多形貌納米鐵酸鋅的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供多形貌納米鐵酸鋅的制備方法，涉及納米無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域。所述制備方法，包括如下步驟：將金屬鹽和有機(jī)線性高分子聚合物加入到溶劑中，攪拌均勻，得混合溶液；將所述混合溶液進(jìn)行靜電噴涂，得到前驅(qū)體；將前驅(qū)體以預(yù)燒升溫速率升溫至350~500℃并保溫2~4h，然后再以煅燒升溫速率升溫至700~1000℃并保溫1~5h，自然冷卻，得到納米ZnFe2O4。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了通過同種方法合成一種體系、多種形貌的納米鐵酸鋅材料，通過原料配比的控制和熱處理工藝的調(diào)控獲得具有球狀、纖維狀、鏈珠狀和棒狀形貌的納米鐵酸鋅，有效降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，并且操作便捷，適合一定規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】多形貌納米鐵酸鋅的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域，具體涉及多形貌納米鐵酸鋅的制備方法。【背景技術(shù)】
[0002]近年來，納米鐵酸鋅(ZnFe2O4)材料被廣泛用于磁性材料、新能源材料、隱身材料、環(huán)境材料等領(lǐng)域范圍，是一種重要的功能材料。根據(jù)眾多研究報(bào)道，形貌是影響納米ZnFe2O4磁學(xué)性能、吸波性能、吸附性能、催化性能、電化學(xué)性能的重要影響因素，因此大量研究都集中在制備不同形貌的納米ZnFe2O415
[0003]目前，在眾多納米ZnFe2O4的制備方法中，共沉淀法、固相法、溶劑熱法、溶膠-凝膠法、模板法、靜電紡絲法等占有較重要的地位。例如:申請?zhí)枮?01010512661.4的發(fā)明專利申請采用化學(xué)共沉淀-局部規(guī)整法制備了棒狀ZnFe2O4,并指出該材料可用于磁性材料領(lǐng)域；《危險(xiǎn)材料雜志》(Journal of Hazardous Materials, 2013, 250-251: 229-237)利用溶劑熱法制備了球狀ZnFe2O4，并指出該材料可用作吸附材料領(lǐng)域；《材料快報(bào)》(Materials Letters, 2006, 60: 154-158)利用模板法制備了納米線狀 ZnFe2O4,并指出該材料可用作磁性材料領(lǐng)域；《應(yīng)用材料與界面》(ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES,2013，5: 5461-5467)利用靜電紡絲法制備了纖維狀ZnFe2O4，并指出該材料可以用作為鋰離子電池的陽極材料應(yīng)用在新能源材料領(lǐng)域；《西南科技大學(xué)學(xué)報(bào)》(西南科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，24: 16-22)采用固相法制備了棒狀ZnFe2O4，并指出該材料可用作光催化領(lǐng)域。
[0004]可以看出，形貌對ZnFe2O4的性能有著重要影響，不同形貌的ZnFe2O4可以應(yīng)用在不同領(lǐng)域范圍內(nèi)。然而 ，現(xiàn)有方法均只能制得一種形貌的產(chǎn)物，不能有效控制形貌的變化，如需得到多種形貌的ZnFe2O4，則需采用不同的方法、設(shè)備制造，操作及其不便，嚴(yán)重限制了ZnFe2O4的工業(yè)化應(yīng)用和生產(chǎn)效率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是提供不同形貌納米鐵酸鋅的制備方法，可以通過原料配比的控制和熱處理工藝的調(diào)控獲得具有球狀、纖維狀、鏈珠狀和棒狀形貌的納米鐵酸鋅，并且制備方法簡單、操作便捷、成本低廉，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0006]一種多形貌納米鐵酸鋅的制備方法，包括如下步驟:
(1)將金屬鹽和有機(jī)線性高分子聚合物加入到溶劑中，攪拌均勻，得混合溶液；
(2)將所述混合溶液進(jìn)行靜電噴涂，得到前驅(qū)體；
(3)將前驅(qū)體以預(yù)燒升溫速率升溫至35(T500°C并保溫2~4h，然后再以煅燒升溫速率升溫至70(Tl000°C并保溫I~5h，自然冷卻，得到納米ZnFe204。
[0007]所述金屬鹽為硝酸鹽、氯化鹽、乙酸鹽和乙酰丙酮鹽中的一種或兩種以上。
[0008]所述有機(jī)線性高分子聚合物為聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇。
[0009]所述溶劑為乙醇、水或N，N- 二甲基甲酰胺。
[0010]所述混合溶液中金屬鹽的質(zhì)量百分含量為5~13%、有機(jī)線性分子聚合物的質(zhì)量百分含量為3~12%，預(yù)燒升溫速率為f5°C /min時(shí)，得到納米球狀的鐵酸鋅；所述混合溶液中金屬鹽的質(zhì)量百分含量為5~13%、有機(jī)線性分子聚合物的質(zhì)量百分含量為13~20%，預(yù)燒升溫速率為f5°C /min時(shí)，得到納米纖維狀的鐵酸鋅；所述混合溶液中金屬鹽的質(zhì)量百分含量為14~17%，所述有機(jī)線性分子聚合物的質(zhì)量百分含量為13~20%，預(yù)燒升溫速率為f5°C /min時(shí)，得到納米鏈珠狀的鐵酸鋅；所述混合溶液中金屬鹽的質(zhì)量百分含量為5~13%，有機(jī)線性分子聚合物的質(zhì)量百分含量為13~20%，預(yù)燒升溫速率為7~10°C /min時(shí)，得到納米棒狀的鐵酸鋅。
[0011]所述煅燒升溫速率為I~5°C/min。
[0012]所述靜電噴涂時(shí)，靜電電壓為1(T20 kV，噴涂距離8~20 cm。
[0013]有益效果: 1.本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了通過同種制備方法合成一種體系、多種形貌的納米鐵酸鋅材料，可以通過原料配比的控制和熱處理工藝的調(diào)控獲得具有球狀、纖維狀、鏈珠狀和棒狀形貌的納米鐵酸鋅，有效降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，并且操作便捷，適合一定規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。
[0014]2.本發(fā)明方法制備的多種形貌納米鐵酸鋅可以應(yīng)用在磁性材料、新能源材料、隱身材料、環(huán)境材料等領(lǐng)域范圍內(nèi)，具有寬廣的應(yīng)用市場和前景。
[0015]【專利附圖】
【附圖說明】
圖1是材料I的X射線衍射圖 圖2是材料I的冷場發(fā)射掃描電鏡圖。
[0016]圖3是材料2的X射線衍射圖。
[0017]圖4是材料2的冷場發(fā)射掃描電鏡圖。
[0018]圖5是材料3的X射線衍射圖。
[0019]圖6是材料3的冷場發(fā)射掃描電鏡圖。
[0020]圖7是材料4的X射線衍射圖。
[0021 ] 圖8是材料4的冷場發(fā)射掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0023]實(shí)施例1
①稱取2.2g 二水合乙酸鋅、8.08g九水合硝酸鐵和13g聚乙烯醇(型號為1750±50，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，加入到105ml去離子水中，攪拌均勻，得混合溶液；
②將混合溶液進(jìn)行靜電噴涂，制得球狀形貌的前驅(qū)體，其中，靜電電壓為10kV，噴涂距離8cm ；
@將球狀形貌的前驅(qū)體以5°C /min的預(yù)燒升溫速率升溫至350°C并保溫2h，然后再以5°C /min的煅燒升溫速率升溫至1000°C并保溫lh，自然冷卻，得到材料I。
[0024]采用X射線衍射分析儀(XRD，Model X’TRAX)進(jìn)行相組成分析，結(jié)果如圖1所示，可以看出材料I為純相的鐵酸鋅(ZnFe2O4)15采用冷場發(fā)射掃描電鏡(FESEM，S-4800)進(jìn)行微觀形貌測試，結(jié)果如圖2所示，可以看出鐵酸鋅呈現(xiàn)納米球狀形貌。[0025]實(shí)施例2
①稱取1.36g氯化鋅、7.06g乙酰丙酮鐵和18g聚乙烯吡咯烷酮K-30 (國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)加入到100ml乙醇溶液中，攪拌均勻，得混合溶液；
②將混合溶液進(jìn)行靜電噴涂，得纖維狀形貌的前驅(qū)體，其中，靜電電壓為15kV，噴涂距離13cm ；
O將纖維狀形貌的前驅(qū)體以TC /min的預(yù)燒升溫速率升溫至500°C并保溫4h，然后再以1°C /min的煅燒升溫速率升溫至700°C并保溫5h，自然冷卻，得到材料2 4。
[0026]采用X射線衍射分析儀(XRD，Model XjTRAX)進(jìn)行相組成分析，結(jié)果如圖3所示，可以看出材料2為純相鐵酸鋅(ZnFe2O4)15采用冷場發(fā)射掃描電鏡(FESEM，S-4800)進(jìn)行微觀形貌測試，結(jié)果如圖4所示，可以看出材料2呈現(xiàn)納米纖維狀形貌。
[0027]實(shí)施例3
①稱取2.2 g二水合乙酸鋅、5.41g六水合氯化鐵和IOg聚氧化乙烯(分子量1000000,上海聯(lián)勝化工有限公司)，加入到35mlN，N-二甲基甲酰胺溶液中，攪拌均勻，得混合溶液；將混合溶液進(jìn)行靜電噴涂，得鏈珠狀形貌前驅(qū)體，其中，靜電電壓為20 kV，噴涂距
離 20cm ；
③將棒狀形貌的前驅(qū)體以3°C/min的預(yù)燒升溫速率升溫至400°C并保溫3h，然后再以3°C /min的煅燒升溫速率升溫至900°C并保溫3h，自然冷卻，得到材料3。
[0028]采用X射線衍射分析儀(XRD，Model XjTRAX)進(jìn)行相組成分析，結(jié)果如圖5所示，可以看出材料3為純相鐵酸鋅(ZnFe2O4)15采用冷場發(fā)射掃描電鏡(FESEM，S-4800)進(jìn)行微觀形貌測試，結(jié)果如圖6所示，可以看出材料3呈現(xiàn)納米鏈珠狀形貌。
[0029]實(shí)施例4
①稱取2.97 g六水合硝酸鋅、7.06g乙酰丙酮鐵和19g聚乙烯吡咯烷酮K-30 (國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)加入到118ml乙醇溶液中，攪拌均勻，得混合溶液；
②將混合溶液進(jìn)行靜電噴涂制得棒狀形貌前驅(qū)體，其中，靜電電壓為14kV，噴涂距離12cm ；
將棒狀形貌的前驅(qū)體以9°C /min的預(yù)燒升溫速率升溫至450°C并保溫3h，然后再以2V /min的煅燒升溫速率升溫至800°C并保溫2h，自然冷卻，得到材料4。
[0030]采用X射線衍射分析儀(XRD，Model XjTRAX)進(jìn)行相組成分析，結(jié)果如圖7所示，可以看出材料4為純相鐵酸鋅(ZnFe2O4)15采用冷場發(fā)射掃描電鏡(FESEM，S-4800)進(jìn)行微觀形貌測試，結(jié)果如圖8所示，可以看出材料4呈現(xiàn)納米棒狀形貌。
【權(quán)利要求】
1.一種多形貌納米鐵酸鋅的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)將金屬鹽和有機(jī)線性高分子聚合物加入到溶劑中，攪拌均勻，得混合溶液； (2)將所述混合溶液進(jìn)行靜電噴涂，得到前驅(qū)體； (3)將前驅(qū)體以預(yù)燒升溫速率升溫至35(T500°C并保溫2~4h，然后再以煅燒升溫速率升溫至700-l000°C并保溫I~5h，自然冷卻，得到納米ZnFe204。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述多形貌納米鐵酸鋅的制備方法，其特征在于所述金屬鹽為硝酸鹽、氯化鹽、乙酸鹽和乙酰丙酮鹽中的一種或兩種以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述多形貌納米鐵酸鋅的制備方法，其特征在于所述有機(jī)線性高分子聚合物為聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述多形貌納米鐵酸鋅的制備方法，其特征在于所述溶劑為乙醇、水或N，N-二甲基甲酰胺。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述多形貌納米鐵酸鋅的制備方法，其特征在于:所述混合溶液中金屬鹽的質(zhì)量百分含量為5~13%、有機(jī)線性分子聚合物的質(zhì)量百分含量為3~12%，預(yù)燒升溫速率為f5°C /min時(shí)，得到納米球狀的鐵酸鋅；所述混合溶液中金屬鹽的質(zhì)量百分含量為5~13%、有機(jī)線性分子聚合物的質(zhì)量百分含量為13~20%，預(yù)燒升溫速率為f5°C /min時(shí)，得到納米纖維狀的鐵酸鋅；所述混合溶液中金屬鹽的質(zhì)量百分含量為14~17%，所述有機(jī)線性分子聚合物的質(zhì)量百分含量為13~20%，預(yù)燒升溫速率為f5°C /min時(shí)，得到納米鏈珠狀的鐵酸鋅；所述混合溶液中金屬鹽的質(zhì)量百分含量為5~13%，有機(jī)線性分子聚合物的質(zhì)量百分含量為13~20%，預(yù)燒升溫速率為7~10°C /min時(shí)，得到納米棒狀的鐵酸鋅。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述多形貌納米鐵酸鋅的制備方法，其特征在于:所述煅燒升溫速率為I~5°C /min ο
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述多形貌納米鐵酸鋅的制備方法，其特征在于:所述靜電噴涂過程中，靜電電壓為10~20 kV，噴涂距離8~20 cm。
【文檔編號】C01G49/00GK103754953SQ201410041672
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】黃嘯谷, 賴敏, 程國生, 張其土 申請人:南京信息工程大學(xué)