁系列化合物。按其价态、晶型和结构的不同可分为(α、β和γ)-Fe2O3、(α、β、γ和δ)-FeOOH、Fe3O4、FeO等；按其用途不同可分为颜料氧化铁和磁性

4、氧化铁；按其色泽之不同又可分为红、黄、橙、棕、黑等。其中较具实用价值的有α-Fe2O3、γ-Fe2O3、α-FeOOH、Fe3O4等。5我国的钛白生产以硫酸法为主，在该法生产过程中，副产硫酸亚铁的产量很大，约为钛白产量的3倍，除部分被利用外，大部分堆积放置，不仅污染环境且浪费资源。利用钛白副产硫酸亚铁生产纳米级氧化铁，经济效益和社会效益明显。目前研究纳米氧化铁的各种制备工艺已成热点,其生产方法可分为气相法，液相法和固相法三大类。液相法制备纳米微粒的共同特点就是都以均相的溶液为出发点，通过各种途径使溶质与溶剂分离，溶质形成一定形状和大小的颗粒，得到所需粉末的前驱体，热解后得到纳米微粒

5、。主要的制备方法有下述几种：沉淀法[3]、水热法[4]、强迫水解法[5]、凝胶-溶胶法[4]、微乳液法[6]和辐射合成法[7]等。1.1沉淀法包含一种或多种离子的可溶性盐溶液，当加入沉淀剂(如OH-、C2O42-、CO32-等)后，于一定温度下使溶液发生水解，形成不溶性的氢氧化物、水合氧化物或盐类从溶液中析出，将溶剂和溶液中原有的阴离子洗去，经热解或脱水即得到所需的氧化物粉料。1.2水解法水解反应一般指在高温、高压的水溶液中进行的一系列化学反应和物理作用。在高温和高压的水溶液中，许多化合物表现出与在常温下不同的性质，如溶解度增大，离子活度增强，化合物晶体结构易转型及氢氧化物易脱水等

6、。制备的主要过程是亚铁盐先用氢氧化钠调节pH值，然后升温通氧，在氧化的同时产生脱水，一步制得α-Fe2O3，其反应机理如下：Fe2++2OH--→Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O-→4Fe(OH)32Fe(OH)3-→α-Fe2O3+3H2O这种方法根据反应物的不同浓度、pH值、反应温度、氧化程度的不同可以制得各种氧化铁。Kominami,Hiroshi等通过在(423—573K)常压下、在有机溶剂中用水热的方法处理乙酰丙酮化铁制得纳米Fe3O4。在丙醛溶液中，Fe3+在上述条件中被乙酰丙酮基团或溶液氧化还原，之后就形成的Fe3O4。在丙醛中含有少量水时，在相同的条件

7、下就会生成α-Fe2O3，如果加长反应时间就会生成γ-Fe2O3。1.3强迫水解法强迫水解法，顾名思义，在含Fe3+的溶液中加入一定的晶体助长剂及0H-离子然后在沸腾回流的情况下加热，降至室温，用高速离心机将沉淀物与母液分离，并用去离子水多次洗涤沉淀，烘干。该工艺过程经历由α-FeOOH或γ-FeOOH到α-Fe2O3或γ-Fe2O3，的相转化过程。TaeghwanHyeon等就用此法合成了纳米γ-Fe2O3。该方法是通过控制氧化速率得到均一的铁的纳米微粒。主要有以下