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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
< p>
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
, < /p>
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
< p>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]
。
1.1.2
强迫水解法
该法多以
FeCl
3
或
Fe(NO
3
)
3
为原料，在
HCl
或
HNO
3
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
NaH
2
PO
< br>4
），可降低水解沉淀和结晶生长速度，粒子生
长完整、
均匀。李巧玲等
[8]
借助微波加热，采用沸
腾回流的强迫水解法用三价
铁盐直接合成了球形、椭球形、纺锤形、立方形等不同形状、
表面光滑、均匀的
α
-Fe
2
< br>O
3
纳米胶粒。
魏雨等
[9]
用强迫水解法制备了单分散、
均匀且粒径 小于
25 nm
的球形
α
-Fe
2
O
3
粒子。
强迫水解法能够制备出不同形貌的氧化铁纳米粒
子，
但水解浓度较低
（一般
小于
0.2 mol·
L
-1
）。水解在沸腾条件下进行，因
此能耗较高。
1.1.3
凝胶
—
溶胶法
[10]
凝胶
—
溶胶法是以醇盐为原料，
在一定温度下进行水解和 缩聚反应，
随着缩
聚反应的进行以及溶剂的蒸发，具有流动性的溶胶逐渐
变为略显弹性的固体凝
胶，然后再在较低的温度下烧结成为所要合成的材料。马振叶等人
[11]
相转移法
与溶胶－凝胶法结合
，以
FeC1
3
溶液和
NaOH
溶液为原料，并添加一定量的油酸
和甲苯，
制备出平均粒 径为
12 nm
的纳米
Fe
2
O
3
粉末。
曹维良等人
< p>[12]
制得的前驱体
氢氧化铁醇凝胶移至高压釜
，
程序升温，
使体系达到超临界状态，
利用超临界干
燥技术
[13]
制得几十纳米大小的氧化铁粉体，并
讨论了煅烧温度对粒径的影响。
凝胶
—
溶胶法反应温度低，
产物 粒径小，
可控制在几十纳米范围，
为高密度
记录打下良好
的基础，
其合成工艺的可操作性，
与大规模工业生产发展的要求相
适应；但反应时间较长，且成本高，干燥时易开裂。
1.1.4
胶体化学法
[14-16]
< br>胶体化学法是将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶，
然后使
溶质聚合凝胶化，
再将凝胶干燥、
焙烧除去有机成分，
最后制得纳 米材料。
以高价铁盐为初始原料，
在一定温度下，
用低于 理论量的碱（如氢氧化钠）
与之
反应制备出粒子表面带正电的溶胶；
引入阴离子表面活性剂如十二烷基苯磺酸钠
（
DBS
）
,
由于表面活性剂在水溶液中电离，产生的负离子团与带正电的胶体粒< /p>
子发生电中和，
使得胶体粒子表面形成有机薄层从而使之具有亲油憎水性，
再加
入氯仿或甲苯等有机溶剂，
将其萃取入有机相，
经减压蒸馏出有机溶剂可循环再
利用。
残留物经加热处理即得 纳米氧化铁。
杨隽等
[15]
用该法制备出了粒径以
4
～
6 nm
的球形氧化铁超微粉体粒子。
胶体化学法能够制备出超
细、
均匀、
球形的氧化铁，
但该法涉及大量的有机
物，对操作环境要求严格。
1.1.5
微乳液法
微乳液法是利用两种互不相溶的溶剂在表面活
性剂的作用下形成一个均匀
的乳液，从乳液中析出固相
,
以使成核、生长、聚结、团聚等过程局限在一个微
小的球形液滴中
,
从而形成球形颗粒
,
又避免了进一步团聚。徐甲强等
[ 17]
<
/p>
以
FeCl
3
为原料，以
一定比例在溴化十六烷基三甲胺
( CT-MAB ) /
正丁醇
/
环己烷
/H2O
微乳体系中混合均匀
,
经处理制得
- Fe
2
O
3
纳米粒子。
微乳液法实验装置简单，
能 耗低，
操作容易，
所得纳米粒子粒径分布窄易于
实现高纯
化，
且分散性、
界面性和稳定性好。
与其它方法相比粒径易于控制 ，
适
用面广，但工艺操作较难控制。
1.1.6
沉淀法
沉淀法是
指在可溶性的铁盐溶液中加入沉淀剂
(
如
: OH
-
, C
2
O
4
2-
等
)
，
形成不
溶性的氢氧化物、水合氧化物或盐
类，并从溶液中析出
,
将溶剂和溶液中原有的
阴离子洗去
,
经 热分解或脱水即可得到所需的氧化物粉体。
高志华等
[18]
用水合硫
酸铁或水合硝酸铁与尿素为原料制备了平均粒径小于
100nm
的纤维状纳
α
-Fe
2<
/p>
O
3
粒子。
沉淀法成本较低，
但沉 淀物通常为胶状物，
水洗时过滤较困难。
沉淀剂易作
为杂
质残留，
沉淀过程中各种成分可能发生变化，
水洗时部分沉淀物易发生溶解。
此外，由于多种金属不容易发生沉淀反应，因此该法的适用范围较窄
[19]
。
1.2
干法
1. 2. 1
固相法
固相法是通过固相到固相的变化来制备粉体
,
分子
(
原子
)
的扩散迟缓
,
集体
状态多样
,
所得固相粉体和最初粉体可以是同一种物质
,
也可以是不同物质 。通
常制备纳米氧化铁主要是以铁盐和
NaOH
按一定比例混合研磨后进行煅烧
,
通
过固相反应直接制备纳米级微粒
,
或再次研磨粉碎得到纳米级粉体。
景苏等人
[ 20
]
以
FeCl
3
6H
2
O
和
KOH
为原料，在
600~ 800
℃的温度下进行烧结，制得
40~ 50nm
的
- Fe
2
O
3
;
邱春喜
[ 21]
利用
Fe( NO
3
)
3
9H
2
O
、
NaOH
在
300
下发生固
-
固化学反应直
接制得粒径
~ 20 nm
的
-Fe
2
O
3
粒子。固相化
学反应法操作简单、转化率高、污染
少
,
制备的产物粒径小、粒度分布均匀、无团聚现象。
1.
2. 2
气相法
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，
使之在气态状态
下发生物理或化
学变化
,
最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米微粒。
S Gr imm
等
[ 22-23]
以羰基铁
[ Fe( CO )
5
]
为原料
,
以
N
2
载体利用火焰法高温分解法或激光分