四氧化三铁的制备实验报告.docx
四氧化三铁的制备试验报告篇一：四氧化三铁纳米材料的制备 四氧化三铁纳米材料的制备一、原理化学共沉淀法制备超微粒子的过程是溶液中形成胶体粒子的分散过程,可分为 2 个阶段:第一个阶段是形成晶核, 其次个阶段是晶体(晶核)的成长。而晶核的生成速度 vl 和晶体(晶核)的成长速度 v2 可用以下两式表示:为过饱和浓度,s 为其溶解度,故(c-s)为过饱和度,k1,k2 分别为二式的比例常数,D 为溶质分子的集中系数。当V1>V2 时,溶液中生成大量的晶核,晶粒粒度小;当vl 承受化学共沉淀法制备纳米磁性四氧化三铁是将二价铁盐和三价铁盐溶液按肯定比例混合,将碱性沉淀 剂快速参加至上述铁盐混合溶液中,搅拌、反响一段时间即 得纳米磁性 Fe304 粒子,其反响式如下:Fe2+Fe3+oh-Fe(oh)2/Fe(oh)3(形成共沉淀)110Fe(oh)2+Fe(oh)3Feooh+Fe304(ph7.5) Feooh+Fe2+Fe3o4+h+(ph9.2)Fe2+2Fe3+8oh-Fe3o4+4h2o由反响式可知,该反响的理论摩尔比为Fe2+:Fe3+:oh-=l:2:8,但由于二价铁离子易氧化成三价铁离子,所以实际反响中二价铁离了应适当过量。该法的原理 虽然简洁,但实际制备中还有很多简单的中间反响和副产物:Fe3o4+0.25o2+4.5h2o3Fe(oh)3(4)2Fe3o4+0.5o23Fe2o3(5)此外,溶液的浓度、nFe2+/nFe3+的比值、反响和熟化温 度、溶液的 ph 值、洗涤方式等,均对磁性微粒的粒径、形态、构造及性能有很大影响。目前,纳米二氧化硅主要制备方法有：以硅烷卤化物为原料的气相法;以硅酸钠和无机酸为原料的化学沉淀法;以及以硅酸酯等为原料的溶胶凝胶法和微乳液法。在这些方法 中,气相法原料昂贵,设备要求高,生产流程长,能耗大;溶胶凝胶法原料昂贵,制备时间长;而微乳液法本钱高、有机物难 以去除易对环境造成污染。与上述三种方法相比,化学沉淀法具有原料来源广泛、价廉,能耗小,工艺简洁,易于工业化等优点,但同时也存在产品粒径大或分布范围较宽的问题, 这是由于产品性状在制备过程中受很多可变因素的影响。以硅酸钠为硅源,氯化铵为沉淀剂,参加外表活性剂十六烷基三甲基溴化铵(cTAb)和乙醇,通过化学沉淀法合成了粒径小且分布窄的纳米二氧化硅。在硅酸钠溶液中,简洁的偏硅酸离子并不存在,偏硅酸钠的实际构造为 na2(h2sio4) 和na(h3sio4),因此溶液中的负离子为h2sio42-和h3sio4-。二者在溶液中皆可与氢离子结合生成硅酸。氯化铵是一种强酸弱碱盐,能缓慢地释放出 h+,可以有效避开 ph 变化过大。另外反响在碱性条件下进展,反响所生成的粒子带负电,可吸引nh+4 和溶液中的na+形成双电层,通过双电层之间库仑排斥作用,平衡离子外表电荷,从而可以使粒子之间发生团聚的引力大大降低。较高浓度硅酸钠溶液的参加会导致溶液局部 ph 值瞬间变化较大,易导致粉末硬团聚的发生。因此试验中承受较低 浓度的硅酸钠溶液。在反响过程中,沉淀时ph 值过小会影响产物的得率,再者在酸性条件下,溶液中的 nh+4 和na+无法起到平衡粒子外表电荷的作用,因此将 ph 掌握在碱性条件下。硅酸钠在水溶液中酸化时,2ona 转化成 2oh,是一种高外表积的微粒,在它的外表吸附有大量的水,假设失水,这种结合就会快速发生, 快速增长成粗大的颗粒,因此,要在这一时期实行有效措施 掌握这种结合的发生。而极性分子乙醇的存在可起到隔离的 作用,乙醇分子靠与顶氧生成氢键来阻碍顶氧形成硅一氧联结,从而制得小颗粒的 sio2。sio2 在成核过程中带负电,而cTAb 是阳离子外表活性剂, 在溶液中可形成胶束,吸附并包覆在微粒上,从而起到抑制 晶核的生长、掌握粒径大小的作用。再者,由于 cTAb 的包覆, 可阻挡杂质离子对 sio2 的吸附,同时在高温煅烧下,cTAb 可以完全分解,不会引入杂质,从而保证了 sio2 的纯度。在洗 涤的乙醇水溶液中也应参加cTAb,以防由于洗涤而导致cTAb 削减,最终造成团聚的发生。二、试剂和仪器Fecl36h2o(AR)、Feso47h2o(AR)、去离子水、0.25mol/LnaohAR、0.4mol/L 硅酸钠(na2sio3·9h2o)分析纯、氯化铵(nh4cl)分析纯、无水乙醇分析纯；控温磁力搅拌器、phs225 型ph 计、高速离心机、三口烧瓶、烧杯、量筒、玻璃棒、ph 试纸三、制备【将肯定量的二价铁盐(Feso4·7h2o)和三价铁盐(Fecl3·6h2o)溶液按物质的量比为 1:2 的比例混合，铁盐总浓度为 0.5mol/L,参加到三口烧瓶中,参加 200mL 蒸馏水, 温度掌握在(30±1),在氮气氛下，再将 0.25mol/Lnaoh 缓慢滴加到三口烧瓶中至 ph=10,猛烈搅拌,高温恒温水浴晶化肯定时间。混合液由橙红色渐渐变成黑色后,再连续搅拌15min 后完毕反响,所得四氧化三铁颗粒离心,用蒸馏水反复洗涤直至 ph=7,移去上层清液,将产物在 80下保温 30min, 使之陈化,研磨即得纳米磁性四氧化三铁粒子。】三、包覆首先,配制体积比 1:8 配制乙醇水溶液,称取肯定质量的硅酸钠溶解于乙醇水溶液中,并向其中参加少量阳离子外表活性剂十六烷基三甲基溴化铵(cTAb)。然后配置浓度为1.5mol/L 的氯化铵溶液,将氯化铵溶液置于恒温磁力搅拌器上,温度掌握在 40,接着将硅酸钠溶液缓慢滴入氯化铵溶液中,直至到达ph=8.5,连续搅拌反响 1h,将所得的沉淀用参加cTAb 的乙醇水溶液离心洗涤,最终将所得白色粉末置于烘箱于 100烘干,并用马弗炉煅烧。本试验承受 nh3.h2o 作为沉淀剂,将肯定量的二价铁盐(Feso4·7h2o)和三价铁盐(Fecl3·6h2o)混合溶液参加到三 口烧瓶中,在氮气氛下再将肯定浓度的 nh3·h2o 参加到三口烧瓶中,猛烈搅拌,水浴恒温。混合液由橙红色渐渐变成黑色后,再连续搅拌 15min 后完毕反响,离心,用蒸馏水反复洗涤直至 ph=7,移去上层清液,在 60下真空枯燥 24h, 研磨即得纳米磁性四氧化三铁粒子。将Fecl2·4h2o 和Fecl3·6h2o 按物质的量比为 1:2 的比例混合放入烧瓶中,参加 200mL 蒸馏水,温度掌握在(30± 1),猛烈搅拌并缓慢滴加 0.4mol/L 的nh3·h2o 至 ph=9, 将溶液高温恒温水浴晶化肯定时间。反响完毕,Fe3o4 晶体粒子经沉淀、离心分别,并用去离子水屡次洗涤至溶液 ph=7。所得纳米级四氧化三铁颗粒,通过 x 射线谱图证明白该粒子的组成构造。通过 Tem 争论说明,所制得的四氧化三铁粒子主要为球形,粒径分布均匀,平均粒径在 10nm 左右。
