一種納米金屬粉的化學制備方法技術

本發(fā)明專利技術納米金屬鐵粉的制備方法，特征是將鐵鹽溶于水或乙醇中，加入水合肼和ＮａＯＨ，在反應釜中密封加熱至１００－２５０℃，恒溫不少于二小時，冷卻，分離，洗滌，真空干燥，即得產品；并可進行鐵－鈷－鎳－銀（銅）等的相互復合或包覆；母液中的水合肼可通過生成Ｎ↓［２］Ｈ↓［４］Ｈ↓［２］ＳＯ↓［４］沉淀而重新用于制備或回收；本方法原料價廉易得，設備簡單，工藝方便，效率高，原料可充分回收利用，鐵粉產率可達９５％以上，鐵的含量可高達９７％以上，平均粒徑在４０ｎｍ以下。（*該技術在2019年保護過期，可自由使用*）

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及在水溶液體系或醇一水體系中化學制備納米鐵粉的方法。金屬鐵納米材料在催化、電磁材料、冶金、能源等領域有著廣泛的應用。目前的化學制備方法中，羰基法、氣體還原法條件苛刻、工藝復雜，反應過程不易控制；在水溶液化學制備方法中，較多采用的是堿金屬的硼氫化物和次磷酸鹽做還原劑，此類方法得到的是一類含有鐵的合金納米材料，不是純金屬鐵納米材料，且成本高昂。美國《材料科學雜志》(Journal of Materials Science，32(1997)，3571-3575)報道了在溶劑N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中制成4-乙烯吡啶(SVP)或聚4-乙烯吡啶(PVP)鐵離子的高分子配合物膜，用水合肼將其還原成含金屬鐵納米粒子的膜，再氧化成鐵的氧化物磁性材料。但是從這種作為中間產物的金屬鐵納米粒子的膜，是得不到金屬納米鐵粉的，故不能作為制備金屬納米鐵粉的方法。至今未見有在水溶液中或醇-水體系中用水合肼還原法成功制備納米級鐵粉的報道。由于反應機理上的差異，沿用本專利技術人專利申請?zhí)?9101538．x所專利技術的制備納米Co、Ni粉的方法也不能獲得金屬納米鐵粉。本專利技術的目的是提出一種在水溶液體系或乙醇-水體系中制備納米金屬鐵粉的方法。這種納米金屬鐵粉的制備方法，其特征在于將鐵鹽溶于水或乙醇中，加入不少于二倍鐵離子摩爾量的水合肼、和不少于三倍鐵離子摩爾量的NaOH，混合均勻，在反應釜中密封加熱至100-250℃，恒溫不少于二小時，冷卻，分離，洗滌，真空干燥，即得產品。若將上述分離產物后的母液，用硫酸小心中和至pH5-6，可得N2H4H2SO4沉淀，則可從上述分離產物后的母液中直接回收N2H4H2SO4和Na2SO4；若將分離出的N2H4H2SO4加等重量的NaOH，再同N2H4H2SO4摩爾量1／6-1／2的可溶性鐵鹽混合，在反應釜中進行反應，反應條件同上，同樣可制得納米金屬鐵粉。采用本方法，通過控制反應的溫度、時間、介質、或添加劑，可方便地對產物的成分或形態(tài)進行控制，或進行鐵-鈷-鎳-銀(銅)等的相互復合或包復。本專利技術方法所采用的原料價廉易得，所需設備簡單，工藝方便，效率高，原料可充分回收利用，采用本專利技術制備鐵粉產率可達95％以上，鐵的含量可高達97％以上，平均粒徑在40nm以下。以下是本專利技術的實施例。實施例1稱取6克FeCl2·6H2O，溶解于15毫升乙醇中后，與8毫升85％水合肼混合，再加入5克NaOH，混合均勻，在不銹鋼反應釜中密封加熱，先升溫到180℃，恒溫半小時，再于140℃恒溫2小時，冷卻至室溫，降到常壓，打開反應釜，分離出產物，洗滌，真空干燥，得到產品。采用X-射線衍射分析和電鏡觀察，證明所得產物為α相Fe粉，其平均粒徑為35nm；采用啉菲羅啉顯色分光光度法測得鐵粉含鐵高于97％，并得知其產率為95％。實施例2稱取6克FeCl2·6H2O，與8毫升85％水合肼混合，補加10毫升水，再加入5克NaOH，混合均勻，在不銹鋼反應釜中封閉加熱，升溫至200℃，恒溫半小時，再于120℃恒溫10小時；其后操作同實施例1。所得鐵粉平均粒徑在40nm以下，純度達97％，轉化率在95％以上。實施例3稱取6克FeSO4·7H2O，其余條件和操作同實施例2。所得鐵粉平均粒徑30nm，純度達95％以上。實施例4先將8克FeCl3·6H2O溶于15毫升乙醇，再和10毫升85％水合肼緩慢混合，加入5克NaOH，攪拌均勻，將反應物移入不銹鋼反應釜中，其后按實施例1步驟進行，在110℃恒溫4小時。得到平均粒徑為35nm、純度達97％以上的鐵粉；產率在95％以上。實施例5稱取8克FeCl3·6H2O，加入10毫升85％水合肼，補加10毫升水，攪拌均勻，再加5克NaOH，以下按實施例2步驟進行；得到的鐵粉平均粒徑在35nm，含鐵達95％以上，產率達95％以上。實施例6將上述各例分離產物后的母液，小心用H2SO4中和至pH為5-6，得白色N2H4H2SO4沉淀；將沉淀過濾抽干，得到N2H4H2SO4。如此可從上述分離產物后的母液中直接回收N2H4H2SO4和Na2SO4；從上述回收的N2H4H2SO4中稱取15克N2H4H2SO4沉淀，加入15克NaOH，攪拌均勻后，與3．5克FeCl3·6H2O混合，在不銹鋼反應釜中封閉加熱，升溫至200℃，恒溫半小時，再于120℃恒溫6小時，冷卻至室溫，降到常壓，打開反應釜，分離出產物，洗滌，真空干燥，得到0．65克平均粒徑在30nm的鐵粉。實施例7稱取4克FeCl3·6H2O，溶于15毫升乙醇中，加入2毫升85％水合肼，再加4克NaOH，混合均勻，在不銹鋼反應釜中密封加熱，先升溫到240℃，10分鐘后開始降溫到180℃，恒溫半小時，再于120℃恒溫6小時，冷卻至室溫，降到常壓，打開反應釜，分離出產物，洗凈，得到濕的鐵粉。將得到的濕的鐵粉投入到含有2克CoCl2·6H2O的15毫升乙醇-水溶液中；稱取4克NaOH加到8毫升50％水合肼溶液中并攪成糊狀，隨后邊攪拌邊倒入上述乙醇-水溶液中，反應15分鐘。分離母液后得到灰黑色沉淀，將此沉淀用水洗至洗滌液pH8-9，在攪拌中加入2毫升含銀1％(重量)的銀氨溶液，補加5滴50％水合肼溶液，加熱近沸，冷卻后沉淀再經分離，洗凈，真空干燥，得產品。做X-射線和電鏡分析證明產品為大小均勻的Fe-Co-Ag復合物，平均粒徑20nm。這種粒子難溶于1∶1鹽酸，表明Ag包復在表面；用啉菲羅啉顯色分光光度法測得該復合物粉中鐵的含量為61．0％，與所用原料相當，說明各步反應均很徹底。實施例8取實施例4的納米鐵粉0．50克投入含有1．0克CoSO4·7H2O和1．0克NiSO4·6H2O的15毫升95％乙醇-水溶液中，以后按實施例7的相應步驟進行下去，結果得到0。88克沉淀。X-射線衍射分析為Fe-Co-Ni-Ag復合金屬粒子，它難溶于1∶1鹽酸中，表明Ag包復在粒子的表面。權利要求1.一種納米金屬鐵粉的制備方法，其特征在于將鐵鹽溶于水或乙醇中，加入不少于二倍鐵離子摩爾量的水合肼、和不少于三倍鐵離子摩爾量的NaOH，混合均勻，在反應釜中密封加熱至100-250℃，恒溫不少于二小時，冷卻，分離，洗滌，真空干燥，即得產品。2.如權利要求1所述金屬鐵粉的制備方法，特征在于將所得鐵粉加入含可溶性鈷、鎳鹽的乙醇-水溶液中；將按鈷鹽和鎳鹽總摩爾量不少于三倍的NaOH和按鈷鹽和鎳鹽總摩爾量不少于三倍的水合肼溶液混合攪成糊狀，隨后邊攪拌邊倒入上述含可溶性鈷、鎳鹽的乙醇-水溶液中，反應后分離母液，得到灰黑色沉淀，將此沉淀用水洗至洗滌液pH8-9，在攪拌中加入含銀不少于按鐵鈷鎳總重量千分之二重量的銀氨溶液，補加少量水合肼，加熱近沸，冷卻后沉淀再經分離，洗凈，真空干燥，可獲得Fe-Co-Ni-Ag的復合金屬粒子。3.如權利要求1或2所述納米金屬鐵粉的制備方法，特征在于將上述分離產物后的母液，用硫酸小心中和至pH5-6，可得N2H4H2SO4沉淀，即可從上述分離產物后的母液中直接回收N2H4H2SO4和Na2SO4。4.如權利要求3所述納米金屬鐵粉的制備方法，特征在于將分離出的N2H4H2SO4加等重量的NaOH，再同N2H4H2SO4摩爾量1／6-1／2的可溶性鐵鹽混合，在反應釜中進行本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種納米金屬鐵粉的制備方法，其特征在于將鐵鹽溶于水或乙醇中，加入不少于二倍鐵離子摩爾量的水合肼、和不少于三倍鐵離子摩爾量的ＮａＯＨ，混合均勻，在反應釜中密封加熱至１００－２５０℃，恒溫不少于二小時，冷卻，分離，洗滌，真空干燥，即得產品。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：鄭化桂，
申請(專利權)人：中國科學技術大學，
類型：發(fā)明
國別省市：34[中國|安徽]