一种多孔四氧化三铁粉体及其制备方法与流程

1.本发明涉及四氧化三铁技术领域，更具体地说，本发明涉及一种多孔四氧化三铁粉体及其制备方法。


背景技术：

2.四氧化三铁是一种无机物，为具有磁性的黑色晶体，因此又称为磁性氧化铁。通常用作颜料和抛光剂，也可用于制造录音磁带和电讯器材。四氧化三铁具有铁磁性，如果形成颗粒半径在纳米级别，称为四氧化三铁磁性颗粒。纳米四氧化三铁磁性粉末在光、电、医药、磁介质等方面具有一般块体材料无可比拟的特殊性能和新用途，因此被广泛应用到国防、表面工程、环境工程、化工、电子材料及半导体材料等领域，具有非常广阔的应用前景。传统制备纳米四氧化三铁的方法主要有沉淀法、水热(溶剂热)法、微乳化法和溶胶
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凝胶法；新兴的制备方法主要有：微波法、热解羰基前躯体法、超声法、空气氧化法、热解
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还原法和多元醇还原法。
3.现有的四氧化三铁粉体，在制备的加热干燥过程中容易发生团聚，产品分散均匀性不佳。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种多孔四氧化三铁粉体及其制备方法。
5.一种多孔四氧化三铁粉体，按照重量百分比计算包括：28.40～30.60％的淀粉、6.10～7.30％的吸波填料、17.40～19.20％的分散剂，其余为硝酸铁。
6.进一步的，所述吸波填料按照重量百分比计算包括：42.20～49.40％的碳纤维，其余为纳米碳化硅；所述分散剂按照重量百分比计算包括：0.84～0.98％的铁酞菁、7.20～8.80％的石墨烯，剩余为无水乙醇。
7.进一步的，按照重量百分比计算包括：28.40％的淀粉、6.10％的吸波填料、17.40％的分散剂、48.10％的硝酸铁；所述吸波填料按照重量百分比计算包括：42.20％的碳纤维、57.80％的纳米碳化硅；所述分散剂按照重量百分比计算包括：0.84％的铁酞菁、7.20％的石墨烯、91.96％的无水乙醇。
8.进一步的，按照重量百分比计算包括：30.60％的淀粉、7.30％的吸波填料、19.20％的分散剂、42.90％的硝酸铁；所述吸波填料按照重量百分比计算包括：49.40％的碳纤维、40.60％的纳米碳化硅；所述分散剂按照重量百分比计算包括：0.98％的铁酞菁、8.80％的石墨烯、90.22％的无水乙醇。
9.进一步的，按照重量百分比计算包括：29.50％的淀粉、6.70％的吸波填料、18.30％的分散剂、45.50％的硝酸铁；所述吸波填料按照重量百分比计算包括：45.80％的碳纤维、54.20％的纳米碳化硅；所述分散剂按照重量百分比计算包括：0.91％的铁酞菁、8.00％的石墨烯、91.09％的无水乙醇。
10.本发明还提供一种多孔四氧化三铁粉体的制备方法，具体制备步骤如下：
11.步骤一：称取上述重量份的淀粉、吸波填料原料、分散剂原料和硝酸铁；
12.步骤二：将步骤一中的分散剂原料进行混合，同时进行超声处理20～30分钟，然后水浴(24℃)振荡处理1～2小时后，得到分散剂；
13.步骤三：将步骤一中的硝酸铁加入到去离子水中，得到硝酸铁溶液，然后将步骤一中的淀粉加入到硝酸铁溶液中，超声波振荡处理6～8分钟，然后将混合物加入到反应釜中，在230～250℃下反应6～8小时后，洗涤干燥，得到固体产物；
14.步骤四：将步骤三中制得的固体产物加入到活化炉中，通入二氧化碳气体升温到650～790℃，保持1～3小时后冷却，得到多孔四氧化三铁复合材料；
15.步骤五：将吸波填料放入到去离子水中，进行超声波振荡处理13～19分钟，得到吸波填料分散液；
16.步骤六：将步骤四中制得的多孔四氧化三铁复合材料和步骤二中制得的分散剂加入到步骤五中制得的吸波填料分散液中，超声波处理8～10分钟；得到多孔四氧化三铁颗粒溶液；
17.步骤七：将步骤六中制得的多孔四氧化三铁颗粒溶液进行分离，先用蒸馏水洗涤3～4次，再用无水乙醇洗涤4～5次，然后用离心分离，65～68℃温度下真空干燥4～6h，得到多孔四氧化三铁粉体。
18.进一步的，在步骤二中，采用双频超声处理，超声波频率为24khz 1.6mhz；在步骤四中，二氧化碳气体的气流速度为49l/h，以18℃/min的升温速度进行温度提升，升到最高温度后，保持温度；在步骤三和步骤五中，超声波频率为1.6～1.8mhz；在步骤六中的超声波频率为24～28khz；在步骤三中，硝酸铁与去离子水的重量份比为1∶6～10；在步骤五中，吸波填料与去离子水的重量份比为1∶10～12。
19.进一步的，在步骤二中，采用双频超声处理，超声波频率为24khz 1.6mhz；在步骤四中，二氧化碳气体的气流速度为49l/h，以18℃/min的升温速度进行温度提升，升到最高温度后，保持温度；在步骤三和步骤五中，超声波频率为1.6mhz；在步骤六中的超声波频率为24khz；在步骤三中，硝酸铁与去离子水的重量份比为1∶6；在步骤五中，吸波填料与去离子水的重量份比为1∶10。
20.进一步的，在步骤二中，采用双频超声处理，超声波频率为24khz 1.6mhz；在步骤四中，二氧化碳气体的气流速度为49l/h，以18℃/min的升温速度进行温度提升，升到最高温度后，保持温度；在步骤三和步骤五中，超声波频率为1.8mhz；在步骤六中的超声波频率为28khz；在步骤三中，硝酸铁与去离子水的重量份比为1∶10；在步骤五中，吸波填料与去离子水的重量份比为1∶12。
21.进一步的，在步骤二中，采用双频超声处理，超声波频率为24khz 1.6mhz；在步骤四中，二氧化碳气体的气流速度为49l/h，以18℃/min的升温速度进行温度提升，升到最高温度后，保持温度；在步骤三和步骤五中，超声波频率为1.7mhz；在步骤六中的超声波频率为26khz；在步骤三中，硝酸铁与去离子水的重量份比为1∶8；在步骤五中，吸波填料与去离子水的重量份比为1∶11。
22.本发明的技术效果和优点：
23.1、采用本发明的原料配方所制备出的多孔四氧化三铁粉体，可有效提高多孔四氧
化三铁粉体在生产制备过程中的分散性，同时提高多孔四氧化三铁粉体在水溶液中分散性能和分散持久性；配方中的淀粉为原料提供碳源，淀粉与硝酸铁在加热反应洗涤后，通入二氧化碳气体升温活化处理，得到多孔活性炭和四氧化三铁复合材料，可有效加强四氧化三铁的多孔性能，进而提高四氧化三铁的吸波性能；吸波填料中的碳纤维和纳米碳化硅相互配合，在超声作用下碳纤维均匀负载到多孔四氧化三铁的表面，纳米碳化硅负载到多孔四氧化三铁的孔道内，进一步加强四氧化三铁的吸波性能；分散剂中的铁酞菁、石墨烯和无水乙醇在共混之后进行超声处理、水浴振荡处理，反应生成高分散性三维多孔碳基铁材料，同时高分散性三维多孔碳基铁材料在超声作用下负载到多孔四氧化三铁的孔道内，可有效加强四氧化三铁粉体的分散性能；
24.2、本发明在制备多孔四氧化三铁粉体的过程中，步骤二中，对分散剂原料进行混合、超声处理，水浴振荡处理，可保证分散剂原料之间充分反应，使得分散剂充分发挥作用；步骤三中，将硝酸铁与淀粉进行共混加热反应处理，反应制得活性炭与四氧化三铁复合材料的半成品；在步骤四中将活性炭与四氧化三铁复合材料的半成品通入二氧化碳升温保温反应，制得多孔活性炭和四氧化三铁复合材料；在步骤五中，将吸波填料进行超声分散处理，便于后续加工处理；在步骤六中将多孔活性炭和四氧化三铁复合材料、分散剂与吸波填料分散液进行超声波处理，可有效保证多孔四氧化三铁粉体的高分散性能和安全性能。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.实施例1：
27.本发明提供了一种多孔四氧化三铁粉体，按照重量百分比计算包括：28.40％的淀粉、6.10％的吸波填料、17.40％的分散剂、48.10％的硝酸铁；所述吸波填料按照重量百分比计算包括：42.20％的碳纤维、57.80％的纳米碳化硅；所述分散剂按照重量百分比计算包括：0.84％的铁酞菁、7.20％的石墨烯、91.96％的无水乙醇；
28.本发明还提供一种多孔四氧化三铁粉体的制备方法，具体制备步骤如下：
29.步骤一：称取上述重量份的淀粉、吸波填料原料、分散剂原料和硝酸铁；
30.步骤二：将步骤一中的分散剂原料进行混合，同时进行超声处理20分钟，然后水浴(24℃)振荡处理1小时后，得到分散剂；
31.步骤三：将步骤一中的硝酸铁加入到去离子水中，得到硝酸铁溶液，然后将步骤一中的淀粉加入到硝酸铁溶液中，超声波振荡处理6分钟，然后将混合物加入到反应釜中，在230℃下反应6小时后，洗涤干燥，得到固体产物；
32.步骤四：将步骤三中制得的固体产物加入到活化炉中，通入二氧化碳气体升温到650℃，保持1小时后冷却，得到多孔四氧化三铁复合材料；
33.步骤五：将吸波填料放入到去离子水中，进行超声波振荡处理13分钟，得到吸波填料分散液；
34.步骤六：将步骤四中制得的多孔四氧化三铁复合材料和步骤二中制得的分散剂加
入到步骤五中制得的吸波填料分散液中，超声波处理8分钟；得到多孔四氧化三铁颗粒溶液；
35.步骤七：将步骤六中制得的多孔四氧化三铁颗粒溶液进行分离，先用蒸馏水洗涤3次，再用无水乙醇洗涤4次，然后用离心分离，65℃温度下真空干燥4h，得到多孔四氧化三铁粉体。
36.在步骤二中，采用双频超声处理，超声波频率为24khz 1.6mhz；在步骤四中，二氧化碳气体的气流速度为49l/h，以18℃/min的升温速度进行温度提升，升到最高温度后，保持温度；在步骤三和步骤五中，超声波频率为1.6mhz；在步骤六中的超声波频率为24khz；在步骤三中，硝酸铁与去离子水的重量份比为1∶6；在步骤五中，吸波填料与去离子水的重量份比为1∶10。
37.实施例2：
38.与实施例1不同的是，按照重量百分比计算包括：30.60％的淀粉、7.30％的吸波填料、19.20％的分散剂、42.90％的硝酸铁；所述吸波填料按照重量百分比计算包括：49.40％的碳纤维、40.60％的纳米碳化硅；所述分散剂按照重量百分比计算包括：0.98％的铁酞菁、8.80％的石墨烯、90.22％的无水乙醇。
39.实施例3：
40.与实施例1
‑
2均不同的是，按照重量百分比计算包括：29.50％的淀粉、6.70％的吸波填料、18.30％的分散剂、45.50％的硝酸铁；所述吸波填料按照重量百分比计算包括：45.80％的碳纤维、54.20％的纳米碳化硅；所述分散剂按照重量百分比计算包括：0.91％的铁酞菁、8.00％的石墨烯、91.09％的无水乙醇。
41.分别取上述实施例1
‑
3所制得的多孔四氧化三铁粉体与对照组一的四氧化三铁粉体、对照组二的四氧化三铁粉体、对照组三的四氧化三铁粉体、对照组四的四氧化三铁粉体和对照组五的多孔四氧化三铁粉体，对照组一的四氧化三铁粉体与实施例相比无淀粉，对照组二的四氧化三铁粉体与实施例相比碳纤维，对照组三的四氧化三铁粉体与实施例相比无纳米碳化硅，对照组四的四氧化三铁粉体与实施例相比无铁酞菁，对照组五的四氧化三铁粉体与实施例相比石墨烯，分八组分别测试三个实施例中制备的多孔四氧化三铁粉体以及五个对照组的四氧化三铁粉体，每30个样品为一组，进行测试，测试结果如表一所示：
42.表一：
[0043][0044]
由表一可知，当多孔四氧化三铁粉体的原料配比为：按照重量百分比计算包括：29.50％的淀粉、6.70％的吸波填料、18.30％的分散剂、45.50％的硝酸铁；所述吸波填料按照重量百分比计算包括：45.80％的碳纤维、54.20％的纳米碳化硅；所述分散剂按照重量百分比计算包括：0.91％的铁酞菁、8.00％的石墨烯、91.09％的无水乙醇时，可有效提高多孔四氧化三铁粉体在生产制备过程中的分散性，同时提高多孔四氧化三铁粉体在水溶液中分散性能和分散持久性；故实施例3为本发明的较佳实施方式，配方中的淀粉为原料提供碳源，淀粉与硝酸铁在加热反应洗涤后，通入二氧化碳气体升温活化处理，得到多孔活性炭和四氧化三铁复合材料，可有效加强四氧化三铁的多孔性能，进而提高四氧化三铁的吸波性能；吸波填料中的碳纤维和纳米碳化硅相互配合，在超声作用下碳纤维均匀负载到多孔四氧化三铁的表面，纳米碳化硅负载到多孔四氧化三铁的孔道内，进一步加强四氧化三铁的吸波性能；分散剂中的铁酞菁、石墨烯和无水乙醇在共混之后进行超声处理、水浴振荡处理，反应生成高分散性三维多孔碳基铁材料，同时高分散性三维多孔碳基铁材料在超声作用下负载到多孔四氧化三铁的孔道内，可有效加强四氧化三铁粉体的分散性能。
[0045]
实施例4：
[0046]
本发明提供了一种多孔四氧化三铁粉体，按照重量百分比计算包括：29.50％的淀粉、6.70％的吸波填料、18.30％的分散剂、45.50％的硝酸铁；所述吸波填料按照重量百分比计算包括：45.80％的碳纤维、54.20％的纳米碳化硅；所述分散剂按照重量百分比计算包括：0.91％的铁酞菁、8.00％的石墨烯、91.09％的无水乙醇；
[0047]
本发明还提供一种多孔四氧化三铁粉体的制备方法，具体制备步骤如下：
[0048]
步骤一：称取上述重量份的淀粉、吸波填料原料、分散剂原料和硝酸铁；
[0049]
步骤二：将步骤一中的分散剂原料进行混合，同时进行超声处理25分钟，然后水浴
(24℃)振荡处理2小时后，得到分散剂；
[0050]
步骤三：将步骤一中的硝酸铁加入到去离子水中，得到硝酸铁溶液，然后将步骤一中的淀粉加入到硝酸铁溶液中，超声波振荡处理7分钟，然后将混合物加入到反应釜中，在240℃下反应7小时后，洗涤干燥，得到固体产物；
[0051]
步骤四：将步骤三中制得的固体产物加入到活化炉中，通入二氧化碳气体升温到720℃，保持2小时后冷却，得到多孔四氧化三铁复合材料；
[0052]
步骤五：将吸波填料放入到去离子水中，进行超声波振荡处理16分钟，得到吸波填料分散液；
[0053]
步骤六：将步骤四中制得的多孔四氧化三铁复合材料和步骤二中制得的分散剂加入到步骤五中制得的吸波填料分散液中，超声波处理9分钟；得到多孔四氧化三铁颗粒溶液；
[0054]
步骤七：将步骤六中制得的多孔四氧化三铁颗粒溶液进行分离，先用蒸馏水洗涤4次，再用无水乙醇洗涤5次，然后用离心分离，67℃温度下真空干燥5h，得到多孔四氧化三铁粉体。
[0055]
在步骤二中，采用双频超声处理，超声波频率为24khz 1.6mhz；在步骤四中，二氧化碳气体的气流速度为49l/h，以18℃/min的升温速度进行温度提升，升到最高温度后，保持温度；在步骤三和步骤五中，超声波频率为1.6mhz；在步骤六中的超声波频率为24khz；在步骤三中，硝酸铁与去离子水的重量份比为1∶6；在步骤五中，吸波填料与去离子水的重量份比为1∶10。
[0056]
实施例5：
[0057]
与实施例4不同的是，在步骤二中，采用双频超声处理，超声波频率为24khz 1.6mhz；在步骤四中，二氧化碳气体的气流速度为49l/h，以18℃/min的升温速度进行温度提升，升到最高温度后，保持温度；在步骤三和步骤五中，超声波频率为1.8mhz；在步骤六中的超声波频率为28khz；在步骤三中，硝酸铁与去离子水的重量份比为1∶10；在步骤五中，吸波填料与去离子水的重量份比为1∶12。
[0058]
实施例6：
[0059]
与实施例4
‑
5均不同的是，在步骤二中，采用双频超声处理，超声波频率为24khz 1.6mhz；在步骤四中，二氧化碳气体的气流速度为49l/h，以18℃/min的升温速度进行温度提升，升到最高温度后，保持温度；在步骤三和步骤五中，超声波频率为1.7mhz；在步骤六中的超声波频率为26khz；在步骤三中，硝酸铁与去离子水的重量份比为1∶8；在步骤五中，吸波填料与去离子水的重量份比为1∶11。
[0060]
分别取上述实施例4
‑
6所制得的多孔四氧化三铁粉体与对照组六的四氧化三铁粉体、对照组七的四氧化三铁粉体、对照组八的四氧化三铁粉体和对照组九的四氧化三铁粉体，对照组六的四氧化三铁粉体与实施例相比没有步骤二中的操作，对照组七的四氧化三铁粉体与实施例相比没有步骤三中的操作，对照组八的四氧化三铁粉体与实施例相比没有步骤四中的操作，对照组九的四氧化三铁粉体与实施例相比没有步骤六中的操作，分七组分别测试三个实施例中制备的多孔四氧化三铁粉体以及四个对照组的四氧化三铁粉体，每30个样品为一组，进行测试，测试结果如表二所示：
[0061]
表二：
[0062][0063][0064]
由表二可知，实施例6为本发明的较佳实施方式；步骤二中，对分散剂原料进行混合、超声处理，水浴振荡处理，采用双频超声处理，超声波频率为24khz 1.6mhz，24khz频率的超声波可在混合料中产生空化效应，可有效提高分散剂内部原料反应活性，1.6mhz频率的超声波可有效加强分散剂中原料的分散均匀性，可保证分散剂原料之间充分反应，使得分散剂充分发挥作用；步骤三中，将硝酸铁与淀粉进行共混加热反应处理，1.6mhz的超声波可有效加强硝酸铁与淀粉的分布均匀性，反应制得活性炭与四氧化三铁复合材料的半成品；在步骤四中将活性炭与四氧化三铁复合材料的半成品通入二氧化碳升温保温反应，制得多孔活性炭和四氧化三铁复合材料；在步骤五中，将吸波填料进行超声分散处理，便于后续加工处理；在步骤六中将多孔活性炭和四氧化三铁复合材料、分散剂与吸波填料分散液进行超声波处理，28khz的超声波可有效在混合料中产生空化效应，空化作用更容易实现介观均匀混合，可消除局部浓度不均情况，提高物料反应速度，刺激新物质的形成，同时对团聚起到剪切作用，更利于有利于微小颗粒的形成；可有效保证多孔四氧化三铁粉体的高分散性能和安全性能。
[0065]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0066]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。
凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。