亚铁盐可见光诱导空气氧化液相合成超细氧化铁红

论文摘要

氧化铁颜料是产销量仅次于钛白粉的第二大无机颜料,被广泛地应用于各个领域。氧化铁颜料主要包括铁红、铁黑、铁黄和铁棕等,其中铁红的产量和用量最大。由于化学性质稳定,催化活性高,具有良好的耐光性,耐热性和对紫外线的屏蔽性,氧化铁作为一种颜料,已被人们利用了千百万年,从远古时代人们利用赫石、棕土、黄土等天然氧化铁作颜料至今,氧化铁仍是产销量居第二位的无机彩色颜料。氧化铁之所以能成为无机彩色颜料中的一株常青树,其主要原因是因为它本身具有无毒、不渗色、成本低,且又可形成各种不同色调的特长。目前,以铁皮为原料空气氧化直接合成α-Fe2O3的工艺,由于其成本低,产品色相好,仍被广泛采用。但因为该工艺用硝酸法制备晶种,对环境存在严重的污染,且机理的研究还未见报道。以低碳铁皮为原料,以ferrihydrite,δ-FeOOH为晶种氧化合成铁红整个制备过程完全绿色化,但是Fe3+盐和铁皮都比较贵,对实现工业化生产有很大影响。本文在前人工作的基础上成功的研究了一种新的合成α-Fe2O3的方法。该方法以钛白副产物硫酸亚铁为原料,首先合成反应前驱物γ-FeOOH,然后通过液相催化相转化反应制得α-Fe2O3均匀胶粒。该方法具有原料价廉易得、反应物浓度高、条件易控、相转化速率快等特点。本论文以钛白粉副产物FeSO4.7H2O为原料配制成一定浓度的FeSO4溶液,再加入30%的NaOH控制溶液pH值后,控制体系的反应温度。使其在光合作用和EDTA作用下通空气氧化。随着反应的进行,pH值呈现一特征变化,反应体系的颜色由最初的灰白色逐步变为粘稠状的墨绿色,随反应条件的改变产物最终转化为红色和红棕色。再调一定的pH值,进行沸腾回溜。得到亚微米级的粒径可控的α-Fe2O3粉体。本文的主要研究内容包括:1、空气氧化Fe（OH）2悬浮液的研究2、反应前驱物γ-FeOOH的制备及γ-FeOOH→α-Fe2O3的转化以钛白粉副产物硫酸亚铁为原料,在EDTA和光催化作用下空气氧化Fe（OH）2悬浮液制备出了纯相γ-FeOOH,系统研究了FeSO4浓度、EDTA浓度、初始pH、温度等因素对γ-FeOOH生成的影响。实验结果表明:在CFeSO4=0. 50mol/L、CEDTA =4.5mmol/L、pH=8.6、T=293K的条件下,制备了纯相γ-FeOOH。在后期液相相转化过程中得到了不同粒径的亚微米级α-Fe2O3,并且分布均匀、粒径可控在200-300nm之间。本文利用TEM、XRD及IR光谱等测试手段对产物进行了表征,并提出了光在空气氧化Fe（OH）2悬浮液过程中的反应机理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 氧化铁颜料的研究进展
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 化学稳定性和物理特性
• 1.2.3 氧化铁颜料的用途
• 1.2.4 氧化铁颜料的种类
• 20₃ 生长机理的研究进展'>1.3 α-Fe₂0₃生长机理的研究进展
• 1.3.1 α-FeOOH
• 1.3.2 β-FeOOH
• 1.3.3 γ-FeOOH
• 1.3.4 δ-FeOOH
• 2 氧化机理的研究现状'>1.4 Fe（OH）₂氧化机理的研究现状
• 1.5 添加剂对铁氧化物的影响
• 1.6 光对铁氧化物的影响
• 1.7 本研究的主要内容、目的和意义
• 第二章 铁氧化物的结构
• 2.1 引言
• 2 的结构'>2.2 Fe（OH）₂的结构
• 2.3 γ-FeOOH 的结构
• 20₃ 的结构'>2.4 α-Fe₂0₃的结构
• 第三章 前驱物γ-FeOOH 的制备
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要仪器和药品
• 3.2.1.1 主要仪器
• 3.2.1.2 主要原料和试剂
• 4 净化工艺及浓度的标定'>3.2.2 初始物FeSO₄净化工艺及浓度的标定
• 3.2.2.1 副产硫酸亚铁的来源
• 4 净化'>3.2.2.2 FeSO₄净化
• 3.2.2.3 除杂原理
• 4 溶液浓度的测定'>3.2.3 FeSO₄溶液浓度的测定
• 3.2.3.1 溶液的配制
• 4 溶液的标定'>3.2.3.2 FeSO₄溶液的标定
• 3.2.4 前驱物γ-FeOOH 的制备
• 3.2.4.1 实验过程
• 3.2.4.2 产物的处理
• 3.2.4.3 表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 初始pH 值对前驱物的影响
• 3.3.2 氧化过程的pH 变化曲线
• 3.3.3 EDTA 的量对前驱物的影响
• 3.3.4 初始浓度对前驱物的影响
• 3.3.5 初始温度对前驱物的影响
• 3.3.6 pH 值对反应速率的影响
• 第四章 γ-FeOOH 的催化相转化及影响因素
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器和试剂
• 4.2.1.1 仪器
• 4.2.1.2 试剂
• 4.2.1.3 实验过程
• 4.2.2 产物中铁含量分析方法
• 4.2.3 产物的表征
• 2O₃ 晶粒尺寸的影响因素'>4.2.4 Fe₂O₃晶粒尺寸的影响因素
• 4.2.4.1 pH 值对γ-FeOOH 相转化的影响
• 2O₃ 粒径的影响'>4.2.4.2 回流前氧化的pH 值对Fe₂O₃粒径的影响
• 20₃ 粒径的影响'>4.2.4.3 回流时间对α-Fe₂0₃粒径的影响
• 4.3.4.4 Fe（Ⅱ）浓度对γ-FeOOH 相转化的影响
• 4.2.4.5 γ-FeOOH 的浓度对催化相转化的影响
• 4.3 结论
• 20₃的表面改性'>第五章 α-Fe₂0₃的表面改性
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验仪器及试剂
• 5.2.2 实验过程
• 5.2.2.1 前驱物的制备
• 5.2.2.2 产物的制备
• 5.2.2.3 产物表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 锻烧温度对产物铁红的影响
• 20₃ 的液相行为的影响'>5.3.2 聚乙烯醇用量对γ-FeOOH→α-Fe₂0₃的液相行为的影响
• 20₃ 的液相行为的影响'>5.3.3 柠檬酸用量对γ-FeOOH→α-Fe₂0₃的液相行为的影响
• 第六章 结论
• 6.1 本论文得到的一些主要结论
• 6.2 主要创新点
• 6.3 存在的问题
• 参考文献
• 致谢