微反應(yīng)器中催化制備α-Fe-,2-O-,3-納米顆粒.pdf

1、納米α-Fe2O3在催化、防腐、顏料和磁記錄材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。由于納米材料的許多光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等性能只有材料的尺寸較均勻時才能夠在宏觀上表現(xiàn)出來，因此制備具有均勻尺寸的單分散材料成為當(dāng)前材料科學(xué)中的研究熱點(diǎn)。 本實(shí)驗(yàn)室在多年從事鐵氧化物研究的基礎(chǔ)上，提出了一種合成納米α-Fe2O3顆粒的新方法-液相催化相轉(zhuǎn)化法。這種方法雖然具有反應(yīng)迅速、工藝設(shè)備簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但在水相中由于很難控制納米α-Fe2O3的成核和成長過

2、程而導(dǎo)致粒徑分布較寬，并且很難得到小尺寸的納米α-Fe2O3顆粒。 在前期研究的基礎(chǔ)上，本文將催化劑Fe(II)離子加入微乳體系的微乳液滴中，將催化相轉(zhuǎn)化機(jī)理應(yīng)用到微反應(yīng)器中，在沸騰回流條件下直接合成納米α-Fe2O3。這樣既免去了由微乳液法制備納米氧化物時必須使用的高溫煅燒步驟，又克服了由液相法制備納米α-FeO3時顆粒尺寸不均勻、重現(xiàn)性差等缺點(diǎn)，同時還保留了這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，如工藝設(shè)備簡單、顆粒粒度均勻、粒徑可控等。

3、 本論文主要研究內(nèi)容如下： (1)本文繪制了CTAB/正丁醇/正辛烷/水(或FeCl2-FeCl3混合溶液、或NaOH溶液)微乳體系的擬三元相圖，并考察了pH、溶液濃度、nFe(II)/nFe(III)值對微乳液穩(wěn)定區(qū)域的影響。結(jié)果表明：在pH7～13范圍內(nèi)，微乳液體系呈現(xiàn)出較好的pH穩(wěn)定性；隨著電解質(zhì)濃度增大，微乳液穩(wěn)定區(qū)域逐漸減??；nFe(II)/nFe(III)值對微乳液穩(wěn)定區(qū)域的影響較小。 (2)研究了在微反應(yīng)器

4、中，微量Fe(II)離子對Ferrihydrite催化相轉(zhuǎn)化的影響因素。結(jié)果表明：通過配制混合微乳液的方法加入Fe(II)離子時，可以確保Fe(II)離子直接進(jìn)入每個微反應(yīng)器中；在pH5～9范圍內(nèi)，F(xiàn)e(II)離子對Ferrihydrite相轉(zhuǎn)化同樣具有顯著的促進(jìn)作用，且相轉(zhuǎn)化速度隨nFe(II)/nFe(III)值升高而加快，但nFe(II)/nFe(III)≥0.12時，產(chǎn)物中有雜相α-FeOOH生成。高的Fe(III)離子濃度，有

5、利于相轉(zhuǎn)化速率增大；高的升溫速率，有利于α-Fe2O3的形成。 (3)找到了在微反應(yīng)器中由Ferrihydrite向α-Fe2O3轉(zhuǎn)化的最優(yōu)條件，即：pH=7，將NaOH溶液的微乳液緩慢加入FeCl2-FeCl3混合溶液(CFe(III)=0.3mol/L，nFe(II)/nFe(III)=0.08)的微乳液中制備前驅(qū)物Ferrihydrite，以7.2℃·min-1的速度升溫至沸騰，4.5h可得到純相α-Fe2O3。

6、(4)研究了在微反應(yīng)器中，微量Fe(II)離子存在下Ferrihydrite催化相轉(zhuǎn)化為α-Fe2O3時，各反應(yīng)因素對納米α-Fe2O3尺寸和形貌的影響；通過控制反應(yīng)條件可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物粒徑的可控。結(jié)果表明：ω(ω=nH2O/nCTAB)值增大和初始FeCl3濃度增加均有利于形成大尺寸的納米α-Fe2O3；mC4H9OH/mCTAB值增大和前驅(qū)物的形成溫度升高時，納米α-FeO3的粒徑均先減小后逐漸增大；隨著mC8H18/mCTAB值的減小，