柠檬酸根对纳米Fe3O4制备及其性能的影响
2023-05-11
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第43卷 第6期 材 料 工 程 Journal of Materials Engineering Vo1.43 No.6 2015年6月 第85—89页 Jun.2015 PP.85—89 柠檬酸根对纳米Fe3 o4 制备及其性能的影响 Effects of Citrate on Preparation and Properties of Nano—Fe3 O4 陈洁,袁铁江 (新疆大学电气工程学院,乌鲁木齐830047) CHEN Jie。YUAN Tie—j iang (School of Electrical Engineering,Xinj iang University,Urumqi 830047,China) 摘要:采用化学共沉淀法制备了纳米Fe。0 粉体材料。用溶液吸附法、透射电镜、x射线衍射仪和古埃磁天平法对添加 柠檬酸根前后的纳米Fe。0 粉体材料的结构及性能进行了表征和分析。结果表明:添加柠檬酸根制备的纳米Fe。0 粉 体材料的比表面积为1.499,晶粒粒径为8nm,磁化率为11.6534,颗粒度小,分散性好,磁性能更高。 关键词:柠檬酸根;纳米Fe。O ;共沉淀法 doi:10.11868/j.issn.1001—4381.2015.06.014 中图分类号:TB138.1 文献标识码:A 文章编号:1001—4381(2015)06—0085—05 Abstract:Nano—Fe3 O4 powder materials were prepared by using chemical CO—precipitation method.The structure and properties of nano—Fe3 O4 powder with citrate and without citrate were characterized and analyzed by solution adsorption,transmission electron microscopy,X—ray diffraction and Gouy mag— netic balance method.The results reveal that:the specific surface area of nano—Fe3 O4 powder which prepared by adding citrate is 1.499,grain particle size is 8nm,magnetic susceptibility is 1 1.6534, smaller particle size,better dispersion and strong magnetic performance. Key words:citrate;nano—Fe3 O4;CO—precipitation method 纳米Fe。O 被广泛应用于磁性复合膜等材料的 制备口 ],这些材料的性能不仅取决于其化学成分,还 与纳米Fe。O 粒子的结构和形貌密切相关。纳米 水合硫酸亚铁,分析纯,上海场南化工厂;氢氧化钠,分 析纯,天津百世化工有限公司;无水乙醇,分析纯,天津 永大化学试剂开发中心;柠檬酸三铵,分析纯,天津福 晨化学试剂厂。 1.2实验方法 Fe。O 粒子的制备及其性能受所采用的制备方法影响 较大[3“],也与材料制备过程中添加辅助制剂的种类 有关 ],但是文献[3—7]均没有系统地比较研究柠 檬酸根等辅助制剂对纳米Fe。O 材料制备及其性能 的影响。本研究用共沉淀法制备Fe。O 纳米粉体,用 1.2.1 不添加柠檬酸根制备Fe。O 粉体 将FeSO 和FeC1。溶液按摩尔比1:1.8搅拌混 合,加热搅拌升温至30 ̄C。恒温条件下,搅拌同时滴 加2mol/L的NaOH溶液至pH一12,将其转移到 同样方法制备加入柠檬酸根的Fe。O 纳米粉体,对添 加柠檬酸根前后的纳米Fe。O 样品进行比表面积、 TEM、XRD和磁化率测定,通过对比探讨柠檬酸根对 70℃的恒温水浴中晶化1h。反应结束后,分离出磁性 颗粒。用去离子水和无水乙醇交替洗涤多次,除去其 中的杂质离子。最后将湿的产物放入70 ̄C的真空干 纳米Fe。O 材料制备及其性能的影响。 燥箱中烘干8h得到Fe。O 粉体样品。 l 实验 1.1 实验原料 1.2.2添加柠檬酸根制备Fe。O 粉体 将FeSO4和FeC1。按摩尔比1:l_8加人到250mL 烧杯中搅拌溶解在预先通氮气30min的蒸馏水中,将 烧杯放入60℃的恒温水浴中,向溶液中加入柠檬酸三 六水合氯化铁,分析纯,天津福晨化学试剂厂;七 88 材料工程 2015年6月 加入柠檬酸根制备的纳米Fe。O 粉体衍射图谱 中的衍射峰峰宽变大,表明柠檬酸根对晶粒的生长有 抑制作用。 2.3柠檬酸根对纳米Fea0 粉体的磁化率影响 本研究采用古埃(Gouy)磁天平法口。‘n 测量样品 磁化率。用相对法,即同一样品管在相同的磁场条件 下,保证样品的h,H,H。均相同(H为样品底端与磁 场中心平齐处磁场强度(A・m ),H。为样品顶端处 磁场强度(A・m ),h为样品实际高度(cm)),先称 量已知 的莫尔氏盐标准样品,再称量待测样品,则 待测样品的单位质量磁化率可由式(1)计算: ^ === Am Am 二I 2 × × ’3— 5 T+1一 ×10(1)~ 式中: 为单位质量磁化率(cm。・g );Am 为样品 管加样后在施加磁场前后的称量差(g);Am。为空样 品管在施加磁场前后的称量差(g);Am。为莫尔氏盐 和空样品管在施加磁场前后的称量差(g);m 为莫尔 氏盐的质量(g);m 为样品的质量(g)。 自制的纳米Fe。O 样品磁化率计算结果和分析 纯的Fe。O 的磁化率列于表7。由表7可知,就单体 而言,纳米级的Fe。O 的磁化率大于分析纯Fe。O 的 磁化率,而制备过程中添加了柠檬酸根的纳米Fe O 的磁化率大于未添加柠檬酸根的纳米Fe。O 的磁化 率。 表7 Fe30 粉体的磁化率 Table 7 Magnetic susceptibility of Fe3 O4 powder 3 结论 (1)利用化学共沉淀法制备了添加柠檬酸根后的 纳米Fe。O 粉体材料。加入柠檬酸根的Fe。O 样品 的比表面积1.499远大于不加柠檬酸根纳米Fe。O 样 品的比表面积0.2107,即加入柠檬酸盐可获得粒子直 径较小的纳米Fe。O 。 (2)由于柠檬酸根在纳米Fe。O 粒子生长的过程 中抑制了粒子团聚长大。添加了柠檬酸根制备的纳米 Fe。O 粒子的粒径8nm小于不加柠檬酸根纳米Fe。O 粒子的粒径14~28nm,且粒径的一致性较好,粒子的 分散性较好。 (3)反应生成的铁氧化物品粒完全为立方晶形和 正交晶形的Fe。O ,没有被氧化的现象,计算的晶粒大 小为纳米级,与透射电子显微镜表征结果基本吻合。 (4)在没有加入柠檬酸盐的纳米Fe。O 的XRD 图谱上发现,纳米Fe。O 被氧化成了三角晶系的a— Fe O。。这种晶系的Fe O。对产物的磁性能有很大的 影响,降低了产物的磁化率和磁性能。 (5)就单体而言,纳米级的Fe。O 的磁化率 10.909大于分析纯Fe。O 的磁化率9.780,而制备过 程中添加了柠檬酸根的纳米Fe。O 的磁化率11.6534 大于未添加柠檬酸根的纳米Fe。O 的磁化率10.909。 参考文献 [1]郑国华,陈洁.纳米Feso 粉末及其复合膜的制备与磁性能[J]. 材料保护,2011,44(12):69—71. ZHENG G H,CHEN J.Preparation and magnetic properties of Fe3O4 nanoparticles and Fe304 susceptibility composite film[J]. Materials Protection,2011,44(12):69—71. E2]章志斌,杜国平,李旺.冻融法制备微米级Fe。0 /聚乙烯醇磁性 水凝胶及其磁力学性能研究[J].现代化工,2008,(9):60—63. ZHANG Z B,DU G P,LI W,et a1.Magneto—mechanical proper— ties of micron Fe3 O4/polyvinyl alcohol magnetic hydrogels pre pared by freezing—thawing method[J].Modern Chemical Indus— try,2008,(9):60—63. [3]汪汉斌,刘祖黎,卢强华,等.柠檬酸根对纳米Fes0 颗粒的生长 及性能的影响[J].无机化学学报,2004,20(¨):1279 1283. WANG H B,LIU Z L,LU Q H,et a1.Effects of citrate ions on the formation and magnetic property of Fe3O4 nanoparticIes[J]. Chinese Journal of Inorganic Chemistry,2004,20(11):1279— 1283. [4]邹涛,郭灿雄,段雪,等.强磁性Fe。() 纳米粒子的制备及其性能 表征[J].精细化工,2002,19(12):707—710. ZOU T,GUO C X,DUAN X,et a1.Preparation and character— ization of nano—size Fe3O4 particles with strong magnetism[J]. Fine Chemicals,2002,19(12):707—710. r5] ISHIKAWA T,KATAOKA S,KANDORI K.The influence of carboxylate ions on the growth of p—FeOOH particles[J].Mater Sci,1993,28:2693—2698. [6]BEE A,MASSART R,NEVEU S.Synthesis of very fine maghemite particles[J].MMM,1995,149(1/2):6 9. [7] KAND0RI K,FUKUOKA M,ISHIKAWA T.Effects of citrate ions on the formation of ferric oxide hydroxide particles[J].Ma— ter Sci,199l,26(12):3313—3319. [8] 韩笑,王源升.四氧化三铁/导电聚苯胺纳米核一壳复合材料吸波 性能预测[J].航空材料学报,2008,28(4):82—87. HAN X,WANG Y S.Microwave absorbing prediction of Fe3 04/ conductive polyaniline nanocomposites with core—shell structure [J].Journal of Aeronautical Materials,2008,28(4):82—87. [9]戴道生,钱昆明.铁磁学[M].北京:科学出版社,1987. DAI D S,QIAN K M.Ferromagnetics[M].Beijing:Science Press,1987. [1O]武汉大学化学与分子科学学院实验中心.物理化学实验[M]. 第43卷第6期 柠檬酸根对纳米Fe。0 制备及其性能的影响 89 武汉:武汉大学出版社,2004. Experiment Center of College of Chemistry and Molecular Sci enees of Wuhan University.Experiments in Physical Chemistry -IM].Wuhan:Wuhan University Press,2004. [111 郑传明,吕桂琴.物理化学实验[M].北京:北京理工大学出版 社,2005. ZHENG C M,LV G Q.Experiments in Physical Chemistry [M].Beijing:Beijing Institute of Technology Press,2005. [12] 侯铁翠,李智慧,卢红霞,等.改进的柠檬酸盐溶胶凝胶法制备四 方相纳米尺寸钛酸钡粉体[J].航空材料学报,2007,27(3):74 76. H0U T C,I I Z H,LU H X,et a1.Preparation of nanometer crystalloid barium titanate powder by improved citrate sol gel method[J].Journal of Aeronautical Materials,2007,27(3):74 76. ,113] 吴伟,贺全国,陈洪,等.Fe3o4磁性纳米粒子的超声包金及其表 征[J].化学学报,2007,65(13):1273—1279. WU W,HE Q G,CHEN H,et a1.Sonochemical gold coating of Fe3O4 nanoparticles and its characterizations[J].Acta Chimica Sinica,2007,65(13):1273 1279. [14]初立秋,陈煜,苏温娟,等.多聚磷酸钠改性水基Fe3o 磁流体 的制备与表征I-J].材料工程,2010,(2):29—32. CHU L Q,CHEN Y,SU W J,et a1.Preparation and character ization of water-based Fe3 04 magnetic fluid modified by STPP [J].Journal of Materials Engineering,2010,(2):29—32. [15]ZHAO Y B,QIU Z M,HUANG J Y.Preparation and analysis of Fes 04 magnetic nanoparticles used as targeted drug carriers [J].Chinese Journal of Chemical Engineering,2008,16(3): 45】一455. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(51467020,51007077);新疆大 学博士毕业生科研启动基金(BS120129) 收稿日期:2013—08—27;修订日期:2O14—05一O4 通讯作者:陈洁(1975一),女,博士,副教授,从事电工材料研究,联系地 址:新疆乌鲁木齐市延安路1230号新疆大学南校区电气工程学院 (830047),E—mail:xi—cj@163.tom