一种具有分级结构的饼状氧化铁纳米微粒及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种具有分级结构的饼状氧化铁纳米微 粒及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 氧化铁通常作为一种工业染料用于油漆、油墨和橡胶工业中。而近年来，氧化铁亦 作为一种催化剂用于稠油的水热催化降粘。在一定反应温度和压力下，氧化铁可以削弱稠 油中碳一硫键的键能并促进该键的断裂，致使沥青质或胶质部分地分解，达到化学降粘的 作用，同时，增加稠油的流动性，降低稠油开采的难度，提高原油的采收率。然而传统的沉淀 法制备的氧化铁颗粒尺度大、易团聚、在油相中的分散性差，不能充分发挥氧化铁的催化能 力。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了提供一种有分级结构的饼状氧化铁纳米微粒，同时还提供了 该产品的制备方法。
[0004]基于上述目的，本发明提供了如下技术方案： 所述具有分级结构的饼状氧化铁纳米微粒，其粒径为100-240 nm，呈圆饼状，其初级结 构系粒径为1-3 nm的氧化铁晶粒。
[0005]所述具有分级结构的饼状氧化铁纳米微粒的制备方法，步骤为：将十六烷基三甲 基溴化铵、伯胺、铁盐乙醇溶液依次加入反应介质中，回流搅拌反应l_4h (回流反应温度约 150-200°C )，反应结束后洗涤、干燥即得。
[0006]所述伯胺、十六烷基三甲基溴化铵和铁盐的摩尔比为1 : (0? 04-0. 12) : (0? 5-2); 铁盐乙醇溶液浓度为0. 125 - 0. 625 mol/L。
[0007]所述铁盐在反应介质中的摩尔浓度为0. 015 - 0. 06mol/L。
[0008]所述反应介质为正己醇、正庚醇、正辛醇。
[0009]所述伯胺为十四胺、十六胺和十八胺。
[0010] 所述铁盐为氯化亚铁、氯化铁、硝酸亚铁、硝酸铁、草酸铁、柠檬酸铁。
[0011] 试验证实，该具有分级结构的饼状氧化铁纳米微粒可以反复分散于N，N-二甲基 甲酰胺（DMF)、水和乙醇中并从DMF、水和乙醇中分离出来，颗粒尺寸在100-240 nm之间，呈 规整的圆片状；初级结构颗粒尺寸在1-3 nm之间，为氧化铁晶粒。该分级结构的饼状氧化 铁纳米微粒作为稠油水热催化降粘的催化剂能获得较为理想的效果。
[0012] 除此之外，本发明提供的制备方法具有步骤简单、原料易得，反应条件温和、反应 介质易回收并可重复利用等特点，其产率高，适合大规模工业化生产。
【附图说明】
[0013]图1是实施例1所得饼状氧化铁纳米微粒的扫描电镜照片； 图2是实施例2所得饼状氧化铁纳米微粒的扫描电镜照片； 图3是实施例3所得饼状氧化铁纳米微粒的扫描电镜照片； 图4是实施例4所得饼状氧化铁纳米微粒的扫描电镜照片； 图5是实施例5所得饼状氧化铁纳米微粒的扫描电镜照片； 图6是实施例6所得饼状氧化铁纳米微粒的扫描电镜照片； 图7是实施例1所得饼状氧化铁纳米微粒的透射电镜照片； 图8是实施例2所得饼状氧化铁纳米微粒的透射电镜照片； 图9是实施例3所得饼状氧化铁纳米微粒的透射电镜照片； 图10是实施例4所得饼状氧化铁纳米微粒的透射电镜照片； 图11是实施例5所得饼状氧化铁纳米微粒的透射电镜照片； 图12是实施例6所得饼状氧化铁纳米微粒的透射电镜照片； 图13是实施例1，2，3，4，5，6所得饼状氧化铁纳米微粒的X-射线粉末衍射曲线 图； 图14是实施例1所得饼状氧化铁纳米微粒在DMF、水和无水乙醇中的分散、分离效果照 片； 图15显示了实施例1所得饼状氧化铁纳米微粒对胜利油田的稠油的催化降粘作用。【具体实施方式】
[0014] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0015] 实施例1 :称取0? 18g (0? 0005mol)十六烷基三甲基溴化铵、2. 67g (0? 0125mol) 十四胺置于IL反应器中，加入400mL正己醇，搅拌10分钟使其溶解，然后加入0. 625mol/ L的氯化亚铁乙醇溶液10mL，回流搅拌反应lh，反应温度控制在160°C，反应结束后共用 500mL无水乙醇洗涤3次，60°C下干燥12小时，所得产品即为具有分级结构的饼状氧化铁纳 米微粒。
[0016]图1是所得产品的扫描电镜照片，从图中可以看出颗粒呈规整的圆片状，直径约 为170 nm。图7为实施例1所得产品的透射电镜照片，从图中可以看出初级结构颗粒尺寸 约为2 nm左右，图13a为所得产品的XRD谱，经分析证实为三氧化二铁晶粒。综合分析证 实实施例1所得产品确为目标产物。
[0017] 实施例2 :称取0.36g (O.OOlmol)十六烷基三甲基溴化铵、2.67g (0.0125mol) 十四胺置于IL反应器中，加入360mL正庚醇，搅拌10分钟使其溶解，然后加入0. 250mol/L 的氯化铁乙醇溶液50mL，回流搅拌反应2h，反应温度控制在180°C，反应结束后共用500mL 无水乙醇洗涤3次，60°C下干燥12小时，所得产品即为具有分级结构的饼状氧化铁纳米微 粒。
[0018] 图2是所得产品的扫描电镜照片，从图中可以看出呈规整的圆片状，直径约为 190nm。图8为实施例2所得产品的透射电镜照片，从图中可以看出初级结构颗粒尺寸约为 2.5 nm左右，图13b为所得产品的XRD谱，经分析证实为三氧化二铁晶粒。综合分析证实实 施例2所得产品确为目标产物。
[0019] 实施例3 :称取0? 54g (0? 0015mol)十六烷基三甲基溴化铵、3. Olg (0? 0125mol) 十六胺置于IL反应器中，加入360mL正辛醇，搅拌10分钟使其溶解，然后加入0. 500mol/ L的硝酸亚铁乙醇溶液50mL，回流搅拌反应3h，反应温度控制在200°C，反应结束后共用 500mL无水乙醇洗涤3次，60°C下干燥12小时，所得产品即为具有分级结构的饼状氧化铁纳 米微粒。
[0020] 图3是所得产品的扫描电镜照片，从图中可以看出呈规整的圆片状，直径约为 240nm。图9为实施例3所得产品的透射电镜照片，从图中可以看出初级结构颗粒尺寸约为 2.9 nm左右，图13c为所得产品的XRD谱，经分析证实为三氧化二铁晶粒。综合分析证实实 施例3所得产品确为目标产物。
[0021] 实施例4 :称取0? 18g (0? 0005mol)十六烷基三甲基溴化铵、3. Olg (0? 0125mol) 十六胺置于IL反应器中，加入360mL正庚醇，搅拌10分钟使其溶解，然后加入0. 125mol/L 的硝酸铁乙醇溶液50mL，回流搅拌反应4h，反应温度控制在180°C，反应结束后共用500mL 无水乙醇洗涤3次，60°C下干燥12小时，所得产品即为具有分级结构的饼状氧化铁纳米微 粒。