纳米氧化铁的制备与应用研究进展
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纳米氧化铁的制备与应用研究进展【摘要】本文介绍了纳米氧化铁的性质，综述了近年来纳米氧化铁的制备方法，初步探讨了制备工艺过程中所存在的问题，并介绍了纳米氧化铁的性能及其在各种领域中的应用。
【关键词】纳米氧化铁；性能；制备；应用纳米氧化铁具有良好的耐光性、磁性和对紫外线具有良好的吸收和屏蔽效应,可广泛应用于闪光涂料、油墨、塑料、皮革、汽车面漆、电子、高磁记录材料、催化剂以及生物医学工程等方面,且可望开发新的用途[1,2]。
本文简单介绍了纳米氧化铁的性质，并论述了纳米氧化铁制备方法和应用。
1.纳米氧化铁的性质纳米氧化铁的具有纳米粒子与纳米固体的基本特性，如表面效应，小尺寸效应，尺寸效应等，也表现出自身的特性与块体材料不同的现象。
目前应用最多的氧化铁主要是α-Fe2O3，纳米α-Fe2O3的主要性质是有较好的耐热性、磁性、耐光性，并且纳米微粒尺寸小有较高的表面能，因此表现出很多不同于普通尺寸材料的特征。
纳米氧化铁除了具有普通氧化铁的耐腐蚀、无毒等特点外，还具有分散性高、色泽鲜艳、对紫外线具有良好吸收和屏蔽效应等特点，可广泛应用于闪光涂料、油墨、塑料、皮革、汽车面漆、气敏材料、催化剂、电子、光学抛光剂、生物医学工程等行业中[3]。
2.纳米氧化铁的制备纳米氧化铁的制备方法总体上可分为干法和湿法。
湿法在工业生产中使用的较为广泛。
一般以工业绿矾、工业氯化(亚)铁或硝酸铁为原料，采用强迫水解法、水热法、胶体化学法等制备。
干法常以羰基铁或二茂铁为原料，采用火焰热分解、气相沉积、低温等离子化学气相沉积或激光热分解法制备[4]。
由于湿法具有原料易得且能直接使用、操作简单、粒子可控等优点，因此工业上多用此法制备纳米氧化铁。
目前湿法制备纳米氧化铁的主要方法有如下几种：2.1沉淀法[5,6]主要是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在铁盐溶液中再加入一定的沉淀剂(如OH－)来制备铁的前驱体沉淀物，再将此沉淀物经过干燥或煅烧，来制得相应的纳米级氧化铁粒子。
此方法可分为直接沉淀法和均匀沉淀法。
2.1.1均匀沉淀法均匀沉淀法是在铁盐溶液中加入某种物质，使之通过溶液中的化学反应缓慢地生成沉淀剂。
常用的铁盐溶液是FeCl3或Fe(NO3)3溶液，常用的试剂是尿素，它在水溶液70℃左右发生分解作用，加热时水解产生CO2、NH4＋、OH－，它们促进和控制Fe3＋水解，从而达到快速均匀成核的目的。
其反应方程式可表示为：Fe3++ (NH2) 2CO+ 4H2O =Fe(OH)3 + CO2 + 2NH4++ H+ (1)2Fe(OH)3 =Fe2O3+3H2O(2)该方法的优点是水解反应发生时，氨类化合物加热产生的NH4+、OH－等，可以促进和控制铁盐的水解，达到快速均匀成核的目的，从而可以减少强水解带来的杂质。
该法的缺点是水解温度必须严格控制，温度过高水分蒸发过快，体系浓度难以控制，同时铁盐的水解加剧，易出现成核不均的现象；温度过低，则不利于水解的进行。
2.1.2氧化沉淀法氧化沉淀法是制备超细氧化铁的最常见方法，它以二价铁盐为原料，所以制备过程当中要通过氧化来实现Fe(Ⅱ)到Fe(Ⅲ)的转化。
氧化沉淀法大多是以空气为氧化剂，在惰性气氛下，往二价铁盐溶液中加入过量的沉淀剂(NaOH、氨水、碳酸盐等)溶液，快速生成白色胶粒Fe(OH)2或FeCO3。
然后通入空气氧化，Fe(OH)2或FeCO3胶粒会逐渐凝聚成较大的胶团，经过滤、干燥、煅烧即可得到纳米氧化铁。
还有一种方法是先氧化后沉淀，即先将二价铁氧化成三价铁，与碱反应得氢氧化铁胶团，然后过滤、干燥、煅烧即也可得到纳米氧化铁。
2.2溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法制备纳米氧化铁一般采用FeCl3、Fe(NO3)3等为初始原料，在一定温度下将其溶入在水或醇中，并加入理论量的碱(或氨水)和一定量的表面活性剂，调节pH值后配成胶体，陈化至凝胶，然后干燥、煅烧得到氧化铁纳米粒子。
由于无机铁盐溶胶的凝胶化在脱水过程中极易造成粒子团聚长大，通常加入十二烷基磺酸钠等表面活性剂作为稳定剂。
胶凝作用是由溶胶中胶体颗粒之间的范德华力、静电力和布朗运动等表面上的物理作用力以及空间相互作用力所决定的，受溶液浓度、pH值、反应温度、催化剂种类等很多因素的影响，控制不好就会形成粒状沉淀物。
凝胶的干燥是溶胶一凝胶过程的关键性环节，除传统的加热干燥、减压干燥外，冷冻干燥、超临界流体干燥技术也已应用于溶胶-凝胶法制备纳米氧化铁。
2.3水热法[7-9]水热合成法制备纳米氧化铁多以Fe(NO3)3·9H2O或FeCl3·6H2O为原料,在一种稳定剂(如SnCl4) 存在下，用碱液将溶液的pH调至7-8，再加热至60-70℃，固液分离后，Fe(OH)3凝胶经洗涤重新分散于水中,用碱液将pH 调至11-12 后，加入反应釜中，升温至170℃左右反应2h ，冷却出釜后处理即得。
水热法根据反应类型不同可分为水热氧化、还原、沉淀、合成、水解、结晶等，其特点是粒子纯度高，分散性好，晶型好且大小可控。
但是该方法最大的不足是必须在压热釜中进行，设备投资较大，操作费用较高。
随着科学技术的发展和人们研究的不断深入，纳米氧化铁的制备方法正在不断推陈出新，涉及的领域不断加宽，各种方法也在不断的交叉和渗透。
如爆炸丝法、电化学方法、结合生物技术的方法、硬脂酸等等。
3.纳米氧化铁的应用氧化铁是被广泛使用的无机颜料。
作为一种化工原料，广泛应用于建筑材料、涂料、橡胶、陶瓷、玻璃、电子、皮革、油地毡、医药、化妆品、催化剂、高级精磨材料、磁性记录材料等方面。
3.1在磁性材料中的应用磁性纳米粒子由于其特殊的超顺磁性，在巨磁电阻、磁性液体和磁记录、软磁、永磁、磁致冷、巨磁阻抗材料以及磁光器件、磁探测器等方面具有广阔的应用前景[10]。
利用铁基纳米材料的巨磁阻抗效应制备的磁传感器已经问世，包覆了超顺磁性纳米微粒的磁性液体也被广泛用在宇航和部分民用领域作为长寿命的动态旋转密封。
软磁铁氧体在无线电通讯、广播电视、自动控制宇宙航行、雷达导航、测量仪表、计算机、印刷、家用电器以及生物医学领域均得到了广泛应用。
3.2在催化领域中的应用纳米材料的比表面积大，表面所占的体积百分数大，表面的键态和电子态与颗粒内部不同，表面原子配位不全等导致表面的活性位置增加，表面活性中心多，这就使纳米颗粒具备了作为催化剂的基本条件。
同时，纳米材料的表面效应和体积效应决定了它具有良好的催化活性和催化反应选择性。
用纳米粒子制成催化剂的活性、选择性都高于普通催化剂，还具有寿命长、易操作。
纳米α-Fe2O3已直接用作高分子聚合物氧化、还原及合成的催化剂，纳米α-Fe2O3 催化剂可使石油的裂解速度提高1-5倍，以其作为燃烧催化剂制成的固体推进剂的燃烧速度较普通推进剂可提高1-10倍,这对制造高性能火箭及导弹十分有利。
3.3在其它领域中的应用纳米α-Fe2O3除了在磁性材料、颜料、催化领域得到应用外，在国民经济其它领域中也有广泛的应用前景。
如用纳米α-Fe2O3制成的气敏材料，具有响应速度快、选择性强、灵敏度高、稳定性好等特点。
在制备透明氧化铁时，若严格控制砷和重金属的含量，则可用于药品、食品、化妆品等方面。
此外，利用纳米级粒子使药物在人（下转第10页）（上接第67页）体内的传输更为方便这一特点，将磁性α-Fe2O3纳米粒子制成药物载体，通过静脉注射到动物体内。
在外加磁场作用下通过纳米微粒的磁性导航，使其移动到病变部位可达到定向治疗的目的。
4.结论纳米氧化铁因为其优良的性能和广泛的用途而备受人们关注。
纳米氧化铁的制备方法很多，并不断地被改进和发展，但制备方法都有各自的优缺点，因此其制备方法还需扬长避短，进一步完善，以适应产业化的要求。
纳米氧化铁在磁性材料、食品、医药、涂料等方面的应用卓有成效。
随着人们对此类材料研究的不断深入，纳米氧化铁的新性能及新应用也逐渐被发现，纳米氧化铁的应用前景将十分广阔。
■【参考文献】［１］罗益民,黄可龙,潘春跃.纳米级α-Fe2O3细粉的制备与表征[J].无机材料学报, 1994, 9(2):239-243.［２］樊耀亭,吕秉玲.透明氧化铁颜料的制备[J].现代化工.1996, 6:28-30.［３］林碧亮,卜建杰,郑邯勇等.纳米氧化铁制备方法的研究进展[J].舰船防化, 2007, 1:20-24.［４］方敏,段学臣,周常军.纳米氧化铁的制备与应用[J].湿法冶金, 2005, 24(3):117-120.［５］娄向东,刘双枝,王天喜等.纳米氧化铁化学制备方法研究进展[J].无机盐工业, 2005, 37(12):1-4.［６］胡兵,龙化云,黄光斗.均匀沉淀法制备超细透明氧化铁黄颜料[J].湖北工学院学报, 2003, 18(1) :53- 55.［７］Dehong Chen, Xiuling Jiao, Dairong Chen. Solvothermal synthesis of α-Fe2O3 particles with different morphologies[J]. MaterialsResearch Bulletin, 2001, 36(5): 1057-1064.［８］Bo Hou, Youshi Wu, Lili Wu,et al. Hydrothermal synthesis of cubic ferric oxide particles[J].Materials Letters, 2006, 60: 3188-3191.［９］王兴尧,康晓红,谢慧琴等.水热反萃法制备纳米α-Fe2O3[J].应用化学,2004,11(7):655-659.［１０］程敬泉,高政,马惠卿等.纳米氧化铁的制备及其应用[J].衡水学院学报,2008,10(1):41-44.。
