花瓣褶皱状纳米氧化铁涂层的制备方法

摘要

本发明公开了一种花瓣褶皱状纳米氧化铁涂层的制备方法，是将不锈钢丝或铁丝超声清洗、隔绝空气干燥后，先浸入强酸溶液中进行刻蚀，再将刻蚀后得不锈钢丝或铁丝用超纯水冲洗，隔绝空气干燥；然后置于放入火焰中燃烧氧化，在不锈钢丝或铁丝表面得到纳米氧化铁；最后将燃烧氧化后的不锈钢丝或铁丝依次用超纯水、甲醇冲洗，隔绝空气干燥，在不锈钢丝或铁丝表面得到均匀的花瓣褶皱状纳米氧化铁涂层。本发明制备的纳米氧化铁涂层其褶皱间距为100~250 nm，涂层的厚度在1.2~1.4ｕm，结构呈花瓣褶皱状，且分布均匀；比表面积大，吸附能力强，应用于固相微萃取技术中萃取头涂层材料，能萃取多环芳烃类，萃取效率高，稳定性强。

权利要求

1.花瓣褶皱状纳米氧化铁涂层的制备方法，是将不锈钢丝超声清洗、隔绝空气干燥后，先浸入强酸溶液中进行刻蚀，再将刻蚀后的不锈钢丝用超纯水冲洗，隔绝空气干燥；然后置于放入火焰中燃烧氧化，在不锈钢丝表面得到纳米氧化铁；最后将燃烧氧化后的不锈钢丝依次用超纯水、甲醇冲洗，隔绝空气干燥，在不锈钢丝表面得到均匀的花瓣褶皱状纳米氧化铁涂层；

所述不锈钢丝的规格为Φ=0.15 0.45 mm；

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所述强酸溶液为质量浓度20% 40%的盐酸、硫酸或氢氟酸溶液；

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所述不锈钢丝在强酸溶液中的刻蚀时间为20  60 min，刻蚀温度为30 50℃。

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2.如权利要求1所述花瓣褶皱状纳米氧化铁涂层的制备方法，其特征在于：不锈钢丝超声清洗为依次用碱溶液、丙酮、超纯水清洗。

3.如权利要求2所述花瓣褶皱状纳米氧化铁涂层的制备方法，其特征在于：所述碱溶液为浓度为1.0 1.5 M的氢氧化钠、氢氧化钾溶液。

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4.如权利要求1所述花瓣褶皱状纳米氧化铁涂层的制备方法，其特征在于：所述不锈钢丝在火焰中的燃烧时间为10  50 s。

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5.如权利要求4所述花瓣褶皱状纳米氧化铁涂层的制备方法，其特征在于：所述火焰源为酒精灯、打火机或蜡烛。

6.如权利要求5所述花瓣褶皱状纳米氧化铁涂层的制备方法，其特征在于：不锈钢丝放入火焰的位置为焰心、内焰或外焰。

说明书

花瓣褶皱状纳米氧化铁涂层的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种纳米氧化铁涂层的制备，尤其涉及一种花瓣褶皱状纳米氧化铁涂层的制备，主要作为固相微萃取技术中萃取头的涂层材料，应用于固相微萃取技术中，属于纳米材料领域和环境分析领域。

背景技术

[0002] 环境分析领域中，由于样品的多样性、复杂性并且含量很低，分析之前就需要对样品进行前处理。而固相微萃取技术（Solid Phase Microextraction，SPME）具有很高的萃取和富集能力，近些年来发展迅速，由于其独特的优点得到了广泛的应用。但是当前的固相微萃取涂层主要是熔融石英纤维，存在价格昂贵、寿命短、稳定性差等缺点。因而，发展高效、廉价、长寿命的涂层材料具有非常重要的研究意义与应用价值。

[0003] 纳米氧化铁作为纳米新材料中的一类重要的金属氧化物，由于其化学性质稳定，催化活性高，还具有良好的耐光性及耐候性等特点，在催化剂、精细陶瓷、涂料、塑料制品、磁性材料及生物工程和医学等方面有着广泛的应用价值和发展前景，并且纳米氧化铁还具有无毒、低廉的特性，因此研究纳米氧化铁有着非常重要的意义。然而纳米氧化铁作为固相微萃取涂层的应用目前尚未见报道。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种花瓣褶皱状纳米氧化铁涂层的制备方法，降低纤维涂层的制备成本，并提高纤维涂层的稳定性及寿命。

[0005] 本发明制备花瓣褶皱状纳米氧化铁涂层的制备方法，是将不锈钢丝或铁丝超声清洗、隔绝空气干燥后，先浸入强酸溶液中进行刻蚀，使不锈钢丝或铁丝表面变粗糙，以增大比表面积；再将刻蚀后得不锈钢丝或铁丝依次用超纯水、甲醇冲洗，隔绝空气干燥；然后置于放入火焰中燃烧氧化，在不锈钢丝或铁丝表面得到纳米氧化铁；最后将燃烧氧化后的不锈钢丝或铁丝依次用超纯水、甲醇冲洗，隔绝空气干燥，在不锈钢丝或铁丝表面得到均匀的花瓣褶皱状纳米氧化铁涂层。

[0006] 所述不锈钢丝或铁丝的规格为Φ=0.15 0.45 mm；不锈钢丝或铁丝超声清洗为依~次用弱碱溶液（浓度为1.0 1.5 M的氢氧化钠、氢氧化钾溶液）、丙酮、超纯水清洗。
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[0007] 所述强酸溶液为质量浓度20% 40%的盐酸、硫酸或氢氟酸溶液；不锈钢丝或铁丝在~强酸溶液中刻蚀时间为20  60 min，刻蚀温度为30 50℃。
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[0008] 所述不锈钢丝或铁丝在火焰中的燃烧时间为10  50 second；其中火焰源为酒精~灯、打火机或蜡烛；不锈钢丝或铁丝放入火焰的位置有焰心、内焰或外焰。

[0009] 通过能量色散X-射线光谱仪（EDS）数据分析表明，上述在不锈钢丝或铁丝表面生成的产物为氧化铁。扫描子显微电镜（SEM）分析表明，本发明制备的纳米氧化铁呈均匀、致密的花瓣褶皱状，褶皱间距在100 nm  250 nm之间，涂层的厚度在1.2ｕm 1.4ｕm之间。~ ~

[0010] 本发明相对现有技术具有以下优点：

[0011] 1、以金属丝作为载体，与熔融石英纤维相比显示了良好的机械稳定性和可重复性，能萃取环境样品中多环芳烃类（PAHs），萃取效率高，稳定性强；

[0012] 2、用火焰法制备纳米氧化铁涂层，工艺简单、操作性强、易于控制；

[0013] 3、制备成本低廉，效率高，绿色环保。

附图说明

[0014] 图1是实施例1所得产物的SEM图。

[0015] 图2是实施例2所得产物的SEM图。

[0016] 图3是实施例3所得产物的SEM图。

[0017] 图4是实施例4所得产物的SEM图。

[0018] 图5是实施例4所得产物厚度的SEM图。

[0019] 图6是实施例4所得产物的EDS图。

具体实施方式

[0020] 下面通过具体实施例对本发明制备花瓣褶皱状纳米氧化铁涂层的方法作进一步说明。

[0021] 实施例1

[0022] （1）取一段Φ=0.25 mm的铁丝，先用1.0 M氢氧化钠溶液超声清洗20 min，再用丙酮超声清洗10 min，最后再用超纯水超声清洗10 min；

[0023] （2）在30℃下，将清洗的铁丝浸入质量浓度30%的硫酸溶液中刻蚀60 min；刻蚀后的铁丝用超纯水冲洗，隔绝空气干燥，备用；

[0024] （3）手动点燃打火机，将经刻蚀的铁丝一端放入火焰的焰心位置，燃烧30 s，在铁丝表面制得纳米氧化铁；

[0025] （4）将燃烧后得铁丝依次用超纯水、甲醇冲洗，隔绝空气干燥，在铁丝表面制得均匀的花瓣褶皱状纳米氧化铁涂层。

[0026] 上述制备的纳米氧化铁涂层的SEM图见图1（左图为放大倍数为2万倍的SEM图，右图为放大倍数为5万倍的SEM图。）。由图1可以得出制备的纳米氧化铁涂层有很好的表面形态，呈花瓣褶皱状结构，且涂层分布均匀，比表面积大。

[0027] 实施例2

[0028] （1）取一段Φ=0.35 mm的铁丝，先用1.2 M氢氧化钾溶液超声清洗20 min，再用丙酮超声清洗15 min，然后用超纯水超声清洗10 min，隔绝空气干燥，备用；

[0029] （2）在50℃下，将清洗的不锈钢丝浸入质量浓度30%的盐酸溶液中刻蚀30 min；刻蚀后的铁丝用超纯水清洗，隔绝空气干燥，备用；

[0030] （3）手动点燃打火机，将刻蚀处理的铁丝一端放入火焰的内焰位置，燃烧20 s，在铁丝表面制得纳米氧化铁；

[0031] （4）将燃烧后的铁丝用超纯水、甲醇分别冲洗，隔绝空气干燥，在铁丝表面制得均匀的花瓣褶皱状纳米氧化铁涂层。

[0032] 上述制备纳米氧化铁涂层的SEM图见图2（左图为放大倍数为2万倍的SEM图，右图为放大倍数为5万倍的SEM图。）。由图2可以得出制备的纳米氧化铁涂层有很好的表面形态，结构花瓣褶皱状，且涂层分布均匀，比表面积大。

[0033] 实施例3

[0034] （1）取一段Φ=0.35 mm的铁丝，先用1.5 M氢氧化钾溶液超声清洗15 min，再用丙酮超声清洗15 min，然后用超纯水超声清洗15 min，隔绝空气干燥，备用；

[0035] （2）在50℃下，将清洗的不锈钢丝浸入质量浓度30%的盐酸溶液中刻蚀30 min；刻蚀后的铁丝用超纯水清洗，隔绝空气干燥，备用；

[0036] （3）将将刻蚀的铁丝一端放入酒精灯的火焰的内焰位置，燃烧40 s，在铁丝表面制得纳米氧化铁；

[0037] （4）将燃烧后的铁丝用超纯水、甲醇分别冲洗，隔绝空气干燥，在铁丝表面制得均匀的花瓣褶皱状纳米氧化铁涂层。

[0038] 上述制备的纳米氧化铁涂层的SEM图见图3（左图为放大倍数为2万倍的SEM图，右图为放大倍数为5万倍的SEM图。）。由图3可以得出制备的纳米氧化铁涂层有很好的表面形态，结构花瓣褶皱状，且涂层分布均匀，比表面积大。

[0039] 实施例4

[0040] （1）取一段Φ=0.25 mm的不锈钢丝，先用1.0 M氢氧化钠超声清洗20 min，再用丙酮超声清洗10 min，最后用超纯水超声清洗10 min，隔绝空气干燥，备用；

[0041] （2）在40℃下，将清洗的不锈钢丝浸入质量浓度40%的盐酸溶液中刻蚀60 min；刻蚀后的铁丝用超纯水清洗，隔绝空气干燥，备用；

[0042] （3）将刻蚀后的不锈钢丝一端放入点燃的蜡烛火焰中外焰位置，燃烧10 s，在不锈钢丝表面制得纳米氧化铁；

[0043] （4）将燃烧后的铁丝用超纯水、甲醇分别冲洗，隔绝空气干燥，在铁丝表面制得均匀的花瓣褶皱状纳米氧化铁涂层。

[0044] 上述制备的纳米氧化铁涂层的SEM图见图4（左图为放大倍数为2万倍的SEM图，右图为放大倍数为5万倍的SEM图。）。由图4可以得出所制备的纳米氧化铁涂层有很好的表面形态，结构呈花瓣褶皱状，且涂层分布均匀，比表面积大。

[0045] 图5是上述实施例4所制备纳米氧化铁涂层厚度的SEM图。由图5可以得出，上述所制备的纳米氧化铁涂层的厚度在1.2ｕm 1.4ｕm之间。~

[0046] 图6是上述实施例4所制备产物的EDS图。由图6可以得出所制备的涂层主要含有铁元素，氧元素。表1为实施例4所制备产物的能谱数据。由表1定量分析得出铁和氧的原子比为2:3，因此制备得到的是氧化铁。

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