专利名称：一种纳米磷酸铁的制备方法
技术领域：
本发明属于化学化工领域，具体涉及一种利用液相沉淀反应与水热处理相结合制备纳米磷酸铁的方法。
背景技术：
磷酸铁是一种重要的铁基材料，它价格低廉、原料丰富、无毒无害，最初被应用于农业、陶瓷玻璃、钢铁及表面钝化等领域。近年来研究者发现磷酸铁具有独特的催化特性、 离子交换能力和电化学性能，在催化和锂离子电池电极材料等领域有着广阔的应用前景。 目前常用的制备磷酸铁的方法主要分氧化法和沉淀法两类。氧化法是将可溶性亚铁盐和磷酸盐混合后加入氧化剂来制备磷酸铁，氧化剂一般选择过氧化氢溶液。沉淀法是以磷酸盐和铁盐溶液为原料在搅拌釜等常规反应器中直接沉淀反应。这些方法存在反应时间长、产品粒度难以控制、产品纯度难以保证等不足。例如，氧化法对反应体系的要求比较苛刻，亚铁盐容易被氧化，在反应过程中需要惰性气体保护，产物中或多或少含有杂质氧化铁；沉淀法一般在高酸度条件下进行，所需反应时间往往长达数天，如果降低酸度，将导致产物纯度低，产品粒度大而且不均勻。由于磷酸铁产品的纯度和粒度是影响其在催化和电化学方面应用性能的关键因素，发展高纯度纳米磷酸铁的高效制备方法对于高性能催化材料和电极材料的开发与应用都具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米磷酸铁的制备方法。一种纳米磷酸铁的制备方法，按照如下步骤进行(1)配制三价铁盐和磷酸的混合水溶液作为原料A ；(2)配制磷酸盐的水溶液作为原料B ；(3)使用微混合器将原料A和原料B快速混合，发生沉淀反应，得到含磷酸铁前驱体的浆料C;(4)对浆料C进行常压水热处理0. 2-2小时，处理温度100_120°C ；(5)从经过水热处理的浆料C过滤出沉淀，对沉淀进行洗涤、干燥，得到纳米磷酸铁。所述三价铁盐为硝酸铁、氯化铁或它们的水合物。所述磷酸盐为磷酸铵、磷酸钠、磷酸氢二铵、磷酸氢二钠或它们的混合物。所述原料A中铁的浓度为0. 05-1. Omol/L,三价铁盐与磷酸的摩尔比为 1 0. 1-5. 0。所述原料B中磷的浓度为0. 05-2. Omol/L。所述原料B中磷与原料A中铁的摩尔比为1. 0-2. 0。所述微混合器为膜分散微混合器、微筛孔微混合器或并流微槽型微混合器。本发明的原理(1)通过三价铁盐水溶液与磷酸盐水溶液直接混合发生快速沉淀反应得到磷酸铁前驱体；( 向三价铁盐水溶液中预先加入适量磷酸来抑制铁离子的水解并控制反应体系的PH值，在保证液相中铁离子充分沉淀的同时避免氢氧化铁生成；(3)利用微混合器强化三价铁盐水溶液与磷酸盐水溶液的混合过程使反应沉淀得到的磷酸铁前驱体呈纳米颗粒状态且单分散性较好；(4)对沉淀反应得到的浆料直接采用常压水热法处理，使磷酸铁前驱体原位转化为高纯度的磷酸铁纳米颗粒。本发明的有益效果本发明利用微混合器的高效混合性能保证了沉淀反应过程微观反应环境的严格可控，使水溶液中的三价铁离子能够在合适而且均勻的PH值下充分沉淀得到单分散性较好的纳米磷酸铁前驱体，同时液相中铁的含量降到很低，由于该前驱体几乎只含有磷酸铁和磷酸氢铁，而且单分散性较好，通过常压水热处理可以直接在浆料状态下完成磷酸氢铁向磷酸铁的原位转化，从而得到纯度高、单分散性好的纳米磷酸铁材料。 使用本发明制备纳米磷酸铁具有过程简单、生产效率高，产品纯度高、粒度均勻、单分散性好等优点。
具体实施例方式下面以具体实施例对本发明做进一步说明。实施例1配制含硝酸铁0. 05mol/L、磷酸0. 05mol/L的水溶液，得到原料A。配制0. lmol/L 的磷酸铵水溶液，得到原料B。使用膜分散微混合器将IL原料A和IL原料B快速混合，得到浆料C。对浆料C进行常压水热处理0.2小时，处理温度100°C。从浆料C过滤出沉淀， 对沉淀进行洗涤、干燥，得到纳米磷酸铁，平均粒径约80nm。实施例2配制含氯化铁0. lmol/L、磷酸0. 02mol/L的水溶液，得到原料A。配制0. lmol/L 的磷酸铵水溶液，得到原料B。使用微筛孔微混合器将IL原料A和IL原料B快速混合，得到浆料C。对浆料C进行常压水热处理2.0小时，处理温度120°C。从浆料C过滤出沉淀， 对沉淀进行洗涤、干燥，得到纳米磷酸铁，平均粒径约120nm。实施例3配制含硝酸铁1. Omol/L、磷酸2. Omol/L的水溶液，得到原料A。配制0. 5mol/L的磷酸铵水溶液，得到原料B。使用并流微槽型微混合器将IL原料A和2. 5L原料B快速混合，得到浆料C。对浆料C进行常压水热处理1.0小时，处理温度110°C。从浆料C过滤出沉淀，对沉淀进行洗涤、干燥，得到纳米磷酸铁，平均粒径约lOOnm。实施例4配制含氯化铁0. lmol/L、磷酸1. 0mol/L的水溶液，得到原料A。配制0. lmol/L的磷酸氢二铵水溶液，得到原料B。使用膜分散微混合器将IL原料A和IL原料B快速混合， 得到浆料C。对浆料C进行常压水热处理2. 0小时，处理温度105°C。从浆料C过滤出沉淀， 对沉淀进行洗涤、干燥，得到纳米磷酸铁，平均粒径约70nm。实施例5配制含氯化铁0. 2mol/L、磷酸0. lmol/L的水溶液，得到原料A。配制0. lmol/L的磷酸氢二钠水溶液，得到原料B。使用微筛孔微混合器将IL原料A和3L原料B快速混合， 得到浆料C。对浆料C进行常压水热处理0.5小时，处理温度112°C。从浆料C过滤出沉淀，对沉淀进行洗涤、干燥，得到纳米磷酸铁，平均粒径约120nm。实施例6配制含氯化铁0. lmol/L、磷酸0. lmol/L的水溶液，得到原料Α。配制含磷酸铵 0. lmol/L、磷酸氢二铵0. lmol/L的水溶液，得到原料B。使用膜分散微混合器将IL原料A 和IL原料B快速混合，得到浆料C。对浆料C进行常压水热处理1. 0小时，处理温度108°C。 从浆料C过滤出沉淀，对沉淀进行洗涤、干燥，得到纳米磷酸铁，平均粒径约lOOnm。
权利要求
1.一种纳米磷酸铁的制备方法，其特征在于，按照如下步骤进行(1)配制三价铁盐和磷酸的混合水溶液作为原料A；(2)配制磷酸盐的水溶液作为原料B；(3)使用微混合器将原料A和原料B快速混合，发生沉淀反应，得到含磷酸铁前驱体的浆料C ；(4)对浆料C进行常压水热处理0.2-2小时，处理温度100-120°C ；(5)从经过水热处理的浆料C过滤出沉淀，对沉淀进行洗涤、干燥，得到纳米磷酸铁。
2.根据权利要求1所述一种纳米磷酸铁的制备方法，其特征在于，所述三价铁盐为硝酸铁、氯化铁或它们的水合物。
3.根据权利要求1所述一种纳米磷酸铁的制备方法，其特征在于，所述磷酸盐为磷酸铵、磷酸钠、磷酸氢二铵、磷酸氢二钠或它们的混合物。
4.根据权利要求1所述一种纳米磷酸铁的制备方法，其特征在于，所述原料A中铁的浓度为0. 05-1. Omol/L，三价铁盐与磷酸的摩尔比为1 0. 1-5. 0。
5.根据权利要求1所述一种纳米磷酸铁的制备方法，其特征在于，所述原料B中磷的浓度为 0. 05-2. Omol/L。
6.根据权利要求1所述一种纳米磷酸铁的制备方法，其特征在于，所述原料B中磷与原料A中铁的摩尔比为1.0-2.0。
7.根据权利要求1所述一种纳米磷酸铁的制备方法，其特征在于，所述微混合器为膜分散微混合器、微筛孔微混合器或并流微槽型微混合器。
全文摘要
本发明公开了属于化学化工领域的一种纳米磷酸铁的制备方法。该方法以预先加入适量磷酸的三价铁盐水溶液作为铁源，以磷酸盐水溶液作为磷源，使用微混合器将铁源和磷源快速混合反应得到呈纳米颗粒状态且单分散性较好的磷酸铁前驱体，采用常压水热法直接处理产物浆料即得到高纯度、平均粒度在100nm左右的纳米磷酸铁材料。该方法制备过程简单，生产效率高，产品纯度高，粒度均匀，单分散性好，易于工业放大。
文档编号B82Y40/00GK102408102SQ20111024182
公开日2012年4月11日 申请日期2011年8月22日 优先权日2011年8月22日
发明者吕阳成, 张同宝, 骆广生 申请人:清华大学