下载文档原格式
第一章综述1.1 概述1.1.1 氧化铁的性质纳米科学技术是20世纪80年代末诞生并崛起的新科技，它的基本内涵是指在纳米尺寸（10-9～10-7）范围内认识和改造自然，通过直接和安排原子，分子创造新物质，以及改造原有物质使其具有新的性质[1]。
纳米材料具有量子尺寸效应，小尺寸效应，表面效应及宏观量子隧道效应等基本特性[1]。
这些基本特性使纳米材料具有不同与常规材料的潜在的物理，化学性质，因此引起人们的广泛兴趣。
纳米氧化铁( nano- sized iron oxide) 具有良好的耐候性、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[2，3]。
通常，铁的氧化物及其羟基氧化物均归属于氧化铁系列化合物，按价态，晶型结构的不同可以分为（α-﹑β-﹑γ-）Fe2O3﹑Fe3O4﹑FeO 和（α-﹑β-﹑γ-）FeOOH.按色泽又可以分为，红﹑黄﹑橙﹑棕﹑黑。
较具实用价值的有，α- Fe2O 3﹑β- Fe2O3﹑α- FeOOH﹑Fe3O4等。
1.1.2 氧化铁的应用1 纳米氧化铁在装饰材料中的应用在颜料中, 纳米氧化铁又被称为透明氧化铁( 透铁) 。
所谓透明, 并非特指粒子本身的宏观透明, 而是指将颜料粒子分散在有机相中制成一层漆膜( 或称油膜) , 当光线照射到该漆膜上时, 如果基本不改变原来的方向而透过漆膜, 就称该颜料粒子是透明的。
透明氧化铁主要有5 个品种, 即透铁红、黄、黑、绿、棕。
透明氧化铁颜料因其有0.01μm 的粒径, 因而具有高彩度、高着色力和高透明度, 经特殊的表面处理后具有良好的研磨分散性。
透明氧化铁颜料可用于油化与醇酸、氨基醇酸、丙烯酸等漆料制成透明色漆, 有良好的装饰性。
此种透明漆既可单独, 也可和其他有机彩色颜料的色浆相混, 如加入少量非浮性的铝粉浆则可制成有闪烁感的金属效应漆; 与不同颜色的底漆配套, 可用于汽车、自行车、仪器、仪表、木器等要求高的装饰性场合。
纳米氧化铁发展历程简述纳米氧化铁，乍一听是不是觉得有点高大上？它可没那么神秘，换句话说，它就是一种小小的氧化铁粒子，但“身材小，作用大”，用在好多高科技领域，尤其在医学、环境保护、电子设备这些地方，可谓是大显身手。
想想看，咱们生活中接触的这些微小颗粒，早在几十年前它们的身影就已经悄悄地出现在实验室里，慢慢地发展出自己的辉煌历程。
先别着急，咱慢慢聊，走近这颗“金刚钻”背后的故事。
话说，纳米氧化铁的起源其实是个偶然的巧合。
早期的科学家对氧化铁的研究就已经有了不小的突破，但直到20世纪60年代，纳米技术才刚刚开始展露头角。
这可不是个“天降神兵”，而是科学家们通过各种研究方法，开始弄明白，原来把铁氧化物搞成纳米级别的超微粒子，不仅能提升它的磁性，还能让它有更强的反应性。
这一发现，算是给纳米氧化铁的“出道”打下了基础。
说到这里，你可能会想，这不就是把铁弄小了吗？听起来有点简单，但实际背后可是费了不少劲。
随着科技的发展，到了80年代，纳米材料的应用开始慢慢走入大家的视野。
那时，纳米氧化铁在一些特定领域开始崭露头角，尤其是在医学领域。
这可不是开玩笑的哦，纳米氧化铁由于其强大的磁性，它成为了一种非常有潜力的成像工具，帮助医生更好地检查人体内部的情况。
纳米氧化铁还能通过磁场的引导，精准地将药物送到人体的某个部位，这可真是太牛了！如果说医学是“战场”，那纳米氧化铁就是“特种兵”，精准高效，发挥得淋漓尽致。
进入21世纪后，纳米氧化铁更是“如日中天”，其应用领域如同打了鸡血一样，嗖嗖地扩展。
尤其是在环保领域，它的表现简直让人惊艳。
由于纳米氧化铁能够吸附重金属离子、清理水中的有害物质，它成为了一种非常棒的水处理材料。
想象一下，河水、湖泊里的污染物，通过纳米氧化铁的小小“手”一摸，就能吸附干净。
用一句话来说，它就是个“环保小能手”，每天不辞辛苦地为环境出一份力。
纳米氧化铁的技术进步也离不开科研人员的日以继夜的努力。
在过去的几十年里，科学家们不断地对它进行优化和改进，确保它在不同领域的应用更加高效和安全。
纳米氧化铁的制备及其应用高令博化工与环境生命学部制药工程大连理工大学大连116023摘要：纳米氧化铁是一种多功能材料。
本文综述了纳米氧化铁的各种制备方法，对各种制备方法优缺点进行了分析和比较，详述了纳米氧化铁在磁性材料、透明颜料、生物医学、催化剂等方面的应用，并对其发展前景进行了展望。
关键词：氧化铁；纳米；制备；应用引言纳米材料和纳米结构是当今新材料领域中最富活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的组成部分。
近几年来，世界各国对金属氧化物纳米粒子进行了广泛研究，并取得了显著成效，其中纳米氧化铁由于具有广阔的应用前景而备受关注。
1 纳米氧化铁的制备纳米氧化铁的制备方法可分为湿法和干法。
湿法主要包括水热法、强迫水解法、凝胶—溶胶法、胶体化学法、微乳液法和化学沉淀法等。
干法主要包括：火焰热分解、气相沉积、低温等离子化学气相沉积法（PCVD）、固相法和激光热分解法等。
1.1 湿法1.1.1 水热法水热合成法是指在密闭体系中, 以水为溶剂,在一定温度和水的自生压强下, 使原始混合物进行反应的一种合成方法。
1982年，用水热反应制备超微粉引起了国内外的重视。
由于反应在高温高压的水溶液中进行，故为一定形式的前驱物溶解—再结晶形成的良好微晶材料提供了适宜的物理化学条件[1-2]。
康晓红等[3]采用载铁有机相与水相为反应物，于高压釜内进行水热反萃反应，经后处理后获得的氧化铁粉组成均一、粒度小、结晶完好。
景志红等[4]也制备出了菱形、纺锤形和球形等不同形貌的氧化铁纳米颗粒。
水热法制备的粒子纯度高、分散性好、晶型好且大小可控[5].反应在压热釜中进行，设备投资较大，操作费用较高[6]。
该法多以FeCl3或Fe(NO3)3为原料，在HCl 或HNO3存在下，在沸腾密闭静态或沸腾回流动态环境下进行强迫水解制备纳米氧化铁超细粒子[7]。
制备过程中加一些晶体助长剂（如NaH2PO4），可降低水解沉淀和结晶生长速度，粒子生长完整、均匀。
纳米氧化铁的制备方法有：
1.沉淀法：首先，将适量的铁盐（如硫酸亚铁）加入到溶剂中，
如水中，并搅拌均匀。
然后，加入一定量的碱（如氢氧化钠）
慢慢滴加到溶液中，形成沉淀。
沉淀经过过滤、洗涤和干燥后，
可以得到纳米氧化铁粉末。
2.热分解法：在一定条件下，将适量的铁有机化合物（如铁酸酯
或铁酸盐）加入溶剂中，如有机溶剂（如甲醇或乙醇）。
然后，通过加热使有机化合物分解，生成纳米氧化铁颗粒。
最后，通
过离心、洗涤和干燥等步骤，得到纳米氧化铁。
3.水热法：将适量的铁盐和氢氧化物（如氢氧化钠）加入到水中，
形成混合溶液。
然后，将溶液放入高温高压容器中，在一定的
温度和压力条件下进行反应一段时间。
反应完成后，通过离心
和洗涤等步骤，得到纳米氧化铁。
γ-Fe2O3纳米三氧化二铁伽马纳米三氧化二铁磁性
γ-Fe2O3的主要特点：具有优异的磁性、分散性和稳定性，磁共振成像对比增强效果佳、可用于纳米探针构建、磁共振造影与分子影像、磁热疗、药物载体及靶向诊疗一体化研究。
九朋新材料氧化铁技术指标
产品应用
1.由于铁红具有的耐温性能，因此适用于各种塑料、橡胶、陶瓷、石棉制品的着色；适用于防锈漆、中低档涂料。
适用于水泥制品、彩瓦的着色；在纤维着色浆、防伪涂层、静电复印、油墨方面的应用都十分广泛；
2.纳米氧化铁应用于化妆品中：纳米氧化铁的无毒性和吸收紫外能力极强性，适用化妆品行业；
3.纳米氧化铁应用于粉末涂料中：纳米氧化铁在温度300℃内颜色无变化，因此可以应用到无机涂料中，作为颜色调料；
4.在磁记录材料方面的应用：纳米氧化铁磁性材料加入涂料中，具有比重轻，对电磁波和声波有良好的吸收和衰减，对中红外波段有很强的吸收、耗散、屏蔽作用等特性；
5.在医学、生物领域中的应用；在催化方面、传感器方面的应用；
6.纳米氧化铁在磷酸铁锂电池中的应用：纳米氧化铁作为磷酸铁锂电池的主要成分，无毒、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点，具有优良的循环性能、耐高温性能。
使用氧化铁材料的锂离子电池，与铅酸电池相比，行驶距离提高，功率增大，时速也提高了；
7.纳米氧化铁在镍镉电池上应用：作为负极材料的纳米氧化铁主要作用是使氧化镉粉有较高的扩散性，防止结块，并增加极板的容量，使镍镉电池具有良好的大电流放电特性，耐过充放电能力强，维护简单等优点。
包装储存
1kg/袋
密封保存于干燥、阴凉的环境中，不宜暴露空气中，防受潮发生氧化团聚，影响分散性能和使用效果；包装数量可以根据客户要求提供，分装。
高纯纳米氧化铁
高纯纳米氧化铁是指具有高纯度的纳米尺寸的氧化铁颗粒。
氧化铁（Fe2O3）是一种常见的金属氧化物，它具有许多独特的性质和广泛的应用。
高纯度的纳米氧化铁通常通过化学合成或物理方法制备得到。
化学合成方法包括溶胶凝胶法、沉淀法和水热法等，物理方法包括气相沉积、磁控溅射和电弧放电等。
这些方法可以控制氧化铁颗粒的尺寸、形状和分散性。
高纯纳米氧化铁具有以下一些特点和应用：
1.纳米尺寸效应：纳米尺寸的氧化铁具有较高的比表面积和
表面活性，对于某些应用而言具有优势。
例如，在催化剂、电池材料和传感器等领域，纳米氧化铁的高比表面积可以
提高反应活性和敏感性。
2.磁性特性：氧化铁具有磁性，而纳米尺寸的氧化铁也表现
出较强的磁性。
这使得高纯纳米氧化铁在磁性材料、医学
诊断和磁性储存等领域具有重要应用。
3.生物医学应用：高纯纳米氧化铁在生物医学领域有广泛的
应用，如磁性成像、磁性导向释药、癌症治疗和组织工程
等。
其磁性和生物相容性使其成为药物输送和生物传感等
应用的理想候选材料。
需要注意的是，在使用高纯纳米氧化铁时，需要注意其合成、制备和处理过程中可能的安全和环境问题，以确保安全性
和可持续性。
此外，具体的应用需要进一步的研究和验证，以确定其在各个领域的性能和效果。
纳米氧化铁
纳米氧化铁是一种无害的、粒径大小在10 nm以下的氧化铁颗粒。
因其粒径很小，能
够形成独特、可控的结构，具有优越的物理、化学和电镀性能，为周期性室温电化学设备
的改进提供了新的途径。
纳米氧化铁具有众多有益的物理和化学性质，如良好的耐腐蚀性能、高比表面积、饱
和摩尔质量和高比表面能电位等。
因此，纳米氧化铁在污水处理、电化学储能、电池、催
化剂、病毒检测和纳米技术等领域具有广泛的应用前景。
目前，纳米氧化铁通过两种不同的方法制备：湿法和干法。
湿法解决了纳米氧化铁制
备所面临的多种问题，如获得稳定产品、控制颗粒粒径大小、保持纯度、降低制备过程中
的不可控性。
干法技术以较低的生产成本及快速制备周期为优点，但所获得纳米氧化铁粒
径更大，比表面积更低，特定氧化铁特性不明显。
纳米氧化铁颗粒在农业领域具有重要的应用，例如土壤改良、病害防治和植物繁殖。
它可以提高土壤的垂直水分、促进土壤有机物的堆积。
纳米氧化铁还可以作为抗菌剂，降
低化肥的毒性和防止病害的滋生，从而有助于植物的生长。
此外，它还可以用于植物染色、形态调控、花青素合成以及光合色素分布调节等方面，从而改善植物功能。
纳米氧化铁是一种以其优越的化学、物理性质和技术性能为基础，可用于室温电化学
系统中的普及和应用技术。
它不仅可以广泛用于农业领域，还可以用于环境污染治理、药
物促进剂和能源储存及转换等多领域，被认为具有巨大的商业前景。
混凝土中纳米氧化铁的应用技术一、介绍混凝土是一种常用的建筑材料，广泛应用于各种建筑结构中。
然而，由于其天然矿物质含量较低，其耐久性和强度受到了限制。
为了提高混凝土的性能，研究人员开始探索在混凝土中添加纳米氧化铁的应用技术。
二、纳米氧化铁的特性纳米氧化铁是一种具有特殊性质的材料，其颗粒大小在1-100纳米之间。
具有高比表面积、高活性、高热稳定性和高机械强度等特点。
因此，纳米氧化铁在许多领域中都具有广泛的应用前景，如光催化、电化学储能、磁学、生物医学等。
三、纳米氧化铁在混凝土中的应用技术1.制备方法纳米氧化铁的制备方法有很多种，常用的包括水热法、溶剂热法、共沉淀法、化学气相沉积法等。
其中，水热法是一种简单、低成本、易于控制的制备方法，因此在混凝土中添加纳米氧化铁时常采用此方法。
2.添加量添加纳米氧化铁的量对混凝土性能的影响非常重要。
研究表明，当纳米氧化铁的添加量为2%时，混凝土的抗压强度可以提高约20%。
但是，过量添加纳米氧化铁会降低混凝土的性能，因此需要控制添加量。
3.影响混凝土性能的因素添加纳米氧化铁对混凝土性能的影响受到多种因素的影响，如混凝土的配比、纳米氧化铁的大小和形状、纳米氧化铁的分散度等。
因此，在添加纳米氧化铁前需要对这些因素进行充分的考虑。
4.提高混凝土性能的机制纳米氧化铁能够提高混凝土的性能，主要是通过以下几种机制实现的：（1）填充作用：纳米氧化铁颗粒能够填充混凝土中的微孔和毛细孔，减少混凝土的孔隙率，从而提高混凝土的密实度和强度。
（2）增强作用：纳米氧化铁的添加可以增强混凝土的结构，提高混凝土的抗拉强度和抗压强度。
（3）催化作用：纳米氧化铁具有良好的光催化性能，能够降解混凝土中的有机物和氮氧化物等有害物质，提高混凝土的环境友好性。
四、纳米氧化铁在混凝土中的应用案例1.纳米氧化铁改性混凝土的制备及性能研究该研究采用水热法制备纳米氧化铁，并将其添加到混凝土中，研究了添加量、纳米氧化铁大小、形状和分散度等因素对混凝土性能的影响。
水处理中氧化铁纳米颗粒的应用研究1. 简介水资源是人类生存和发展的重要物质基础，而水污染问题也是当下亟待解决的问题之一。
因此，对于水处理技术的研究具有极其重要的意义。
本文将介绍一种新型水处理技术——氧化铁纳米颗粒，以及其在水处理中的应用。
2. 氧化铁纳米颗粒的性质氧化铁纳米颗粒是一种具有特殊物理化学性质的物质，其粒径介于1-100纳米之间。
相比于大尺寸的氧化铁颗粒，氧化铁纳米颗粒具有更大的比表面积，更强的化学反应活性，以及更好的吸附性能。
此外，由于其粒径小，氧化铁纳米颗粒还具有独特的光电响应性能。
这些特殊性质使氧化铁纳米颗粒成为了一种极具潜力的水处理材料。
3. 氧化铁纳米颗粒的制备方法目前，氧化铁纳米颗粒的制备方法主要包括物理法、化学法和生物法等。
物理法包括溶胶凝胶法、高温处理法和电化学法等；化学法包括共沉淀法、水热法和溶剂热法等；生物法则选用微生物或植物等生物体内的物质对铁离子进行还原、水解形成氧化铁纳米颗粒。
目前，各种不同的氧化铁纳米颗粒制备方法都已经有了较好的发展，并可以满足不同要求的水处理需要。
4. 氧化铁纳米颗粒在水处理中的应用(a) 水中有机污染物的去除氧化铁纳米颗粒具有很好的吸附性能，能够有效去除水中的有机污染物。
此外，当氧化铁纳米颗粒暴露在紫外光下时，其电荷状态会发生改变，从而使得其吸附性能得到加强。
因此，在水处理中应用氧化铁纳米颗粒能够显著地提高水中有机污染物的去除效果。
(b) 污水中重金属的去除氧化铁纳米颗粒还具有很好的吸附重金属离子的性能。
研究表明，氧化铁纳米颗粒的吸附性能与pH值、温度和颗粒的表面电位等条件密切相关。
在污水中使用氧化铁纳米颗粒进行重金属离子的去除时，应根据实际情况选择最适宜的吸附条件。
(c) 水中微生物的去除氧化铁纳米颗粒也能够作为一种有效的消毒剂，去除水中微生物。
当氧化铁纳米颗粒暴露在紫外光下时，其能够产生一定量的自由基，具有较好的消毒效果。
此外，氧化铁纳米颗粒还能够作为一种抗生物质，防止水中细菌的滋生。
第一章综述1.1 概述1.1.1 氧化铁的性质纳米科学技术是20世纪80年代末诞生并崛起的新科技，它的基本内涵是指在纳米尺寸（10-9～10-7）范围内认识和改造自然，通过直接和安排原子，分子创造新物质，以及改造原有物质使其具有新的性质[1]。
纳米材料具有量子尺寸效应，小尺寸效应，表面效应及宏观量子隧道效应等基本特性[1]。
这些基本特性使纳米材料具有不同与常规材料的潜在的物理，化学性质，因此引起人们的广泛兴趣。
纳米氧化铁( nano- sized iron oxide) 具有良好的耐候性、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[2，3]。
通常，铁的氧化物及其羟基氧化物均归属于氧化铁系列化合物，按价态，晶型结构的不同可以分为（α-﹑β-﹑γ-）Fe2O3﹑Fe3O4﹑FeO 和（α-﹑β-﹑γ-）FeOOH.按色泽又可以分为，红﹑黄﹑橙﹑棕﹑黑。
较具实用价值的有，α- Fe2O 3﹑β- Fe2O3﹑α- FeOOH﹑Fe3O4等。
1.1.2 氧化铁的应用1 纳米氧化铁在装饰材料中的应用在颜料中, 纳米氧化铁又被称为透明氧化铁( 透铁) 。
所谓透明, 并非特指粒子本身的宏观透明, 而是指将颜料粒子分散在有机相中制成一层漆膜( 或称油膜) , 当光线照射到该漆膜上时, 如果基本不改变原来的方向而透过漆膜, 就称该颜料粒子是透明的。
透明氧化铁主要有5 个品种, 即透铁红、黄、黑、绿、棕。
透明氧化铁颜料因其有0.01μm 的粒径, 因而具有高彩度、高着色力和高透明度, 经特殊的表面处理后具有良好的研磨分散性。
透明氧化铁颜料可用于油化与醇酸、氨基醇酸、丙烯酸等漆料制成透明色漆, 有良好的装饰性。
此种透明漆既可单独, 也可和其他有机彩色颜料的色浆相混, 如加入少量非浮性的铝粉浆则可制成有闪烁感的金属效应漆; 与不同颜色的底漆配套, 可用于汽车、自行车、仪器、仪表、木器等要求高的装饰性场合。
透铁颜料强烈吸收紫外线的特性使其可作为塑料中紫外线屏蔽剂,而用于饮料、医药等包装塑料中。
纳米Fe2O3在静电屏蔽涂料中也有广阔的应用前景, 日本松下公司已研制成功具有良好静电屏蔽的Fe3O2纳米涂料。
这种具有半导体特性的纳米粒子在室温下具有比常规的氧化物高的导电性, 因而能起到静电屏蔽作用。
2 纳米氧化铁在油墨材料中的应用透铁黄可用于罐头外壁的涂装, 透铁红油墨为红金色, 特别适合罐头内壁用, 加之透铁红耐300 ℃的高温, 是油墨中难得的颜料珍品。
为提高钞票的印制质量, 往往在印钞油墨中加入纳米氧化铁颜料来保证钞票的色度和彩度等指标。
3 纳米氧化铁在着色剂中的应用随着人们生活水平的提高, 人们越来越重视医药、化妆品、食品中使用的着色剂, 无毒着色剂成了人们关注的焦点。
纳米氧化铁在严格控制砷和重金属含量的情况下, 是良好的着色剂。
纳米氧化铁可用于制造化妆品中的粉饼, 若与珠光颜料并用可使珠光颜料着色, 增添珠光粉的魅力。
药用明胶胶囊、果冻和某些饮料等也都使用了透明氧化铁作为着色剂。
4 纳米氧化铁在光吸收材料中的应用纳米微粒的量子尺寸效应使其对某种波长的光吸收带有蓝移现象和对各种波长光的吸收带存在宽化现象, 纳米微粒的紫外吸收材料就是利用这两个特性而制成的。
通常, 纳米微粒紫外吸收材料是将微粒分散到树脂中制成膜, 这种膜对紫外光的吸收能力依赖于纳米粒子的尺寸和树脂中纳米粒子的掺加量和组分。
Fe2O3纳米微粒的聚固醇树脂膜对600 nm以下的光有良好的吸收能力, 可用作半导体器件的紫外线过滤器。
5 纳米氧化铁在磁性材料和磁记录材料中的应用作为磁记录单位的磁性粒子的大小必须满足以下要求: 颗粒的长度应小于记录波长; 粒子的宽度( 如可能长度也包括在内) 应该远小于记录深度; 一个单位的记录体积中, 应尽可能有更多的磁性粒子。
纳米Fe2O3具有良好磁性和很好的硬度。
氧磁性材料主要包括软磁氧化铁( α-Fe2O3) 和磁记录氧化铁( γ-Fe2O3) 。
磁性纳米微粒由于尺寸小, 具有单磁畴结构、矫顽力很高的特性, 用它制作磁性记录材料可以提高信噪比, 改善图像质量。
目前, 所用的录像磁带一般使用的磁性超微粒为铁或氧化铁的针状粒子( 如针状γ- Fe2O3) [ 4，5] 。
6 纳米氧化铁在定向药物中的应用定向药物是目前药物技术研究的热点之一。
在外加磁场的作用下,通过载体—纳米微粒的磁性导航, 使药物移向病变部位, 达到定向治疗的目的。
这样不但可以极大地提高药物的效率, 而且能减少药物在人体其他器官上的量, 从而有效避免药物在对病灶作用的同时伤害人体其他器官[6] 。
磁性氧化铁生物纳米颗粒具有比表面效应和磁效应, 易定向,对人体无副作用, 可作为药物定向的有效载体。
据报道, 磁性氧化铁外包葡聚糖生物纳米颗粒, 可作为基因载体, 在酸性条件下, 该纳米颗粒表现出DNA 结合力及抵抗DNASE- I 消化的作用[7] 。
10nm～50 nm 的Fe3O4的磁性粒子表面包覆甲基丙烯酸, 尺寸为200 nm, 这种亚微米级的粒子携带蛋白、抗体和药物可以用于癌症的诊断和治疗。
这种局部治疗效果好,副作用少, 很可能成为癌症的治疗方向。
7 纳米氧化铁在催化剂中的应用纳米氧化铁具有巨大的比表面, 表面效应显著, 是一种很好的催化剂。
纳米粒子由于尺寸小, 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增加。
用纳米粒子制成的催化剂的活性、选择性都高于普通的催化剂, 并且寿命长、易操作。
将用纳米α- Fe2O3做成的空心小球, 浮在含有有机物的废水表面上, 利用太阳光进行有机物的降解可加速废水处理过程。
美国、日本等对海上石油泄露造成的污染进行处理时采用的就是这种方法。
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的燃烧速度可提高1～10 倍, 这对制造高性能火箭及导弹十分有利。
8 纳米氧化铁在陶瓷材料中的应用氧化铁系统陶瓷首先以具有特殊磁性的间晶石型铁氧体而得到广泛的应用。
目前用于氧化铁单元系统陶瓷的超细粉体多采用共沉淀法制备, 此法制得的氧化铁粉体平均粒径一般为40 nm～60 nm, 比表面积为30 m2/g～60 m2/g, 用其制备的气敏陶瓷具有良好的灵敏度[8] 。
但由于共沉淀法中各反应物水解后的沉淀速度不同, 往往难以获得原子尺度的混合, 以此烧结而成的陶瓷有可能存在微观结构上的不均匀, 因此共沉淀法不能用于发展氧化铁多元系统陶瓷超微粉体的研究。
9 纳米氧化铁其他应用纳米氧化铁在其他方面也有应用, 如用大分子葡聚糖包埋的磁性氧化铁可用于肝和脾的磁共振造影增强剂[9] , 利用纳米级氧化铁与NT 组成混合炸药来提高炸药的爆热[ 10] 等。
1.2 纳米氧化铁的制备方法目前,国内外有很多不同的纳米氧化铁的制备方法,总体上可分为液相法、固相法和气相法。
液相法多以Fe (NO3) 3·9H2O 或FeCl3·6H2O 为原料,采用沉淀水解法、溶胶- 凝胶法、水热法等制备;固相法主要包括机械研磨法、固相反应法或热分解等方法;气相法是直接利用气体或者通过各种手段将物质变成气体,使之在气体状态下发生物理变化或化学反应,最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米微粒的方法,它有化学气相沉积法(PCVD) 和激光热分解法等制备方法。
1.2.1 液相法1.2.1.1 沉淀水解法沉淀水解法是液相化学反应合成金属氧化物纳米颗粒最早采用的方法。
主要过程包括两个阶段:(1) 水解:Fe3 + + 3(OH) - →Fe (OH)3+ 3H+(2) 焙烧:Fe(OH)3→Fe2O3根据工艺的不同,它目前有均匀水解法、强迫水解法、微波诱导水解法之分。
1.2.1.2 均匀水解法均匀水解法是在Fe (NO3)3·9H2O 或FeCl3·6H2O 的溶液中加入沉淀剂, 如CO(NH2)2或(NH4)2CO3,在一定温度下,沉淀剂在水中缓慢地发生水解,产生OH- 离子,通过加热控制溶液中沉淀剂的分解速度,OH- 离子缓慢增加,使溶液中的酸碱反应处于平衡与非平衡的临界状态,产生的沉淀颗粒很小且在整个溶液中均匀地出现,然后煅烧制备出纳米氧化铁粒子。
欧延等人[11]以FeCl3·6H2O 为原料,以尿素作为沉淀剂,在95 ℃下反应4h ,300 ℃下煅烧3h ,得到20～30nm 的氧化铁,而且分散性很好。
也可以向Fe (NO3)3·9H2O 或FeCl3·6H2O 的溶液中缓慢加稀碱溶液使其发生水解反应,控制pH 值在一定范围,加入一定分散剂和表面活性剂, 促使水解形成的Fe(OH)3沉淀不断形核,利用分散剂等来抑制晶核长大,干燥焙烧制备出纳米α- Fe2O3。
樊亮、彭同江[12] 利用该法制备出了粒径为50～100nm的氧化铁粉。
他们研究了不同pH值对Fe(OH)3沉淀粒径的影响。
pH 值较小,为4 左右时,粉体颗粒均匀, 呈类球形, 分散性好, 粒径为50 ～100nm ;pH 值较大,为8～9 时,样品颗粒大而不均匀,团聚现象严重,有板柱状、纺锤形晶体生成。
1.2.1.3 强迫水解法强迫水解法以Fe (NO3)3·9H2O 或FeCl3·6H2O 为原料,在有一定浓度的HCl或HNO3存在下,于沸腾密闭静态或沸腾回流动态环境下将Fe3 + 强制水解来制备超细粒子α- Fe2O3。
钟红梅等人[13]以FeCl3为原料,采用回流法制得了纳米氧化铁。
随着FeCl3浓度的增大,Fe2O3粒径有增大的趋势,浓度为011～012mol/ L时,可得到均匀球形、粒径为30～50nm 的Fe2O3粒子, 当浓度为1. 0mol/ L 时, 则粒径超过100nm ,且以六方片为主。
强迫水解法制得的粒子均匀,效率比均匀水解法有所提高,但要求水解浓度较低,且在沸腾下进行,能耗较高。
1.2.1.4 微波诱导水解法微波加热时,反应体系中不存在温度梯度,有利于均匀分散体系的形成,通过辐射瞬间产生大量的热量可以加快溶液的水解速度,为大量形核提供能量,大大缩短反应时间,降低粒子的尺寸。
该方法比前两种方法大大提高了生产效率,但设备比较昂贵。
总之,沉淀水解法成本较低,工艺简单,质量稳定,但是沉淀物通常为胶状物,过滤较困难,且沉淀剂作为杂质残留,由于多种金属不容易发生共沉淀反应,适应面较窄。
