太阳城集团

  • / 11
  • 下载费用:30 金币  

一种四氧化三铁/碳磁性纳米复合材料的制备方法.pdf

摘要
申请专利号:

CN201510534046.6

申请日:

2015.08.27

公开号:

CN105047346A

公开日:

2015.11.11

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H01F 1/11申请日:20150827|||公开
IPC分类号: H01F1/11; C01G49/08; C01B31/02 主分类号: H01F1/11
申请人: 西北师范大学
发明人: 苏碧桃; 靳正娟; 董永永; 董娜; 何方振; 莘俊莲
地址: 730070甘肃省兰州市安宁区安宁东路967号
优先权:
专利代理机构: 甘肃省知识产权事务中心62100 代理人: 张英荷
PDF完整版下载: PDF下载
法律状态
申请(专利)号:

CN201510534046.6

授权太阳城集团号:

||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2017.03.22|||2015.12.09|||2015.11.11

法律状态类型:

太阳城集团授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明提供了一种四氧化三铁/碳磁性纳米复合材料的制备方法,该方法以Fe(NO3)3·9H2O为原料,鸡毛(chicken feather-CF)为还原剂,乙醇为溶剂,进行溶剂热一步反应而得。本发明在不添加任何试剂(如沉淀剂、还原剂、催化剂)的条件下,通过调控CF的用量,保证适量Fe3+→Fe2+的转化,获得具有良好磁性能的Fe3O4/C磁性纳米复合材料;具有成本低、流程短、效率高、操作简单、绿色环保等突出优点。

权利要求书

1.一种四氧化三铁/碳磁性纳米复合材料的制备方法,是以Fe(NO3)3·9H2O为原料,鸡毛为还原剂,乙醇为溶剂,进行溶剂热反应;反应结束后离心、洗涤、干燥,得四氧化三铁/碳磁性纳米复合材料。2.如权利要求1所述四氧化三铁/碳磁性纳米复合材料的制备方法,其特征在于:将Fe(NO3)3·9H2O充分溶于无水乙醇中,再将清洗处理的鸡毛浸入其中,超声0.5~1h后,转移到聚四氟乙烯反应釜中,于180~200℃下反应10~30h;反应结束后离心、洗涤、干燥,可得。3.如权利要求1或2所述四氧化三铁/碳磁性纳米复合材料的制备方法,其特征在于:处理后鸡毛与Fe(NO3)3·9H2O的质量比为0.58:1~1.08:1。4.如权利要求1或2所述四氧化三铁/碳磁性纳米复合材料的制备方法,其特征在于:所述洗涤是采用无水乙醇和二次蒸馏水进行洗涤。5.如权利要求1或2所述四氧化三铁/碳磁性纳米复合材料的制备方法,其特征在于:所述干燥是在烘箱中,于110~120℃下干燥9~10h。6.如权利要求1或2所述四氧化三铁/碳磁性纳米复合材料的制备方法,其特征在于:所述鸡毛的清洗处理,是将鸡毛先用水清洗除去表面杂质后,于无水乙醇浸泡处理24~48h,晾干备用。

说明书

一种四氧化三铁/碳磁性纳米复合材料的制备方法

技术领域

本发明属于磁性材料技术领域,涉及一种四氧化三铁磁性材料的制备;尤其涉及一种利用鸡毛为还原剂制备四氧化三铁/碳(Fe3O4/C)磁性纳米复合材料的方法。

背景技术

反尖晶石结构的四氧化三铁(Fe3O4)是一类重要的磁性铁氧体材料,由于其具有独特的物理、化学性质及磁学特性(如高的磁化强度以及耐腐蚀和磨损性能等),在微波吸收、磁记录和磁流体方面有着非常广阔的应用前景。

太阳城集团目前,制备Fe3O4(FeOFe2O3)磁性材料的方法主要有:化学共沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法等。然而,传统制备方法均存在一些不足:如化学共沉淀法虽然简单,但制备出的材料颗粒较大,团聚比较严重;溶胶-凝胶法的制备条件不易控制,所用原料多数是有机化合物,成本高,且有些对人体有害。从另一角度讲,大多数的制备方法由于利用铁源的不同,存在的问题也各不相同。简单地讲,若以Fe3+盐做铁源时,不仅需要使用碱性沉淀剂,而且还需还原剂,以使适量的Fe3+转化为Fe2+;若以Fe2+盐做铁源时,除需添加碱性沉淀剂外,还需控制适量Fe2+(易于氧化成Fe3+)转化为Fe3+;如若以化学计量比的Fe2+、Fe3+盐做铁源时,同样除了需添加碱性沉淀剂外,还要严格地控制实验条件(不论是Fe2+、Fe3+→氢氧化物,还是氢氧化物→氧化物的转化)等。总之,Fe3O4的制备方法大多存在制备过程复杂、条件难以严格控制、成本高、易于造成环境污染等,且难以制得纯度高和性能优异的Fe3O4。

太阳城集团鸡毛(CF)中角蛋白的含量高达85~89%。角蛋白中含有碳、氢、氧、硫和氮等元素,是一种纤维状结构的、不溶性的动物蛋白。它含有众多基团,如-NH2、-OH、C=O、C-O-C、C-N-C、-S-S-等,因此具有良好的润湿、吸附及还原性。因此,如果以鸡毛(CF)作为还原剂制备Fe3O4磁性材料,不仅可以变废为宝,而且还可以降低Fe3O4磁性材料的生产成本、改善生产环境。

发明内容

太阳城集团本发明目的是针对现有技术中存在的问题,提供一种成本低、效率高、绿色环保的四氧化三铁/碳(Fe3O4/C)磁性纳米复合材料的制备方法。

太阳城集团一、Fe3O4/C磁性纳米复合材料的制备

太阳城集团1、Fe3O4/C磁性纳米复合材料的制备

太阳城集团本发明Fe3O4/C磁性纳米复合材料的制备方法,是以Fe(NO3)3·9H2O为原料,鸡毛为还原剂,乙醇为溶剂,进行溶剂热反应;反应结束后离心、洗涤、干燥,得Fe3O4/C纳米复合磁性材料。其具体工艺如下:

(1)鸡毛的预处理:将鸡毛先用水清洗除去表面杂质后,于无水乙醇浸泡处理24~48h,晾干备用;

(2)Fe3O4/C磁性纳米复合材料的制备:将Fe(NO3)3·9H2O充分溶于无水乙醇中,再将清洗处理的CF浸入其中,超声0.5~1h后,转移到聚四氟乙烯反应釜中,于180~200℃下反应10~35h;反应结束后离心,用无水乙醇和二次蒸馏水进行洗涤后,置于烘箱中于110~120℃下干燥9~10h,得Fe3O4/C磁性纳米复合材料产品。

处理后CF与Fe(NO3)3·9H2O的质量比为0.58:1~1.08:1。

2、反应条件对磁性组分Fe3O4的形成及材料磁性能的影响

太阳城集团(1)鸡毛(CF)对磁性组分Fe3O4的形成及材料磁性能的影响

太阳城集团为了考察CF对Fe3O4磁性复合材料的形成及其磁性性能的影响,我们做了以下实验:分别将(2.4240gFe(NO3)3·9H2O+1.4000gCF+48mLEtOH)和(2.4240gFe(NO3)3·9H2O+48mLEtOH)转入聚四氟乙烯反应釜中,于200℃下、反应10h,经过离心、洗涤、干燥,所得样品的颜色及磁性能示于图1。在无CF存在的条件下,所得样品为铁锈红(即为Fe2O3),且无磁性;在CF存在时所得样品为黑色,且有磁性。从而说明在溶剂热反应过程中,CF能将部分Fe3+还原为Fe2+,从而形成具有磁性能的Fe3O4。

太阳城集团(2)溶剂对磁性组分Fe3O4磁性的形成及磁性能的影响

为了考察溶剂H2O和EtOH对目标Fe3O4磁性复合材料的形成及磁性能的影响,我们做了以下实验:将2.4240gFe(NO3)3·9H2O分别溶解于48mLEtOH、EtOH+H2O(1:1v/v)和H2O中,加入1.4000gCF(CF与Fe(NO3)3·9H2O的质量比表示为:0.58:1),超声1h后转入聚四氟乙烯反应釜中,于200℃下,反应10h;离心、洗涤、干燥,所得材料的颜色及磁性能见图2。可以看出,随着溶剂为EtOH、EtOH+H2O、H2O,所得样品的颜色分别为黑色、咖啡色、铁锈红(Fe2O3),样品的磁强度由强→弱→无。也就是说,H2O不利于磁性组分Fe3O4的生成,因此,溶剂应选EtOH。

(3)溶剂热温度及太阳城集团对磁性组分Fe3O4的形成和材料磁性能的影响

为了考察了溶剂热温度对Fe3O4的形成及磁性能的影响,我们做了以下实验:将2.4240gFe(NO3)3·9H2O溶解于48mLEtOH中,以CF与Fe(NO3)3·9H2O的质量比为0.58:1加入CF(1.4000g)、超声1h后转入聚四氟乙烯反应釜中,在不同溶剂热温度(200、180、160℃)下反应10h;经过离心、洗涤、干燥,所得样品的颜色和磁性能见图3。与图2对比发现:在以EtOH作溶剂和CF存在的条件下,虽然溶剂热温度对所得材料的颜色无明显影响,但显著影响材料的磁性能,即随着溶剂热反应温度的降低,产物磁性由强→弱→无。也就是说低温不利于磁性组分的生成。因此,为了得到良好磁性能的材料,溶剂热条件应该为:温度在180~200℃(优选200℃)。

太阳城集团通过简单的分析和试验可知,对于具有高磁性组分含量和良好磁性能材料的制备,不仅需要足够的温度,同时还需要足够长的反应、晶化太阳城集团。实验结果已证明溶剂热反应太阳城集团增长,所得材料的磁性能变好;但当溶剂热反应太阳城集团延长到一定值(如30h左右)时,这种影响将变得不明显。因此,为了得到良好磁性能的材料,溶剂热条件应该为:温度在180~200℃,太阳城集团8~30h(优选30h)。

太阳城集团(4)CF用量对磁性组分Fe3O4的形成及其材料磁性能的影响

为了进一步考察了CF用量对Fe3O4的形成及材料磁性能的影响,我们做了以下实验:将2.4240gFe(NO3)3·9H2O溶解于48mLEtOH中,分别加入与Fe(NO3)3·9H2O的质量比为:0.58:1,0.91:1,1.08:1的CF,超声1h后转入聚四氟乙烯反应釜中,在溶剂EtOH、溶剂热温度200℃、太阳城集团30h下,制得磁性复合材料,分别记为Fe3O4/C-1、Fe3O4/C-2、Fe3O4/C-3。

太阳城集团图4为样品Fe3O4/C-1~3的磁滞曲线图。由图4可得,所得样品为超顺磁性材料;在所研究的CF用量范围(0.58:1~1.08:1)内,样品的磁性能随CF量的增加显著增强。复合纳米材料Fe3O4/C-1、2、3的饱和磁化强度分别为48.33、51.74、65.37emu/g。该结果充分证明了CF的还原性,以及在CF存在的条件下,由三价铁盐利用溶剂热法一步制备出高磁性组分Fe3O4含量和良好磁性能的目标材料。

二、Fe3O4/C磁性纳米复合材料的结构表征

太阳城集团下面利用XRD、IR、VSM、XPS、TEM等技术将制备所得的样品组成、结构、性能等进行了表征。

1、XRD分析

太阳城集团图5为不同鸡毛(CF)用量下所得样品Fe3O4/C-1~3的XRD图。从所有样品的XRD图可以发现:虽然所有样品中除有反尖晶石结构的目标相Fe3O4外,还有α-Fe2O3相存在;但随着CF用量的增加,Fe3O4相的衍射峰强度逐渐增强,α-Fe2O3相的衍射峰强度逐渐减弱,即目标磁性组分Fe3O4的含量增加,而α-Fe2O3的含量减少。由此可见,在最佳溶剂热(溶剂、温度、太阳城集团)条件下,只要调控CF的用量,即可保证适量Fe3+→Fe2+的转化,以获得高Fe3O4含量的磁性材料。另外,样品的衍射峰宽化,表明材料尺寸小(约为14nm),应该为纳米尺寸。

2、IR分析

图6为本发明所用CF和制备样品Fe3O4/C的IR图。比较二者的IR谱图发现:在Fe3O4/C的IR图中,3450cm-1附近对应于基团-NH、-OH的吸收带以及3000cm-1附近对应于=C-H和-C-H的吸收峰基本消失;1780~1600cm-1之间与各种C=O有关的吸收峰明显宽化为带,1600~1270cm-1之间与C=C、C=N等有关的多个吸收峰宽化且强度明显增强;1270~950cm-1之间应该与C-O-C、C-N-C等基团有关的吸收峰显著减弱。因此,由3450和3000cm-1附近,以及1780~950cm-1之间吸收峰/带的明显变化表明:鸡毛CF在Fe3+存在条件下,通过溶剂热过程,其共轭程度显著增加/明显碳化,故将其称之为碳材料。在低于950cm-1的范围内,强而宽的吸收带应该与无机化合物中的M-O以及CF中的-S-S-(见肩峰)有关;且从M-O吸收带的分裂可以推测:Fe3O4/C中Fe3O4相的尺寸很小或/和与C材料中的极性基团(如C=O、-S-S-等)之间存在强相互作用。

3、XPS分析

图7为样品Fe3O4/C的XPS图。由总谱图(a)可知,样品中含有C、O、N、S和Fe五种元素,且含量分别为C:57.98%,O:24.07%,Fe:10.13%,N:6.98%,S:0.83%。由O1s的宽而不对称的谱峰说明有两种不同化学环境的O存在,它们可归于氧化物中的晶格O2-和CF中的羰基氧(C=O)。同样C1s的谱图证明样品Fe3O4/C中的碳主要以C=C、C=N、C=O形成存在,即CF在金属离子存在的条件下,经溶剂热过程后其共轭程度增高或基本碳化(与该样品的IR结果一致)。由宽而不对称的Fe2p峰证明样品中存在不同价态的Fe:Fe3+和Fe2+,该结果充分说明CF具有很好的还原性,可以将Fe3+部分还原为Fe2+,以保证Fe3+→Fe3O4的转化。

4、TEM分析

图8为样品的TEM图。由图8可看出,所制得的材料为纳米尺寸材料,呈现梭形结构,且是由更小的颗粒组装而成的;未发现有机-无机相分离的现象,且分散性能良好。事实上,由CF的IR谱图可知,CF纤维中有大量的极性基团(如-OH、-NH、C=O、-S-S-等)存在,因而具有良好的吸附阳离子的性能。或者说,在溶剂热过程中,金属离子Fe3+首先吸附(主要以配位键方式)在CF纤维表面,后经CF的还原和溶剂热过程原位转化为Fe3O4。而CF又是在金属离子Fe3+的作用下原位转化为高共轭程度的碳材料。因此,从某种角度讲,CF和金属离子Fe3+分别在Fe3+→Fe3O4和CF→C的转化过程中还发挥着催化剂的作用。

太阳城集团综上所述,本发明以CF作还原剂/催化剂,在无其它任何添加剂(如沉淀剂、还原剂、催化剂)存在的条件下,利用溶剂热法一步制备了Fe3O4/C磁性纳米复合材料。在该溶剂热制备过程中,CF即为还原剂及催化剂,使Fe3+还原成Fe2+,实现了由单一Fe3+源制备Fe3O4的过程;同时CF又是碳源,在Fe3+存在的条件下,通过溶剂热过程转化成为具有高共轭程度的碳材料。也就是说,通过本发明建立的方法,一步实现了Fe3+→Fe3O4、CF→C的转化以及Fe3O4和C二者的有机复合,且无需高温转化、晶化处理过程,即可制备出具有良好磁性能的Fe3O4/C纳米复合材料。因此,本发明具有成本低、流程短、效率高、操作简单、绿色环保等突出优点。

附图说明

图1CF对所得产物组成及磁性能的影响。

图2溶剂对所得产物组成及磁性能的影响。

图3溶剂热温度对所得产物组成及磁性能的影响。

图4为样品Fe3O4/C-1~3的磁滞曲线图。

太阳城集团图5为样品Fe3O4/C-1~3的XRD图。

图6为CF和样品Fe3O4/C的IR图。

图7为样品Fe3O4/C的XPS图。

图8为样品Fe3O4/C的TEM图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明Fe3O4/C磁性纳米复合材料的制备及其磁性能作进一步说明。

实施例1

(1)鸡毛的预处理:鸡毛CF的预处理:将收集到的鸡毛除去表面杂质,清洗后用乙醇浸泡48h,晾干,密封包装后备用。

(2)Fe3O4磁性纳米复合材料的制备:将2.4240gFe(NO3)3·9H2O加入到48mLEtOH中,搅拌溶解后,将1.4000gCF浸入该溶液中,超声1h后转入聚四氟乙烯反应釜中,于180℃下,反应10h。经过离心、洗涤、干燥,得到纳米磁性材料。该复合纳米材料的磁化强度为3.12emu/g。

实施例2

太阳城集团(1)鸡毛的预处理:同实施例1。

(2)Fe3O4磁性纳米复合材料的制备:将2.4240gFe(NO3)3·9H2O加入到48mLEtOH中,搅拌溶解后,加入1.4000gCF(CF与Fe(NO3)3·9H2O的质量比为:0.58:1),超声1h后转入聚四氟乙烯反应釜中,于200℃下,反应10h后,离心、洗涤、干燥,得到纳米磁性材料。该复合纳米材料的磁化强度为29.75emu/g。

实施例3

太阳城集团(1)鸡毛的预处理:同实施例1。

(2)Fe3O4磁性纳米复合材料的制备:将2.4240gFe(NO3)3·9H2O加入到48mLEtOH中,搅拌溶解后,加入1.4000gCF(CF与Fe(NO3)3·9H2O的质量比为:0.58:1),超声1h后转入聚四氟乙烯反应釜中,于200℃下,反应20h后,离心、洗涤、干燥,得到纳米磁性材料。该复合纳米材料的磁化强度为35.54emu/g。

实施例4

太阳城集团(1)鸡毛的预处理:同实施例1。

(2)Fe3O4磁性纳米复合材料的制备:将2.4240gFe(NO3)3·9H2O加入到48mLEtOH中,搅拌溶解后,加入1.4000gCF(CF与Fe(NO3)3·9H2O的质量比为:0.58:1),超声1h后转入聚四氟乙烯反应釜中,于200℃下,反应30h后,离心、洗涤、干燥,得到纳米磁性材料。该复合纳米材料的磁化强度为48.33emu/g。

实施例5

太阳城集团(1)鸡毛的预处理:同实施例1。

(2)Fe3O4磁性纳米复合材料的制备:将2.4240gFe(NO3)3·9H2O加入到48mLEtOH中,搅拌溶解后,加入2.2000gCF(CF与Fe(NO3)3·9H2O的质量比为:0.91:1),超声1h后转入聚四氟乙烯反应釜中,于200℃下、反应30h后,离心、洗涤、干燥,得到纳米磁性材料,其饱和磁化强度为51.74emu/g。

实施例6

(1)鸡毛的预处理:同实施例1。

(2)Fe3O4磁性纳米复合材料的制备:将2.4240gFe(NO3)3·9H2O加入到48mLEtOH中,搅拌溶解后,加入2.6000gCF(CF与Fe(NO3)3·9H2O的质量比为:1.08:1),超声1h后转入聚四氟乙烯反应釜中,于200℃下、反应30h后,离心、洗涤、干燥,得到纳米磁性材料,其饱和磁强度为65.37emu/g。

关 键 词:
一种 氧化 磁性 纳米 复合材料 制备 方法
  专利查询网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
太阳城集团本文
本文标题:一种四氧化三铁/碳磁性纳米复合材料的制备方法.pdf
链接地址:http://zh228.com/p-6401521.html
太阳城集团我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们

copyright@ 2017-2018 zhuanlichaxun.net网站版权所有
经营许可证编号:粤ICP备17046363号-1 
 


收起
展开
葡京赌场|welcome document.write ('');