一种纳米铁酸锰的制备工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种纳米铁酸锰的制备工艺。
【背景技术】
[0002]尖晶石型氧化物作为一类重要的功能材料，由于其本身具有的吸光性能、导电性能及磁学性能等，使其具有巨大的应用价值和广阔的应用前景，可以作为催化材料、颜料、磁性材料、隐身材料以及气敏材料等，因此广泛应用于电子、通讯和化工等行业。这类材料的制备方法很多，常用的是陶瓷法，但该法一般需要很高的煅烧温度和很长的反应时间，且反应过程中容易产生烧结，导致生成的产物结块，因此煅烧过后需要研磨，工艺较为复杂。近年来，人们在液相化学法制备尖晶石材料上进行了大量的研究，其中溶胶.凝胶法、化学沉淀法、前驱体热解法、水热法、自蔓延燃烧法、微乳液法等广泛应用于制备尖晶石材料。化学合成法制备的尖晶石材料具有粒径小、反应迅速、产物成分易控制等优点，而且材料的性能可根据实验条件进行调整。
[0003]尖晶石型铁酸盐是一类重要的非金属材料，又称为“磁性陶瓷〃。通常它是以Fe203和M-n203、N1、CoO等氧化物经高温煅烧制备而成，化学式通式为MFe204或M0.Fe203 (M2+代表二价金属离子)。近些年来，随着纳米材料制备技术的发展，纳米级铁酸盐展现出的独特的物理和化学性质，进一步拓展了这类材料的应用领域，使得纳米级铁酸盐的制备研究成为目前国际研究的热点之一。
[0004]MnFe204是一种具有混相尖晶石构型的单组分铁酸盐。铁酸锰因其本身固有的物理、化学性质，使其在催化剂及用作高频变压器、感应器和记录磁头磁性材料等领域均有应用，作为一种性能优良的重要工业软磁材料，广泛应用于电子、通讯和化工等行业。
[0005]金属阳离子占据四面体A位的可能性较高，后面的金属阳离子占据八面体B位的可能更大，处于中间位置的金属离子是对占据四面体A位和八面体B位选择性不显著的离子。从左至右，占据四面体A位的倾向度逐渐变小，占据八面体B位的倾向逐步升高。其它的一些外部因素也会影响尖晶石型铁酸盐中金属离子在四面体a位和八面体B位的分布，如煅烧温度、降温速率等。
[0006]尖晶石型铁酸盐由于其独特的晶体结构和优良的物理、化学性质一直吸引研究人员的注意。铁酸盐是一类具有多用途的材料，在众多领域都有较高的应用价值。尖晶石型铁酸盐可用做无机颜料，如Fe304可作为铁黑颜料，具有耐热、耐光、无毒和防锈等显著特点。铁酸盐作为催化剂实际应用于合成氨、F.T合成及乙苯、丁烯等的氧化脱氢反应中已有系统的研究。此外，铁酸盐在磁性材料、半导体陶瓷材料方面均有大量的应用。
[0007]铁酸锰是一类较为特殊的铁酸盐，它属于混相尖晶石构型，对制备工艺的条件要求较高。早期MnFe204的制备方法为固相煅烧法，即通过铁锰氧化物高温煅烧制备出铁酸锰。MnFe204的应用研究主要集中于磁性能方面，研究表明，MnFe204磁性能较差，通过掺杂锌离子可显著提高它的磁性能亦可提高它的稳定性，研究人员在锰锌复合铁酸盐的磁性能研究方面做了大量的工作，因此这方面的报道也比较常见，而系统研究单纯MnFe204及其它性能应用方面的报道还不多见。自上世纪90年代开始，纳米材料的制备研究进一步推动了研究MnFe204的热潮，科学家通过液相化学法(如溶胶.凝胶法、水热法、微乳液法等)对制备纳米级Ml’ lFe204进行了大量的研究，研究的重点主要集中于纳米MnFe204材料的制备及表征，近年来也有一些文献报道了 MnFe:204纳米晶粉体的制备及其磁性能方面的研究工作，发现纳米MnFe204呈现超顺磁特性，并且饱和磁化强度随粒径的减少而降低，矫顽力随粒径的减少而增加。对于MnFe204催化性能、吸光性能等方面的研究尚不多见，一些研究表明MnFe204可用作催化剂及颜料。目前关于液相化学法制备MnFe204及应用方面还有很多地方值得深入研究。
[0008]机械研磨法是将金属或金属氧化物按一定比例混合后，通过高能球磨形成的不同金属元素相互作用的纳米化合物的新方法。该法制备的产物粒径大小与反应的程度和研磨球的选择及研磨时间有很大的关系，此法广泛应用于各种纳米材料、非晶态材料和超细金属合金的合成之中，同时也是制备高性能尖晶石型氧化物纳米材料的重要方法之一。南京理工大学国家超细粉体中心的老师们在这一方面做出过重要的研究。
[0009]在用高能机械研磨法制备纳米尖晶石铁酸盐的合成过程中，前躯体反应物一般选择两种或多种金属相应的氧化物，如Fe203和CoO、MnO、Mn304等，近来有研究表明，使用其它类型的两种前驱体如金属氧化物和金属碳酸盐，金属氧化物和金属氢氧化物经充分研磨也可以合成出预期的产物。娄明连等II 7J在理论方面对高能机械研磨法制备产物进行了深入的分析研究。高能机械研磨法具有制造工艺简单，投料时产物的化学组成容易控制等优点，但在反应中消耗的能量大、反应周期长、反应过程中易出现杂质、并且合成的产物易发生团聚等。高能机械研磨法的研究较晚，它作为一种新的技术，具有广阔的工业应用前景，其研究必将推动尖晶石类氧化物制备工艺的发展。
[0010]通常采用化学方法制备尖晶石型化合物，这种制备方法主要有固相法、液相法和气相法。铁酸盐经典的制备方法为高温.固相法，此法有一定的缺点，如能耗较大、能耗利用率低、制备的产物粒径较大不易控制、易混入其它类型杂质等，它的主要优点为:该法制备的铁酸盐因生产的量大使总体的成本降低、制备工艺简单等，该法迄今仍是工业化生产中主要的制备方法。高温.固相法的难点在于升温速率、煅烧时间、冷却方式等对产物性质有很大的影响，而这方面的研究并不全面。为了满足应用需求，充分发挥尖晶石型氧化物优良的性能，科学家们研究出液相制备法和气相制备法。液相法制备尖晶石型氧化物是将反应物在液相下按事先设定的配比均匀混合，反应物前躯体在液相反应体系中可充分的接触和反应，制得的产物具有粒度小、