СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНЕТИТА
METHOD OF PRODUCING THE MAGNETITE

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к способу получения магнетита, и может быть использовано для создания терморегулирующих покрытий.
3
4
В настоящее время известны различные жидкофазные методы получения наночастиц оксидов железа, обладающие такими преимуществами, как простота исполнения и относительно небольшие энергозатраты при получении. Среди них можно выделить следующие методы: соосаждения, сонохимический, микроэмульсионный, осаждения с последующим термостатированием. Однако в методах соосаждения, сонохимическом и микроэмульсионном, существует ограничение по размерам получаемых наночастиц - не более 40 нм. В связи с этим оптимальным методом получения наночастиц FeO средним размером до 100 нм является метод осаждения с последующим термостатированием.
2
Известен способ получения закиси-окиси железа путем осаждения соли двухвалентного железа с последующим окислением Fe(OH) сульфатом меди (RU 2390497, C01G 49/08, Способ получения магнетита, опуб. 27.05.2010). Данный способ позволяет снизить энергозатраты и продолжительность синтеза. Недостатком известного способа является загрязнение конечного продукта ионами меди.
2
3
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения магнетита, включающий осаждение Fe(OH) и его последующее окисление NaNO (К. Nishio, М. Ikeda, N. Gokon. Preparation of size-controlled (30-100 nm) magnetite nanoparticles for biomedical applications // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 310. 2007. P. 2408-2410). Данный способ позволяет с увеличением температуры термостатирования от 4 до 37°С получать наночастицы размером от 102 до 31 нм соответственно. Недостатком известного способа является большая ширина распределения получаемых наночастиц по размерам.
3
4
Задачей предлагаемого изобретения является получение наночастиц FeO со средним размером от 42 до 81 нм, узким распределением их по размерам (стандартное отклонение размера - не более 19,1% от среднего размера).
3
4
3
4
Поставленная задача решается способом получения магнетита, включающим осаждение гидроксида железа (II) из соли железа (II) и окисление его нитрат-ионами до магнетита FeO при термостатировании. При этом термостатирование проводят 0,083-24 часа, при этом осаждение проводят при температуре 10-22°С, а окисление при 37-40°С. Способ получения магнетита позволяет получать наночастицы магнетита FeO со средним размером от 42 до 81 нм со стандартным отклонением размера от 12,4 до 19,1%.
2
3
4
3-
Возможные суммарные реакции, включающие промежуточные стадии окисления Fe(OH) до FeO под действием NO, могут быть записаны следующим образом (1-4):
3
4
Общая методика получения наночастиц FeO выглядит следующим образом.
4
3
4
4
2
3
4
-
В качестве прекурсора железа использован FeSO, осадителя - NaOH, а в качестве окислителя - NaNO. Были приготовлены водные растворы FeSO (0.1М) и NaOH (0.02М) (избыточная концентрация [ОН]=0.009 моль/л). Через полученные растворы предварительно пропускали азот для удаления, растворенного в воде кислорода. К раствору NaOH был добавлен раствор FeSO, при непрерывном барботировании азотом в течение 5-10 минут (рН ~12,5). Далее проводили окисление осадка Fe(OH) при термостатировании. Термостатирование проводят 0,083-24 часа, при этом осаждение проводят при температуре 10-22°С, а окисление при 37-40°С. Полученный нанопорошок FeO был отделен при помощи постоянного магнита, несколько раз промыт дистиллированной водой, после чего был высушен при комнатной температуре.
Рассматриваемое изобретение иллюстрируется нижеприведенными примерами.
Пример 1.
4
4
2
3
4
3
4
3
4
-
Были приготовлены водные растворы FeSO (0.1М) и NaOH (0.02М) (избыточная концентрация [ОН]=0.009 моль/л). Через полученные растворы предварительно пропускали азот для удаления, растворенного в воде кислорода. К раствору NaOH был добавлен раствор FeSO, при непрерывном барботировании азотом в течение 5-10 минут (рН ~12.5). Далее проводили окисление осадка Fe(OH) при термостатировании. Полученный нанопорошок FeO был отделен при помощи постоянного магнита, несколько раз промыт дистиллированной водой, после чего был высушен при комнатной температуре. При температуре осаждения 10°С и температуре окисления 40°С при продолжительности термостатирования 5 минут (0.083 часа) получены наночастицы FeO размером 42±8 нм. Рентгеноструктурные исследования нанопорошка, полученного данным методом, показали, что образец представляет собой однофазный FeO со структурным типом шпинели (образец №1).
Пример 2.
3
4
3
4
При температуре осаждения 10°С и температуре окисления 40°С при продолжительности термостатирования 30 минут (0,5 часа) получены наночастицы FeO размером 55±9 нм. Рентгеноструктурные исследования нанопорошка, полученного данным методом, показали, что образец представляет собой однофазный FeO со структурным типом шпинели (образец №2).
Пример 3.
3
4
3
4
При температуре осаждения 22°С и температуре окисления 37°С при продолжительности термостатирования 24 часа получены наночастицы FeO размером 70±10 нм. Рентгеноструктурные исследования нанопорошка, полученного данным методом, показали, что образец представляет собой однофазный FeO со структурным типом шпинели (образец №3).
Пример 4.
3
4
3
4
При температуре осаждения 10°С и температуре окисления 40°С при продолжительности термостатирования 24 часа получены наночастицы FeO размером 81±10 нм. Рентгеноструктурные исследования нанопорошка, полученного данным методом, показали, что образец представляет собой однофазный FeO со структурным типом шпинели (образец №4).
В таблице 1 представлены расчеты средних размеров наночастиц магнетита и стандартное отклонение размера от среднего.