Panduan komprehensif serbuk oksida besi
1. Pengenalan
Serbuk oksida besi adalah serbuk kompaun bukan organik yang terdiri daripada besi dan oksigen, terutamanya yang ada dalam tiga bentuk biasa: Fe₂o₃ (hematit) , Fe₃o₄ (magnetite) , dan Feo (Wüstite) . Serbuk ini digunakan secara meluas dalam bidang industri, penyelidikan, perubatan, dan alam sekitar kerana kestabilan kimia mereka, sifat magnet, rintangan suhu tinggi, dan ciri-ciri mesra alam.
Secara kimia, Fe₂o₃ merah dengan ketumpatan kira -kira 5.24 g/cm³ dan titik lebur 1565 ° C; Fe₃o₄ adalah hitam dan magnet dengan ketumpatan 5.18 g/cm³ dan titik lebur 1597 ° C; Feo adalah hitam, ketumpatan 5.7 g/cm³, dan mudah mengoksida kepada Fe₃o₄.
Serbuk oksida besi tradisional mempunyai saiz zarah dalam julat 1-10 μm, manakala skala nano Serbuk oksida besi Boleh berada di bawah 100 nm, meningkatkan kawasan permukaan tertentu dari 10 m²/g hingga lebih dari 100 m²/g. Saiz zarah secara langsung mempengaruhi prestasi dalam pemangkinan, bahan magnet, pengimejan bioperubatan, dan rawatan air.
Berbanding dengan oksida logam lain (seperti aluminium oksida atau titanium oksida), Serbuk oksida besi mempunyai beberapa kelebihan:
- Magnetisme boleh laras: Fe₃o₄ boleh mencapai superparamagnetisme melalui kawalan saiz zarah, sesuai untuk pemisahan magnet dan pengimejan bioperubatan.
- Keramahan eko yang tinggi: bebas daripada logam berat, sesuai untuk rawatan air dan pemulihan alam sekitar.
- Kestabilan terma tinggi: Stabil sehingga 1500 ° C, sesuai untuk proses perindustrian suhu tinggi.
Ringkasnya, Serbuk oksida besi adalah bahan anorganik yang pelbagai fungsi, disesuaikan, dan meluas. Artikel ini meneroka kaedah sintesisnya, aplikasi nanoteknologi, rawatan air, salutan, pemangkin, dan trend pembangunan masa depan.
2. Kaedah sintesis serbuk oksida besi
Prestasi Serbuk oksida besi sebahagian besarnya bergantung pada kaedah sintesisnya. Kaedah yang berbeza menghasilkan serbuk dengan perbezaan saiz zarah, kesucian, morfologi, magnet, dan kawasan permukaan. Kaedah umum termasuk precipitation kimia, hidrotermal/solvotermal, sol-gel, dan tindak balas keadaan pepejal suhu tinggi.
2.1 Penyebaran Kimia
Prinsip: Garam besi (fecl₃ dan fecl₂) dicetuskan di bawah keadaan alkali untuk membentuk serbuk fe₃o₄ atau fe₂o₃.
- Suhu: 20-80 ° C.
- Ph: 9-11
- Masa tindak balas: 1-4 jam
Ciri -ciri:
- Saiz zarah: 10-50 nm, boleh laras oleh suhu dan pH
- Magnetisme: Magnetisasi tepu 60-80 EMU/g
- Kelebihan: Mudah, kos rendah, sesuai untuk pengeluaran berskala besar
- Kekurangan: Pengagihan saiz zarah sedikit tidak sekata, mungkin memerlukan rawatan pasca panas
2.2 Kaedah hidroterma/solvotermal
Prinsip: Serbuk oksida besi disintesis dalam reaktor tertutup pada suhu tinggi dan tekanan, sering digunakan untuk serbuk nano.
- Suhu: 120-250 ° C.
- Tekanan: 1-10 MPa
- Masa tindak balas: 6-24 jam
Ciri -ciri:
- Saiz zarah seragam: 5-20 nm
- Kawasan Permukaan Khusus: 50-150 m²/g
- Kelebihan: Saiz yang boleh dikawal, morfologi seragam, magnet boleh laras
- Kekurangan: Kos Peralatan Tinggi, Kitaran Pengeluaran Panjang
2.3 Kaedah Sol-gel
Prinsip: Garam logam atau alkoksida menjalani hidrolisis dan pemeluwapan untuk membentuk prekursor oksida besi seragam, yang dikeringkan dan dikalsinasi menjadi serbuk.
- Kepekatan Prekursor: 0.1-1 mol/l
- Suhu pengeringan: 80-120 ° C.
- Suhu Kalkinasi: 300-700 ° C.
Ciri -ciri:
- Saiz zarah: 20-80 nm
- Kesucian Tinggi: ≥99%
- Kelebihan: Seragam, membolehkan penyediaan doping dan komposit
- Kekurangan: proses kompleks, kos yang lebih tinggi
2.4 Kaedah keadaan pepejal suhu tinggi
Prinsip: Garam besi atau oksida bertindak balas dengan fluks pada suhu tinggi untuk menghasilkan serbuk oksida besi.
- Suhu: 800-1200 ° C.
- Masa tindak balas: 2-6 jam
Ciri -ciri:
- Saiz zarah: 1-10 μm
- Kestabilan magnet yang tinggi
- Kelebihan: Sesuai untuk Pengeluaran Skala Perindustrian
- Kekurangan: Saiz zarah sukar dikawal, kawasan permukaan yang rendah
2.5 Jadual perbandingan
| Kaedah | Saiz zarah | Kawasan permukaan tertentu (m²/g) | Magnetisme (EMU/G) | Kelebihan | Kekurangan |
|---|---|---|---|---|---|
| Kimia CO-Precipitation | 10-50 nm | 30-80 | 60-80 | Mudah, kos rendah | Saiz zarah sedikit tidak sekata |
| Hydrothermal | 5-20 nm | 50-150 | 50-70 | Seragam, dikawal | Kos Peralatan Tinggi |
| Sol-gel | 20-80 nm | 40-100 | 40-60 | Kesucian tinggi, seragam | Proses kompleks |
| Keadaan pepejal suhu tinggi | 1-10 μm | 5-20 | 70-80 | Skala Perindustrian | Saiz zarah besar, kawasan permukaan yang rendah |
3. Aplikasi dalam Nanoteknologi
Skala nano Serbuk oksida besi mempunyai aplikasi yang luas kerana sifat fizikokimia yang unik. Berbanding dengan serbuk skala mikro, serbuk oksida besi nano mempunyai kawasan permukaan yang lebih besar, saiz zarah yang dikawal, dan magnet yang boleh laras, menawarkan kelebihan dalam biomedikal, pemisahan magnet, pemangkinan, dan aplikasi sensor.
3.1 Saiz zarah dan kawasan permukaan
| Jenis | Saiz zarah | Kawasan permukaan tertentu | Magnetisasi tepu (EMU/g) |
|---|---|---|---|
| Serbuk mikro | 1-10 μm | 5-20 m²/g | 70-80 |
| Serbuk nano | 5-50 nm | 50-150 m²/g | 40-70 (laras) |
3.2 Aplikasi Bioperubatan
- Ejen kontras MRI: Zarah 10-20 nm, 50-60 EMU/g magnetisasi ketepuan
- Penghantaran Ubat: Kadar beban ubat 20-35%
- Superparamagnetism: Zarah <20 nm bertindak balas terhadap medan magnet tetapi tidak mempunyai magnet sisa
3.3 Aplikasi Nano Alam Sekitar dan Perindustrian
- Pemisahan magnet: Kapasiti penjerapan untuk AS (iii) ~ 25 mg/g, pb (ii) ~ 30 mg/g; 90% penjerapan dalam 60 minit
- Sokongan pemangkin: Kawasan permukaan yang tinggi sesuai untuk tindak balas Fenton dan kemerosotan bahan pencemar organik
3.4 Penalaan Prestasi
- Kawalan saiz zarah melalui suhu, pH, kepekatan prekursor
- Pengubahsuaian permukaan dengan silane, pasak, atau biomolekul
- Penalaan Magnet melalui Nisbah dan Kalenah Fe³⁺/Fe²⁺
4. Permohonan dalam rawatan air
Serbuk oksida besi digunakan secara meluas dalam rawatan air untuk mengeluarkan logam berat, arsenik, pewarna, dan bahan pencemar organik, dan boleh digabungkan dengan pemisahan magnet untuk kitar semula yang cekap.
4.1 Penyerapan logam berat
| Logam | Kapasiti penjerapan serbuk Nano (mg/g) | Kapasiti penjerapan serbuk mikro (mg/g) | Kecekapan penyingkiran (Nano) |
|---|---|---|---|
| PB (II) | 30-35 | 10-15 | 95-98% |
| CD (II) | 20-25 | 8-12 | 90-95% |
| Sebagai (iii) | 25 | 8 | 92-96% |
4.2 Degradasi Pencemar Organik
Serbuk oksida besi nano boleh menghasilkan radikal aktif dalam reaksi Fenton atau photocatalytic untuk merendahkan pewarna dan organik.
- Kawasan Permukaan: 50-150 m²/g
- Masa tindak balas: 30-60 min untuk degradasi 95%
- Optimal pH: 3-7
- Serbuk Mikro: Degradasi 60-70% dalam> 120 min
4.3 Pemisahan Magnetik
| Jenis serbuk | Magnetisasi tepu (EMU/g) | Masa pemisahan | Gunakan semula masa |
|---|---|---|---|
| Nano Fe₃o₄ | 50-70 | <5 min | ≥10 |
| Mikro fe₃o₄ | 70-80 | 10-20 min | ≤5 |
5. Aplikasi dalam lapisan dan pigmen
Serbuk oksida besi digunakan secara meluas dalam salutan kerana kestabilan kimia, cahaya, dan warna yang bersemangat.
5.1 Warna dan sifat optik
| Jenis | Formula kimia | Warna | Permohonan pigmen |
|---|---|---|---|
| Hematit | Fe₂o₃ | Merah | Salutan seni bina, cat, pigmen seni |
| Magnetite | Fe₃o₄ | Hitam | Salutan tahan kakisan, lapisan perindustrian |
| Wüstite | Feo | Kelabu-hitam | Pigmen bercampur, salutan khusus |
5.2 Saiz dan Penyebaran Zarah
| Saiz zarah | Penyebaran | Kelancaran salutan | Kelegapan |
|---|---|---|---|
| 0.1-1 μm | Cemerlang | Tinggi | Tinggi |
| 1-3 μm | Baik | Medium | Medium |
| 3-5 μm | Purata | Rendah | Rendah-medium |
5.3 Rintangan Kimia dan Kestabilan Termal
| Jenis serbuk | Suhu yang stabil | Ciri -ciri |
|---|---|---|
| Fe₂o₃ | ≤1565 ° C. | Warna stabil, tahan suhu tinggi |
| Fe₃o₄ | ≤1597 ° C. | Hitam, salutan tahan kakisan |
| Feo | ≤1377 ° C. | Digunakan dalam pencampuran pigmen |
6. Aplikasi dalam pemangkinan
Serbuk oksida besi digunakan sebagai pemangkin kerana kawasan permukaannya yang tinggi, magnetisme yang boleh disesuaikan, dan kestabilan kimia.
6.1 Sifat pemangkin asas
| Penunjuk | Serbuk oksida besi nano | Serbuk oksida besi mikro |
|---|---|---|
| Saiz zarah | 5-50 nm | 1-10 μm |
| Kawasan permukaan (m²/g) | 50-150 | 5-20 |
| Ketumpatan tapak aktif | Tinggi | Rendah |
| Kecekapan pemangkin | Tinggi | Sederhana rendah |
| Pemisahan magnet | Cepat (<5 min) | Lambat (10-20 min) |
| Gunakan semula masa | ≥10 | ≤5 |
7. Pembangunan Masa Depan
Trend masa depan untuk Serbuk oksida besi Fokus pada nanostructuring, pengubahsuaian permukaan, sintesis mesra alam, dan aplikasi pintar.
7.1 Nanostructuring dan Prestasi Tinggi
| Penunjuk | Tahap semasa | Potensi masa depan |
|---|---|---|
| Saiz zarah | 10-50 nm | 5-20 nm |
| Kawasan permukaan | 50-150 m²/g | 100-200 m²/g |
| Magnetisasi tepu | 50-70 EMU/g | 60-80 EMU/g |
| Kecekapan pemangkin/penjerapan | 80-95% | 90-99% |
7.2 Pengubahsuaian dan Komposit Permukaan
| Pengubahsuaian | Kelebihan | Aplikasi |
|---|---|---|
| Salutan polimer | Penyebaran yang lebih baik | Penghantaran dadah, penjerapan alam sekitar |
| Pengubahsuaian silane | Kestabilan terma yang dipertingkatkan | Lapisan suhu tinggi, sokongan pemangkin |
| Oksida komposit | Aktiviti pemangkin yang dipertingkatkan | Reaksi Fenton, Pengeluaran Hidrogen |
7.3 Pembangunan mesra alam dan lestari
- Sintesis suhu rendah (<200 ° C)
- ≥10 menggunakan semula kitaran
- Bahan Hijau Bebas, Hijau Berat Heavy
7.4 Aplikasi Pintar
- Bahan pintar yang dikawal secara magnetik untuk pelepasan dadah jauh atau rawatan air
- Nano-katalysis Bersepadu dengan mikroreactor untuk reaksi berterusan kecekapan tinggi
8. Kesimpulan
- Sintesis: pelbagai kaedah untuk memenuhi saiz zarah dan keperluan prestasi
- Aplikasi Nanoteknologi: MRI, penghantaran dadah, pemisahan magnet, pemangkinan
- Rawatan Air: penjerapan tinggi, pemisahan magnet, boleh diguna semula
- Pelapis dan pigmen: warna stabil, dispersible, tahan lama
- Pemangkinan: Tapak aktif yang tinggi, sesuai untuk ammonia, hidrogen, kemerosotan air sisa
Perkembangan masa depan akan meningkatkan prestasi dan aplikasi, membuat Serbuk oksida besi bahan anorganik pelbagai fungsi utama.
Soalan Lazim
Soalan Lazim 1: Apakah aplikasi utama serbuk oksida besi?
Serbuk oksida besi adalah bahan bukan organik pelbagai fungsi dengan aplikasi dalam:
- Nanoteknologi: Ejen kontras MRI, penghantaran dadah yang disasarkan, pemisahan magnet (zarah 5-50 nm, kawasan permukaan 50-150 m²/g)
- Rawatan Air: keluarkan logam dan organik berat; pemulihan magnet dan kitar semula
- Pelapis dan pigmen: warna stabil, haba dan rintangan cahaya
- Pemangkinan: sintesis ammonia, pengeluaran hidrogen, kemerosotan air sisa organik
Deqing Demi Pigment Technology Co., Ltd Mengkhususkan diri dalam pigmen pigmen oksida besi bukan organik dan pengeluaran, yang menawarkan pigmen merah, kuning, hitam, coklat, hijau, oren, dan biru dalam siri standard, micronized, dan rendah-berat.
Soalan Lazim 2: Bagaimana memilih saiz zarah yang betul dan jenis serbuk oksida besi?
- Serbuk Nano (5-50 nm): Pemisahan magnet, pemangkinan nano, bioperubatan
- Serbuk mikro (1-10 μm): lapisan, pigmen, pemangkinan perindustrian
- Jenis: Fe₂o₃ (merah, stabil), fe₃o₄ (hitam, magnet), feo (kelabu-hitam, pigmen campuran)
Deqing Demi Pigment Technology Co., Ltd Menawarkan tiga siri serbuk oksida besi yang disesuaikan untuk saiz zarah, kawasan permukaan, dan kandungan logam berat, memastikan kesesuaian untuk aplikasi penyelidikan dan perindustrian sambil memberi tumpuan kepada pengeluaran mesra alam dan selamat.
Soalan Lazim 3: Apakah kelebihan alam sekitar dan kelestarian Serbuk oksida besi ?
- Tidak beracun dan mesra alam, selamat untuk rawatan air
- Kadar Penggunaan Semula Tinggi: Nano Fe₃o₄ boleh dikitar semula secara magnetik ≥10 kali
- Penyerapan tinggi dan kecekapan pemangkin untuk logam dan organik berat
Deqing Demi Pigment Technology Co., Ltd Secara aktif memenuhi tanggungjawab sosial, memberi tumpuan kepada perlindungan alam sekitar, keselamatan pengeluaran, dan kesihatan pekerja. Serbuk oksida besi berprestasi tinggi digunakan untuk industri, penyelidikan, dan perlindungan alam sekitar. DEQING HELE BARU TEKNOLOGI CO LTD Adakah syarikat perdagangan mengendalikan pengedaran produk dan perkhidmatan pelanggan.
