专利名称：一种碱式碳酸钴铁纳米材料的合成方法
技术领域：
本发明涉及一种碱式碳酸钴铁纳米材料的合成方法。
背景技术：
碱式碳酸钴铁是一种重要的碳酸钴铁矿型材料，可用作阴离子交换剂、吸附剂、分 子筛和催化剂等领域。碱式碳酸钴铁还可作为前驱物用于制备其他各种钴铁氧化物。
不同形形貌的碱式碳酸钴铁具有不同的性质和应用。研究新型、可控地制备不同 形貌碱式碳酸钴铁的方法，对阐释天然矿物质的转化和地球化学过程、八面体金属氢氧化 物层结构的重组机理等具有重要意义。目前，用于制备碱式碳酸钴铁的方法主要是共沉淀 法，而溶剂热合成法由于其易于操作、可控制目标产物的形貌等优点而受到广泛关注。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单、低成本、无污染、形貌可控的碱式碳酸钴铁纳米 材料的合成方法。 本发明所述的形貌可控是指八面体状或花状。 为了实现上述目的，本发明的技术方案是一种碱式碳酸钴铁纳米材料的合成方 法，其特征在于它包括如下步骤 1)将赖氨酸加入乙二醇中，搅拌使赖氨酸溶解，制得浓度为O. 04-0. 12摩尔/升的 赖氨酸溶液； 2)按氯化铁与赖氨酸的摩尔比为i : i-i : 3的比例，称取氯化铁，加入步骤i)
的赖氨酸溶液中，搅拌使其溶解，得混合溶液A ; 3)按硝酸钴与氯化铁的摩尔比为1 : 1的比例，称取硝酸钴，加入步骤2)的混合 溶液A中，搅拌使其溶解，得混合溶液B ; 4)按氢氧化钠与氯化铁的摩尔比为9 : 1-15 : i的比例，称取氢氧化钠，加入乙
二醇中，搅拌使其溶解，制得浓度为0. 6-1摩尔/升的氢氧化钠溶液； 5)将步骤4)的氢氧化钠溶液滴加到混合溶液B中，搅拌得混合溶液C;混合溶液
C于18(TC反应10小时，产物经洗涤、干燥，得到碱式碳酸铁钴纳米材料。 按上述方案，步骤l)中所述赖氨酸溶液的浓度为0.04摩尔/升，步骤2)中氯化
铁与赖氨酸的摩尔比为i : 1，步骤4)中氢氧化钠与氯化铁的摩尔比为15 : i;氢氧化钠
溶液的浓度为l摩尔/升。 按上述方案，步骤l)中所述赖氨酸溶液的浓度为0.04摩尔/升，步骤2)中氯化
铁与赖氨酸的摩尔比为i : 1，步骤4)中氢氧化钠与氯化铁的摩尔比为9 : i;氢氧化钠溶
液的浓度为O. 6摩尔/升。 按上述方案，步骤1)中所述赖氨酸溶液的浓度为0. 12摩尔/升，步骤2)中氯化
铁与赖氨酸的摩尔比为i : 3，步骤4)中氢氧化钠与氯化铁的摩尔比为9 : i;氢氧化钠溶
液的浓度为O. 6摩尔/升。
本发明的有益效果是在简单的反应体系中，通过改变反应物的比例，实现了不同 形貌碱式碳酸钴铁的可控合成。本发明方法所用试剂常用；合成步骤简单；产物形貌可控。 所合成的不同形貌的碱式碳酸钴铁可用于阴离子交换剂、吸附剂、分子筛和催化剂等各个 领域。
图1 (a)是实施例1得到产物的扫描电镜照片。 图1 (b)是实施例2得到产物的扫描电镜照片。 图1 (c)是实施例3得到产物的扫描电镜照片。 图2 (a)是实施例1得到产物的XRD图谱。 图2 (b)是实施例2得到产物的XRD图谱。 图2 (c)是实施例3得到产物的XRD图谱。
具体实施例方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的
内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1 : 0. 1462克赖氨酸加入25mL乙二醇中，在磁力搅拌下溶解；将0. 2704克氯化铁 [FeCl3 61120]加入上述赖氨酸溶液中，在磁力搅拌下溶解，得到混合溶液A ;将0. 2910克硝 酸钴[Co(N03)2 *6H20]加入混合溶液A中，在磁力搅拌下使之溶解，得到混合溶液B ;0. 6000 克氢氧化钠加入15毫升乙二醇中，在磁力搅拌下溶解；将上述氢氧化钠溶液匀速滴加(在 1-2分钟内滴完)到混合溶液B中，磁力搅拌20分钟后，得到混合溶液C ;混合溶液C转入 容积为50毫升的高压釜聚四氟乙烯内衬中，于18(TC反应10小时。反应结束后，反应釜自 然冷却到室温，用去离子水和乙醇交替离心(10000转/分X5分钟)洗涤；产物在6(TC干 燥4小时，得到花状碱式碳酸钴铁纳米材料。图l(a)是得到产物的扫描电镜照片，显示所 得的产物为纳米片组装成的花状结构；图2(a)是得到产物的XRD图谱，与JCPDS卡片号5
0- 0235 (Co5.84Fe2.16(0H) w(C03)l。8 0. 32H20))对比，说明所得的产物为碱式碳酸钴铁。
实施例2 : 0. 1462克赖氨酸加入25mL乙二醇中，在磁力搅拌下溶解；将0. 2704克氯化铁 [FeCl3 61120]加入上述赖氨酸溶液中，在磁力搅拌下溶解，得到混合溶液A ;将0. 2910克硝 酸钴[Co(N03)2 *6H20]加入混合溶液A中，在磁力搅拌下使之溶解，得到混合溶液B ;0. 3600 克氢氧化钠加入15毫升乙二醇中，在磁力搅拌下溶解；将上述氢氧化钠溶液匀速滴加(在
1- 2分钟内滴完)到混合溶液B中，磁力搅拌20分钟后，得到混合溶液C ;混合溶液C转入 容积为50毫升的高压釜聚四氟乙烯内衬中，于18(TC反应10小时。反应结束后，反应釜自 然冷却到室温，用去离子水和乙醇交替离心(10000转/分X5分钟)洗涤；产物在6(TC干 燥4小时，得到八面体状碱式碳酸钴铁纳米材料。图l(b)是得到产物的扫描电镜照片，显 示所得的产物为八面体状结构；图2(b)是得到产物的XRD图谱，与JCPDS卡片号50-0235 (Cos.84Feu6(0H)w(C03)l。8 0. 32H20))对比，说明所得的产物为碱式碳酸钴铁。 实施例3 :
4
0. 4386克赖氨酸加入25mL乙二醇中，在磁力搅拌下溶解；将0. 2704克氯化铁 [FeCl3 61120]加入上述赖氨酸溶液中，在磁力搅拌下溶解，得到混合溶液A ;将0. 2910克硝 酸钴[Co(N03)2 *6H20]加入混合溶液A中，在磁力搅拌下使之溶解，得到混合溶液B ;0. 3600 克氢氧化钠加入15毫升乙二醇中，在磁力搅拌下溶解；将上述氢氧化钠溶液匀速滴加(在 1-2分钟内滴完)到混合溶液B中，磁力搅拌20分钟后，得到混合溶液C ;混合溶液C转入容 积为50毫升的高压釜聚四氟乙烯内衬中，于180°C反应10小时。反应结束后，反应釜自然 冷却到室温，用去离子水和乙醇交替离心(10000转/分X5分钟)洗涤；产物在6(TC干燥 4小时，得到八面体状和纳米粒子状碱式碳酸钴铁纳米材料。图l(c)是得到产物的扫描电 镜照片，显示所得的产物含有八面体状结构和纳米粒子状结构；图2(c)是得到产物的XRD 图谱，与JCPDS卡片号:50-0235 (Co5.84Fe2.16 (OH) 16(C03)L08 0. 32H20))对比，说明所得的产 物为碱式碳酸钴铁。 本发明方法中所用的赖氨酸，英文名称为lysine，分子量为146.2，其结构式如 下H2NCH2CH2CH2CH2CH(NH2)C00H。
权利要求
一种碱式碳酸钴铁纳米材料的合成方法，其特征在于包括如下步骤1)将赖氨酸加入乙二醇中，搅拌使赖氨酸溶解，制得浓度为0.04-0.12摩尔/升的赖氨酸溶液；2)按氯化铁与赖氨酸的摩尔比为1∶1-1∶3的比例，称取氯化铁，加入步骤1)的赖氨酸溶液中，搅拌使其溶解，得混合溶液A；3)按硝酸钴与氯化铁的摩尔比为1∶1的比例，称取硝酸钴，加入步骤2)的混合溶液A中，搅拌使其溶解，得混合溶液B；4)按氢氧化钠与氯化铁的摩尔比为9∶1-15∶1的比例，称取氢氧化钠，加入乙二醇中，搅拌使其溶解，制得浓度为0.6-1摩尔/升的氢氧化钠溶液；5)将步骤4)的氢氧化钠溶液滴加到混合溶液B中，搅拌得混合溶液C；混合溶液C于180℃反应10小时，产物经洗涤、干燥，得到碱式碳酸铁钴纳米材料。
2. 根据权利要求1所述的一种碱式碳酸钴铁纳米材料的合成方法，其特征在于步 骤l)中所述赖氨酸溶液的浓度为0.04摩尔/升，步骤2)中氯化铁与赖氨酸的摩尔比为i : 1，步骤4)中氢氧化钠与氯化铁的摩尔比为15 : i ;氢氧化钠溶液的浓度为l摩尔/升。
3. 根据权利要求1所述的一种碱式碳酸钴铁纳米材料的合成方法，其特征在于步骤l)中所述赖氨酸溶液的浓度为0.04摩尔/升，步骤2)中氯化铁与赖氨酸的摩尔比为i : 1，步骤4)中氢氧化钠与氯化铁的摩尔比为9 : i ;氢氧化钠溶液的浓度为o. 6摩尔/升。
4. 根据权利要求1所述的一种碱式碳酸钴铁纳米材料的合成方法，其特征在于步骤l)中所述赖氨酸溶液的浓度为O. 12摩尔/升，步骤2)中氯化铁与赖氨酸的摩尔比为i : 3，步骤4)中氢氧化钠与氯化铁的摩尔比为9 : i ;氢氧化钠溶液的浓度为o.6摩尔/升。
全文摘要
本发明涉及的合成方法，包括下述步骤1)将赖氨酸加入乙二醇中，搅拌，得0.04-0.12摩尔/升的赖氨酸溶液；2)按氯化铁与赖氨酸摩尔比为1∶1-1∶3，取氯化铁加入步骤1)的赖氨酸溶液中，搅拌，得混合溶液A；3)按硝酸钴与氯化铁的摩尔比为1∶1，取硝酸钴加入混合溶液A中，搅拌，得混合溶液B；4)按氢氧化钠与氯化铁的摩尔比为9∶1-15∶1取氢氧化钠，加入乙二醇中，搅拌，得0.6-1摩尔/升的氢氧化钠溶液；5)将步骤4)的氢氧化钠溶液滴加到混合溶液B中，搅拌得混合溶液C，其于180℃反应10小时，产物经洗涤、干燥，得碱式碳酸钴铁纳米材料。本发明具有简单、低成本、无污染、可控制产物形貌的特点。
文档编号C01G51/06GK101786673SQ20101012859
公开日2010年7月28日 申请日期2010年3月18日 优先权日2010年3月18日
发明者吴庆知, 孙海明, 李世普, 林强, 董明艳 申请人:武汉理工大学