本發明屬于功能材料
技術領域：
，具體涉及一種納米α相三氧化二鐵及其制備方法。
背景技術：
：三氧化二鐵是一種重要的無機非金屬材料，是室溫下最穩定的鐵的氧化物，它具有成本低廉、環境污染小、抗腐蝕能力強等優點，在催化劑、電池、顏料、磁性和傳感材料等領域應用廣泛。目前，三氧化二鐵的制備方法較多，有微乳法、水熱法、水解法、溶膠-凝膠法、化學沉淀法、熱解法、微波輔助合成法、輻射合成法以及固相法等。在所有這些制備方法中，熱分解法工藝最簡單，操作更方便，成本較低，應用較廣；余高奇等將Fe(NO3)3·9H2O的醇溶液熱分解，制備出了分散均勻的納米級紅色α-Fe2O3粉末(余高奇、李莉、王玲、王偉，熱分解法制備納米α-Fe2O3，武漢科技大學學報，2001，24(3)：251-252)；馬振葉等以Fe2(SO4)3·5H2O為鐵源，通過共沉淀法制備出比表面積較高的亞微米α-Fe2O3(馬振葉，李鳳生，大比表面積α-Fe2O3的制備及其催化性能研究，固體火箭技術，2006，29(4)：286-288)；專利CN101786669B將三價鐵鹽水溶液與沉淀劑加入到反應器中進行反應，攪拌，過濾、洗滌、干燥，得到的前驅物氫氧化鐵與鹵化銨混合研磨，然后熱處理得α-三氧化二鐵介晶；專利CN102616861A先將六水合三氯化鐵、抗壞血酸、尿素和水混合后攪拌均勻，得到混合液，再將混合液置于溫度為140～180℃、壓力為自生壓力下反應至少4h，得到中間產物，接著，先對中間產物進行分離、洗滌和干燥的處理，得到多孔碳酸鐵，再將多孔碳酸鐵置于450～550℃下退火至少4h后自然冷卻至室溫，制得三氧化二鐵微納米多孔球；在專利CN104743612A中，首先分別稱取適量的硝酸鐵和葡萄糖，并配成一定濃度的水溶液，然后將兩種溶液混合并攪拌均勻后，轉移至聚四氟乙烯內襯中，并將其放入高壓釜中，在150～200℃的條件下反應6～15小時后取出反應釜，待其自然冷卻至室溫，將產物取出，分別用乙醇和去離子水各洗滌3遍，干燥，即得到了α相三氧化二鐵產物；在專利CN105776348A中，以有機含鐵化合物為鐵源，通過簡單的高溫熱解法制備出粒徑均勻、磁強度高的微米級磁性α-三氧化二鐵粒子。上述方法所得到的三氧化二鐵產物多為微米級或亞微米級材料。相比于微米級材料，然而納米級Fe2O3材料具有更優性能，但目前對納米級Fe2O3制備方法研究較少。技術實現要素：本發明要解決現有方法制備的三氧化二鐵產物多為微米級或亞微米級的技術問題；而提供了一種納米α相三氧化二鐵及其制備方法。本發明納米α相三氧化二鐵是將鐵離子負載在木質素上，在氧氣或空氣氣氛下活化而成的；具體是按下述步驟進行的：步驟一、室溫下將含鐵離子水溶液與木質素混合，攪拌均勻，然后調節pH至9，繼續攪拌1h，將固體沉淀分離出來，洗滌除雜，干燥；洗滌具體方法是將分離出來的固體沉淀用去離子水清洗三至五次。步驟二、研磨后在氧氣或空氣氣氛下活化，得到納米α相三氧化二鐵；其中步驟一含鐵離子水溶液中的鐵離子為Fe2+和/或Fe3+；鐵離子優選為Fe2+。步驟一中所述木質素為堿木質素、硫酸鹽木質素、酶水解木質素、酸水解木質素以及木質素磺酸鹽中的一種或其中幾種的混合，所述木質素混合物時，各種木質素之間按任意比組合；優選為：木質素磺酸鹽。步驟一中含鐵離子水溶液中鐵離子的濃度為0.2mol/L～0.3mol/L。步驟一中鐵離子與木質素的質量比為1:(0.1～100)；鐵離子與木質素的質量比優選為1:(1～10)。步驟二活化是步驟一處理后的固體沉淀研磨細粉末，放入坩堝，置于馬弗爐中，在氧氣或空氣氣氛下，以5～15℃/min的升溫速度升溫至300～1000℃，保溫2h。步驟二所述活化溫度優選為500℃～800℃，多以α相存在。本發明的方法直接使用工業木質素廢棄物作為有機添加劑和鐵分散劑，木質素的加入抑制了活化過程中鐵氧化物微晶的繼續增長和團聚，可制備出納米級α-Fe2O3粒子，粒徑可控、分布均勻，其粒徑分布范圍為5～30nm；所使用的木質素添加劑的成本低，使本發明的制備成本較低，且制備過程無有毒有害副產物生成。附圖說明圖1為具體實施方式一所得Fe2O3的電鏡掃描圖；圖2為具體實施方式二所得Fe2O3的X-射線衍射圖。具體實施方式具體實施方式一：本實施方式中一種納米α相三氧化二鐵及其制備方法是按下述步驟進行的：步驟一、室溫下將50mL濃度為0.2mol/LFeCl2水溶液與0.1g木質素磺酸鈉混合，攪拌均勻，然后調節pH至9，繼續攪拌1h，將固體沉淀從混合溶液中過濾，用去離子水清洗三次，在120℃的烘箱內干燥12h；步驟二、研磨至60目，放入坩堝，然后放入馬弗爐中，氧氣氣氛下，以10℃/min的速度升溫至300℃，保溫活化2h，隨爐冷卻，獲得納米α相三氧化二鐵顆粒，粒徑分布20～30nm(參見圖1)。具體實施方式二：本實施方式中一種納米α相三氧化二鐵及其制備方法是按下述步驟進行的：步驟一、室溫下將50mL濃度為0.2mol/L硫酸亞鐵水溶液與0.56g木質素磺酸鈉混合，攪拌均勻，然后調節pH至9，繼續攪拌1h，將固體沉淀從混合溶液中過濾，用去離子水清洗三次，在120℃的烘箱內干燥12h；步驟二、研磨至80目，放入坩堝，然后放入馬弗爐中，氧氣氣氛下，以10℃/min的速度升溫至500℃，保溫活化2h，隨爐冷卻，獲得納米α相三氧化二鐵顆粒，粒徑分布10～20nm。本實施方式制備的三氧化二鐵的X-射線衍射圖如圖2所示，由圖2可知，2θ角為24.2°、33.2°、35.6°、40.9°、49.5°、54.1°、57.6°、62.4°、64.0°、71.9°和75.5°處的衍射峰，分別對應的是α-Fe2O3的(012)、(104)、(110)、(113)、(024)、(116)、(018)、(214)、(300)、(119)和(220)晶面，三組曲線與標準PDF卡片(JCPDS33-0664)相比較，各個峰的位置、峰形基本相同，可以確定該物質為剛玉結構的赤鐵礦α-Fe2O3。具體實施方式三：本實施方式中一種納米α相三氧化二鐵及其制備方法是按下述步驟進行的：步驟一、室溫下將50mL濃度為0.2mol/L氯化高鐵水溶液與5.6g堿木質素混合，攪拌均勻，然后調節pH至9，繼續攪拌1h，將固體沉淀從混合溶液中過濾，用去離子水清洗三次，在120℃的烘箱內干燥12h；步驟二、研磨至80目，放入坩堝，然后放入馬弗爐中，氧氣氣氛下，以10℃/min的速度升溫至1000℃，保溫活化2h，隨爐冷卻，獲得納米α相三氧化二鐵顆粒，粒徑分布20～30nm。具體實施方式四：本實施方式中一種納米α相三氧化二鐵及其制備方法是按下述步驟進行的：步驟一、室溫下將50mL濃度為0.2mol/L氯化高鐵水溶液與5.6g堿木質素混合，攪拌均勻，然后調節pH至9，繼續攪拌1h，將固體沉淀從混合溶液中過濾，用去離子水清洗三次，在120℃的烘箱內干燥12h；步驟二、研磨至80目，放入坩堝，然后放入馬弗爐中，氧氣氣氛下，以10℃/min的速度升溫至500℃，保溫活化2h，隨爐冷卻，獲得納米α相三氧化二鐵顆粒，粒徑分布10～20nm。具體實施方式五：本實施方式中一種納米α相三氧化二鐵及其制備方法是按下述步驟進行的：步驟一、室溫下將50mL濃度為0.2mol/L氯化鐵水溶液與5.6g酸水解木質素混合，攪拌均勻，然后調節pH至9，繼續攪拌1h，將固體沉淀從混合溶液中過濾，用去離子水清洗三次，在120℃的烘箱內干燥12h；步驟二、研磨至80目，放入坩堝，然后放入馬弗爐中，氧氣氣氛下，以10℃/min的速度升溫至500℃，保溫活化2h，隨爐冷卻，獲得納米α相三氧化二鐵顆粒，粒徑分布10～20nm。具體實施方式六：本實施方式中一種納米α相三氧化二鐵及其制備方法是按下述步驟進行的：步驟一、室溫下將50mL濃度為0.2mol/L氯化鐵水溶液與5.6g硫酸鹽木質素混合，攪拌均勻，然后調節pH至9，繼續攪拌1h，將固體沉淀從混合溶液中過濾，用去離子水清洗三次，在120℃的烘箱內干燥12h；步驟二、研磨至80目，放入坩堝，然后放入馬弗爐中，氧氣氣氛下，以10℃/min的速度升溫至500℃，保溫活化2h，隨爐冷卻，獲得納米α相三氧化二鐵顆粒，粒徑分布10～20nm。具體實施方式七：本實施方式中一種納米α相三氧化二鐵及其制備方法是按下述步驟進行的：步驟一、室溫下將50mL濃度為0.3mol/L氯化鐵水溶液與5.6g木質素磺酸鈉混合，攪拌均勻，然后調節pH至9，繼續攪拌1h，將固體沉淀從混合溶液中過濾，用去離子水清洗三次，在120℃的烘箱內干燥12h；步驟二、研磨至80目，放入坩堝，然后放入馬弗爐中，在氧氣氣氛下，以10℃/min的速度升溫至500℃，保溫活化2h，隨爐冷卻，獲得納米α相三氧化二鐵顆粒，粒徑分布20～30nm。具體實施方式八：本實施方式中一種納米α相三氧化二鐵及其制備方法是按下述步驟進行的：步驟一、室溫下將50mL濃度為0.2mol/L氯化鐵水溶液與5.6g堿木質素混合，攪拌均勻，然后調節pH至9，繼續攪拌1h，將固體沉淀從混合溶液中過濾，用去離子水清洗三次，在120℃的烘箱內干燥12h；步驟二、研磨至80目，放入坩堝，然后放入馬弗爐中，在空氣氣氛下，以10℃/min的速度升溫至500℃，保溫活化2h，隨爐冷卻，獲得納米α相三氧化二鐵顆粒，粒徑分布5～10nm。采用下述試驗驗證發明效果：其他反應條件相同，鐵離子與木質素的質量比不同，具體參見表1表1不同鐵離子與木質素的質量比對三氧化二鐵的粒度的影響質量比粒徑分布1:0.1150-200nm1:120-30nm1:1010-20nm1:1005-10nm由表1可知，木質素的用量越大，所制備得到的α相三氧化二鐵的粒徑越小。當前第1頁1 2 3