化学沉淀实例

1、化学沉淀法制备纳米粒子的实例,主讲人：,应化0702 何志鑫,实例：化学共沉淀法制备四氧化三铁纳米粒子fe3o4 nanoparticles prepared by chemical coprecipitation method,contents,1、应用背景,2、实验制备,3、纳米 fe3o4 粒子的表征,4、结果与讨论,5、参考文献,应用背景,随着纳米技术的发展 ,有关磁性纳米粒子的制备方法及性质受到极大的重视.四氧化三铁纳米粒子作为磁记录材料、磁流体的基本材料、特殊催化剂原料、功能材料和磁性颜料等方面显示出许多特殊的功能 。 目前 ,制备纳米四氧化三铁的方法有很多 ,如水热反应法 ,中和

2、沉淀法 ,化学共沉淀法 ,沉淀氧化法 , r - ray 辐照法 ,微波辐射法 等 ,其中以共沉淀法最为简便.本实验采用化学共沉淀法制备纳米 fe3 o4 粒子 ,并讨论了铁盐浓度、沉淀剂浓度对微粒粒径的影响。,2,实验制备,1、1试剂及仪器： fecl3 6h2o (ar) ;feso4 7h2o (ar) nh3 h2o (ar) ; d/ max2c 型 x射线扫描仪(xrd) ;tex2100sx型透射 电子显微镜(tem).,1、2 实验原理： 将二价铁盐(feso4 7h2o)和三价铁盐(fecl3 6h2o) 按一定 比例混合 ,加入沉淀剂(nh3 h2o) ,搅拌 ,反应 一段

3、时间即得到纳米 fe3o4 粒子 ,反应式为: fe2+ 2fe3+ 8nh3h2o = fe3o4+ 8nh4 + 4h2o 由反应式可看出 ,反应的理论摩尔比为 fe2+fe3+ = 12 但由于二价铁离子容易氧化成三价铁离子 ,所以实际反应中 二价铁离子应适当过量.,1.3 四氧化三铁的制备 将一定量的二价铁盐(feso47h2o)和三价铁盐(fecl36h2o)混合溶液加入到三口烧瓶中,滴液漏斗中加入一定浓度的沉淀剂 nh3h2o ,在氮气氛下将氨水溶液加到反应体系中,使体系的ph 10 ,剧烈搅拌 ,水浴恒温搅拌 30 min 后结束反应 ,用蒸馏水反复洗涤直至中性 ,倾去上层清液

4、,在 60 下真空干燥后 ,研磨即得纳米 fe3o4 粒子.,3,纳米 fe3o4 粒子的表征,2.1 xrd 分析 图 1 为纳米 fe3 o4 粒子的衍射图 ,图中的衍射峰出现在2=30,35,42,62.5处 ,分别对应立方相 fe3 o4 的(220) ,(311) ,(400) ,(440)晶面.由 scherrer 公式: d =/cos.式中为射线波长 ,为峰形因子,d 为晶体的平均粒径,为衍射角,为校正后的半峰宽.值取决于几个因素 ,其值一般取0.89.取2为 35时的半峰宽算出纳米 fe3o4 粒子的平均粒径为 8.8 nm.,2.2 tem分析 图 2 为纳米fe3o4粒子

5、的透射电镜图片. 图中磁性fe3o4粒子大小较均一 ,形状为球形 ,粒子粒径为 1020 nm. tem 得到粒子的平均粒径比 xrd 的大 ,这是由于scherrer公式算出的粒径为fe3o4晶体的平均粒径 ,而 tem 看到的粒子可能是多个fe3o4晶体的团聚体.,4,结果与讨论,3.1 fe2+、fe3+ 溶液浓度对产物粒径的影响 在反应体系温度为 40 ,二价铁盐和三价铁盐的物质的量比为11 , c(fe2+) =c(fe3+), nh3h2o 浓度为 1 mol/l ,搅拌速度恒定的条件下,考察了铁盐溶液浓度对fe3o4 粒子粒径的影响 ,结果如表 1 所示.,由表 1 可知 ,当铁

6、盐浓度很小时 ,产物颜色呈现出黑褐色 ,其原因为fe2+离子在低浓度时更易被氧化成fe3+离子 ,从而使实际参加反应离子的比例发生变化 ,而生成其他的杂质 .在铁盐浓度很低时 ,晶核成长速率较小及成长过程较短 ,所以产物粒径降低.随着铁盐浓度增加 ,晶核粒径逐渐增大 ,生成粒子粒径也逐渐增大.,3.2 氨水浓度对产物粒径的影响 在反应体系温度为 40 ,二价铁盐和三价铁盐的物质的量比为11 ,铁盐溶液浓度为 0.25 mol/l(cfe2+=cfe3+) ,搅拌速度恒定的条件下 ,考察了氨水浓度对fe3o4粒子粒径的影响 ,结果如表 2 所示.,由表 2 可知 ,当氨水浓度增大时 ,粒子平均粒径增大.