铁的氧化物纳米材料、制备方法及其在水处理中的使用转让专利
申请号 : CN200510130679.7
文献号 : CN1986427B
文献日 : 2010-04-14
发明人 : 万立骏 , 钟良枢 , 胡劲松
申请人 : 中国科学院化学研究所
摘要 :
一种铁的氧化物纳米材料，分别为α-Fe2O3、γ-Fe2O3和Fe3O4，其表面由纳米颗粒组成多孔结构，具有三维自组装结构。其制备方法为：a)在二醇类有机溶剂中加入铁盐、尿素和保护剂，搅拌溶解，获得混合物溶液；b)搅拌下，加热步骤b的混合物溶液获得铁氧化物前体分散液；c)洗涤沉淀物，60-100℃干燥，得到铁氧化物前体；d)步骤c得到的铁氧化物前体于30-50℃/分钟升温速率下，从室温升至500℃灼烧2-5小时，得到目标产物。本发明的铁的氧化物纳米材料可以应用在水处理中，以除去水中重金属离子或其它有毒离子，以及水中的有机污染物。
权利要求 :
1.一种铁的氧化物纳米材料，分别为α-Fe2O3、γ-Fe2O3和Fe3O4，表现为花状形貌，每片花瓣由纳米颗粒组成多孔结构。
2.根据权利要求1所述的铁的氧化物纳米材料，其特征在于，其中铁的氧化物纳米材料具有三维自组装结构。
3.制备权利要求1所述铁的氧化物纳米材料的方法，其步骤如下：(a)在二醇类有机溶剂中加入铁盐、尿素和保护剂，按摩尔浓度计，铁盐∶尿素∶保护剂＝0.002-0.025∶0.02-0.25∶0.01-0.25mol/L，搅拌溶解，获得混合物溶液；
所述保护剂为十六烷基三甲基溴化铵、四丁基溴化铵、聚乙烯基吡咯烷酮和/或聚乙二醇；
(b)搅拌下，加热步骤a的混合物溶液至120-195℃，20-120min后获得铁氧化物前体分散液；
(c)洗涤沉淀物，60-100℃干燥，得到铁氧化物前体；
(d)步骤c得到的铁氧化物前体于30-50℃/分钟升温速率下，从室温升至500℃灼烧2-5小时，得到目标产物。
4.根据权利要求3所述的铁的氧化物纳米材料的制备方法，其特征在于，其中铁盐为氯化铁、硝酸铁和/或硫酸铁。
5.根据权利要求3所述的铁的氧化物纳米材料的制备方法，其特征在于，其中步骤d中，于空气气氛中灼烧2-3小时，得到α-Fe2O3纳米材料。
6.根据权利要求3所述的铁的氧化物纳米材料的制备方法，其特征在于，其中步骤d中，于氮气或惰性气氛中灼烧2-3小时，得到Fe3O4纳米材料。
7.根据权利要求6所述的铁的氧化物纳米材料的制备方法，其特征在于，将Fe3O4纳米材料置于空气气氛中，在200-300℃下灼烧4-6小时，得到γ-Fe2O3纳米材料。
8.权利要求1或2所述铁的氧化物纳米材料在水处理中的应用，除去水中重金属离子或有害金属离子，以及水中的有机污染物。
9.根据权利要求8所述铁的氧化物纳米材料在水处理中的应用，其特征在于，其中重金属离子或有害金属离子为铅、镉、铜、砷中的一种或者多种离子；其中有机污染物为染料、苯酚、氯仿、氯苯中的一种或多种。
10.根据权利要求9所述铁的氧化物纳米材料在水处理中的应用，其特征在于，其中染料为橙黄II、酸性红、曙红中的一种或多种。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种铁的氧化物纳米材料。
本发明还涉及上述材料的制备方法。
本发明还涉及上述材料的应用。
背景技术
随着纳米科技的发展，纳米材料科学已经成为当前材料科学发展的一个不可或缺的重要领域。从某种意义上来说，纳米材料研究的进展势必把物理、化学、生物等许多学科推向一个新的层次，同时也会给21世纪整个科学的研究带来新的机遇。纳米材料包括零维、一维、二维和三维纳米材料。尺寸大小、形貌、维度等因素强烈影响着材料的各种性能并很大程度上决定其应用前景。近年来，具有三维自组装结构的纳米材料激发起科学家们越来越大的研究兴趣。一方面，三维自组装纳米材料相比于低维材料，具有截然不同的性能，因此也就具有新颖的不同的应用前景；另一方面，生命体的许多组成基元，如细胞膜、DNA和蛋白质等，本身就具有三维的自组装纳米结构，因此，三维自组装纳米材料的研究可有助于解释许多未解的生命现象，反过来，众多的生命组成基元的研究也可以给三维自组装纳米材料的研究带来新的启发。
常见的铁的氧化物主要是α-Fe2O3、γ-Fe2O3和Fe3O4，其中，α-Fe2O3属于刚玉结构，而γ-Fe2O3和Fe3O4则同属于尖晶石结构。铁的氧化物纳米材料已广泛应用于信息储存、能源、催化、环境保护等众多领域。到目前为止，铁的氧化物纳米材料的研究主要集中在低维材料上。铁的氧化物的多种低维纳米材料，如纳米晶、纳米线、纳米管和纳米带等已被成功制备出来，且其形成机理和应用潜力也得到了广泛的研究。与低维纳米材料比较，鲜有关于铁的氧化物三维纳米材料的报道。三维纳米材料的制备，最好的途径就是通过自组装的过程来实现，这种方式可以有效节约原料和能源。在已有关于铁的氧化物三维纳米材料的报道中，所采用的铁源原料往往是毒性大、价格昂贵的铁盐，且反应往往需要在苛刻的水热条件下进行，这很大程度上限制了这些材料的应用。此外，在关于铁的氧化物纳米材料的已有文献报道中，所得到的纳米材料往往只是一种氧化物，要实现多种铁的氧化物之间的转变，则需要采用冗长复杂的步骤。因此，发展一种采用廉价无毒的铁盐作为原料，通过自组装过程来制备铁的氧化物三维纳米材料的技术是十分必要的，同时，如果能通过简单的过程就可以分别得到不同的铁的氧化物，必将大大降低制备成本和拓宽铁的氧化物的应用前景。
水污染所造成的环境问题给人类的健康带来巨大的威胁并严重影响社会的可持续发展。近年来，单质铁或铁的氧化物在水处理中的应用得到了相关研究人员越来越多的关注。单质铁和铁的氧化物已广泛应用于去除水中的重金属离子或其它有害离子及各种有机污染物。如将单质铁或铁的氧化物做成纳米材料，因其具有很高的比表面积，必能大大提高这些材料在水处理中的性能。
常见的铁的氧化物主要是α-Fe2O3、γ-Fe2O3和Fe3O4，其中，α-Fe2O3属于刚玉结构，而γ-Fe2O3和Fe3O4则同属于尖晶石结构。铁的氧化物纳米材料已广泛应用于信息储存、能源、催化、环境保护等众多领域。到目前为止，铁的氧化物纳米材料的研究主要集中在低维材料上。铁的氧化物的多种低维纳米材料，如纳米晶、纳米线、纳米管和纳米带等已被成功制备出来，且其形成机理和应用潜力也得到了广泛的研究。与低维纳米材料比较，鲜有关于铁的氧化物三维纳米材料的报道。三维纳米材料的制备，最好的途径就是通过自组装的过程来实现，这种方式可以有效节约原料和能源。在已有关于铁的氧化物三维纳米材料的报道中，所采用的铁源原料往往是毒性大、价格昂贵的铁盐，且反应往往需要在苛刻的水热条件下进行，这很大程度上限制了这些材料的应用。此外，在关于铁的氧化物纳米材料的已有文献报道中，所得到的纳米材料往往只是一种氧化物，要实现多种铁的氧化物之间的转变，则需要采用冗长复杂的步骤。因此，发展一种采用廉价无毒的铁盐作为原料，通过自组装过程来制备铁的氧化物三维纳米材料的技术是十分必要的，同时，如果能通过简单的过程就可以分别得到不同的铁的氧化物，必将大大降低制备成本和拓宽铁的氧化物的应用前景。
水污染所造成的环境问题给人类的健康带来巨大的威胁并严重影响社会的可持续发展。近年来，单质铁或铁的氧化物在水处理中的应用得到了相关研究人员越来越多的关注。单质铁和铁的氧化物已广泛应用于去除水中的重金属离子或其它有害离子及各种有机污染物。如将单质铁或铁的氧化物做成纳米材料，因其具有很高的比表面积，必能大大提高这些材料在水处理中的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁的氧化物纳米材料。
本发明的又一目的在于提供上述材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供的铁的氧化物纳米材料，分别为α-Fe2O3、γ-Fe2O3和Fe3O4，其表面由纳米颗粒组成多孔结构。
所述铁的氧化物纳米材料，其中铁的氧化物纳米材料具有三维自组装结构。
本发明提供的制备上述材料的方法，其步骤如下：
(a)在二醇类有机溶剂中加入铁盐、尿素和保护剂，其中，铁盐、尿素和保护剂的摩尔浓度范围分别为0.002-0.025mol/L、0.02-0.25mol/L和0.01-0.25mol/L，搅拌溶解，获得混合物溶液；
所述保护剂为十六烷基三甲基溴化铵、四丁基溴化铵、聚乙烯基吡咯烷酮和/或聚乙二醇；
(b)搅拌下，在120-195℃温度范围内加热步骤b的混合物溶液，加热20-120min后获得铁氧化物前体分散液；
(c)洗涤沉淀物，60-100℃干燥，得到铁氧化物前体；
(d)步骤c得到的铁氧化物前体于30-50℃/分钟升温速率下，从室温升至500℃灼烧2-5小时，得到目标产物。
所述的制备方法，其中铁盐为氯化铁、硝酸铁和/或硫酸铁。
所述的制备方法，其中步骤d中，于空气气氛中灼烧2-3小时，得到α-Fe2O3纳米材料。
所述的制备方法，其中步骤d中，于氮气或惰性气氛中灼烧2-3小时，得到Fe3O4纳米材料。
所述的制备方法，将Fe3O4纳米材料置于空气气氛中，在200-300℃下灼烧4-6小时，得到γ-Fe2O3纳米材料。
本发明提供的铁的氧化物纳米材料可以应用在水处理中，以除去水中重金属离子或其它有毒离子，以及水中的有机污染物。如：铅(Pb)、镉(Cr)、铜(Cu)、砷(As)等及其混合物组成组中的任何一种或者多种离子；其中所述有机污染物包括选自例如橙黄II、酸性红、曙红等染料和苯酚、氯仿、氯苯等其它有机污染物及其混合物组成组中的任何一种或者多种有机污染物。
本发明提供一种简单、经济的大规模制备铁的氧化物纳米材料的技术，采用的铁源原料为廉价无毒的铁盐，同时反应条件要求不高，无需在水热条件下进行，
本发明得到的三种铁的氧化物：α-Fe2O3、γ-Fe2O3和Fe3O4均保持与前体一致的三维自组装结构的形貌，但已由光滑表面转变为由纳米颗粒组成的多孔结构，因此具有较高的比表面积。
与其它现有制备技术比较，本发明具有以下特点：
1.本发明所采用的铁源为廉价无毒的铁盐，所加入的尿素亦廉价无毒，反应条件要求不高，因而具有简单经济、能耗低、操作方便和便于实现规模化生产的优点。
2.在本发明中，通过在不同条件下灼烧同一铁的前体，就可以很方便得到三种铁的氧化物，无需采用冗长复杂的转换过程。
3.在本发明中灼烧所得到的三种铁的氧化物均能保持与前体一致的三维结构形貌。
4.在本发明中灼烧所得到的三种铁的氧化物表面均具有由纳米颗粒组成的多孔结构，因而比表面积很高。
5.本发明的铁的氧化物纳米材料在水处理方面表现出很好的去除污染物的能力。此外，所得到的铁的氧化物纳米材料在催化、传感和信息储存等领域具有广泛的应用潜力。
本发明的又一目的在于提供上述材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供的铁的氧化物纳米材料，分别为α-Fe2O3、γ-Fe2O3和Fe3O4，其表面由纳米颗粒组成多孔结构。
所述铁的氧化物纳米材料，其中铁的氧化物纳米材料具有三维自组装结构。
本发明提供的制备上述材料的方法，其步骤如下：
(a)在二醇类有机溶剂中加入铁盐、尿素和保护剂，其中，铁盐、尿素和保护剂的摩尔浓度范围分别为0.002-0.025mol/L、0.02-0.25mol/L和0.01-0.25mol/L，搅拌溶解，获得混合物溶液；
所述保护剂为十六烷基三甲基溴化铵、四丁基溴化铵、聚乙烯基吡咯烷酮和/或聚乙二醇；
(b)搅拌下，在120-195℃温度范围内加热步骤b的混合物溶液，加热20-120min后获得铁氧化物前体分散液；
(c)洗涤沉淀物，60-100℃干燥，得到铁氧化物前体；
(d)步骤c得到的铁氧化物前体于30-50℃/分钟升温速率下，从室温升至500℃灼烧2-5小时，得到目标产物。
所述的制备方法，其中铁盐为氯化铁、硝酸铁和/或硫酸铁。
所述的制备方法，其中步骤d中，于空气气氛中灼烧2-3小时，得到α-Fe2O3纳米材料。
所述的制备方法，其中步骤d中，于氮气或惰性气氛中灼烧2-3小时，得到Fe3O4纳米材料。
所述的制备方法，将Fe3O4纳米材料置于空气气氛中，在200-300℃下灼烧4-6小时，得到γ-Fe2O3纳米材料。
本发明提供的铁的氧化物纳米材料可以应用在水处理中，以除去水中重金属离子或其它有毒离子，以及水中的有机污染物。如：铅(Pb)、镉(Cr)、铜(Cu)、砷(As)等及其混合物组成组中的任何一种或者多种离子；其中所述有机污染物包括选自例如橙黄II、酸性红、曙红等染料和苯酚、氯仿、氯苯等其它有机污染物及其混合物组成组中的任何一种或者多种有机污染物。
本发明提供一种简单、经济的大规模制备铁的氧化物纳米材料的技术，采用的铁源原料为廉价无毒的铁盐，同时反应条件要求不高，无需在水热条件下进行，
本发明得到的三种铁的氧化物：α-Fe2O3、γ-Fe2O3和Fe3O4均保持与前体一致的三维自组装结构的形貌，但已由光滑表面转变为由纳米颗粒组成的多孔结构，因此具有较高的比表面积。
与其它现有制备技术比较，本发明具有以下特点：
1.本发明所采用的铁源为廉价无毒的铁盐，所加入的尿素亦廉价无毒，反应条件要求不高，因而具有简单经济、能耗低、操作方便和便于实现规模化生产的优点。
2.在本发明中，通过在不同条件下灼烧同一铁的前体，就可以很方便得到三种铁的氧化物，无需采用冗长复杂的转换过程。
3.在本发明中灼烧所得到的三种铁的氧化物均能保持与前体一致的三维结构形貌。
4.在本发明中灼烧所得到的三种铁的氧化物表面均具有由纳米颗粒组成的多孔结构，因而比表面积很高。
5.本发明的铁的氧化物纳米材料在水处理方面表现出很好的去除污染物的能力。此外，所得到的铁的氧化物纳米材料在催化、传感和信息储存等领域具有广泛的应用潜力。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1代表性地表示所制备的铁的前体的低倍和高倍扫描电镜照片。
图2表示将铁的前体在不同条件下灼烧所得到的三种铁的氧化物的X射线粉末衍射谱图。
图3代表性地表示灼烧后所得到的α-Fe2O3的扫描电镜照片和低倍、高倍透射电镜照片。
图4代表性地表示灼烧后所得到的Fe3O4的扫描电镜照片。
图5代表性地表示灼烧后所得到的γ-Fe2O3的扫描电镜照片。
图1代表性地表示所制备的铁的前体的低倍和高倍扫描电镜照片。
图2表示将铁的前体在不同条件下灼烧所得到的三种铁的氧化物的X射线粉末衍射谱图。
图3代表性地表示灼烧后所得到的α-Fe2O3的扫描电镜照片和低倍、高倍透射电镜照片。
图4代表性地表示灼烧后所得到的Fe3O4的扫描电镜照片。
图5代表性地表示灼烧后所得到的γ-Fe2O3的扫描电镜照片。
具体实施方式
本发明制备具有三维自组装结构的铁的氧化物纳米材料制备技术包括下述几个步骤：
(a)向反应罐/锅中的二醇类有机溶剂中加入铁盐、尿素和/或保护剂，并且搅拌使之溶解，获得混合物溶液；
(b)在搅拌条件下，加热所述混合物溶液至一定温度和/或使之回流，获得铁氧化物前体分散液；
(c)分离所述分散液，并且洗涤、干燥，从而得到本发明的铁的氧化物前体；
(d)灼烧所述铁的氧化物前体，从而得到本发明的铁的氧化物纳米材料。
其中铁盐包括六水合氯化铁和九水合硝酸铁等，优选六水合氯化铁。保护剂包括四丁基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵和聚乙烯基吡咯烷酮等，优先选择四丁基溴化铵。二醇类有机溶剂选择乙二醇。铁的氧化物纳米材料是通过灼烧铁的前体来获取，具体地说，将所得到的铁的前体放入马弗炉中，在空气的氛围下由室温加热至500℃(升温速度约为30-50℃/分钟)，恒温3小时后停止加热，冷却至室温即可得到α-Fe2O3；将所得到的铁的前体放入管式炉中，先通入高纯氮气30分钟，然后在继续通氮气的情况下由室温加热至500℃(升温速度约为30-50℃/分钟)，恒温3小时后停止加热，冷却至室温即可得到Fe3O4；将所得到的Fe3O4置于250℃的马弗炉中，在空气的氛围下加热5小时，即可得到γ-Fe2O3。
图1(a)和(b)分别代表性地表示所制备的铁的前体的低倍和高倍扫描电镜照片。从图1可以看出，铁的前体尺寸在5μm左右，属于由许多片状花瓣组装起来的类似花状的三维结构。图2表示将铁的前体在不同条件下灼烧所得到的三种铁的氧化物的X射线粉末衍射谱图，(a)、(b)和(c)分别代表所得到的α-Fe2O3、Fe3O4和γ-Fe2O3的衍射谱图，可以看出所得到的三种铁的氧化物的X射线粉末衍射谱图均未出现杂峰，这表明所得到的铁的氧化物纯度很高。图3(a)、(b)和(c)分别代表性地表示灼烧后所得到的α-Fe2O3的扫描电镜照片和低倍、高倍透射电镜照片。从图3可以看出灼烧所得到的α-Fe2O3保持与前体一致的三维自组装结构，但表面已变成由纳米颗粒所组成的多孔结构。图4和图5分别代表性地表示灼烧所得到的Fe3O4和γ-Fe2O3的扫描电镜照片，可以看出Fe3O4和γ-Fe2O3也保持与前体一致的具有三维自组装结构的形貌。
铁的氧化物已广泛应用于去除水中的重金属离子或其它有害离子及各种有机污染物。本发明的铁的氧化物纳米材料因其具有由纳米颗粒组成的多孔表面，故比表面积很高。同时，所得到的材料尺寸约5μm，比一般的纳米粉末大，因此很易于进行固液分离。将所得到的铁的氧化物纳米材料应用于水处理，试验结果表明这些铁的氧化物纳米材料能有效地去除水中的砷、铬、橙黄II等各种污染物。
下面将结合实施例来进一步描述本发明。
实施例1：
将1.2g六水氯化铁、2.7g尿素和7.2g四丁基溴化铵加入到180ml乙二醇中，然后在搅拌的情况下加热。回流30分钟后停止加热。待溶液冷却至室温后，将沉淀用无水乙醇离心洗涤四遍，然后再将洗涤干净后的沉淀置于70℃的烘箱里进行干燥12小时，即可得到铁的前体。
将所得到的铁的前体放入马弗炉中，在空气的氛围下由室温加热至450℃(升温速度约为40℃/分钟)，恒温3小时后停止加热，冷却至室温即可得到α-Fe2O3；将所得到的铁的前体放入管式炉中，先通入高纯氮气30分钟，然后在继续通氮气的情况下由室温加热至450℃(升温速度约为40℃/分钟)，恒温3小时后停止加热，冷却至室温即可得到Fe3O4；将所得到的Fe3O4置于250℃的马弗炉中，在空气的氛围下加热5小时，即可得到γ-Fe2O3。
实施例2：
用砷酸三钠(Na3AsO4·12H2O)和超净水配制砷浓度约10ppm(mg/L)的溶液，并用盐酸或氢氧化钠溶液将pH值调为4。取25ml所配的砷溶液，往其中加入0.05g本发明所制备的α-Fe2O3纳米材料并开始搅拌。30分钟后通过离心进行固液分离，收集上层清液。溶液中砷的含量通过电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)测量。结果如表1所示。
实施例3：
按实施例2中相同的程序，但所加入的吸附剂为本发明所制备的Fe3O4纳米材料。结果如表1所示。
实施例4：
按实施例2中相同的程序，但所加入的吸附剂为本发明所制备的γ-Fe2O3纳米材料。结果如表1所示。
实施例5：
用重铬酸钾(K2Cr2O7)和超净水配制铬浓度约10ppm(mg/L)的溶液，并用盐酸或氢氧化钠溶液将pH值调为3。取25ml所配的铬溶液，往其中加入0.05g本发明所制备的α-Fe2O3纳米材料并开始搅拌。30分钟后通过离心进行固液分离，收集上层清液。溶液中铬的含量通过电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)测量。结果如表1所示。
实施例6：
按实施例5中相同的程序，但所加入的吸附剂为本发明所制备的Fe3O4纳米材料。结果如表1所示。
实施例7：
按实施例5中相同的程序，但所加入的吸附剂为本发明所制备的γ-Fe2O3纳米材料。结果如表1所示。
实施例8：
用橙黄II(orange II)和超净水配制浓度约100ppm(mg/L)的橙黄II溶液，并用盐酸或氢氧化钠溶液将pH值调为2。取20ml所配的橙黄II溶液，往其中加入0.03g本发明所制备的α-Fe2O3纳米材料并开始搅拌。30分钟后通过离心进行固液分离，收集上层清液。溶液中橙黄II浓度由紫外光谱确定。结果如表1所示。
实施例9：
按实施例8中相同的程序，但所加入的吸附剂为本发明所制备的Fe3O4纳米材料。结果如表1所示。
实施例10：
按实施例8中相同的程序，但所加入的吸附剂为本发明所制备的γ-Fe2O3纳米材料。结果如表1所示。
表1.三种氧化铁对各种污染物的去除能力
从表1中可以看出，本发明的铁的氧化物纳米材料对有害金属离子和有机污染物具有很好的去除能力。
需要说明的是，上述实施例只是用来说明本发明的技术特征，不是用来限定本发明专利的申请范围的，比如本实施例中涉及的金属源，既可以用六水合氯化铁，也可以用其它的铁盐，此外，反应物的浓度和反应温度还可以改变。但其原理仍属于本发明的专利申请范畴。
(a)向反应罐/锅中的二醇类有机溶剂中加入铁盐、尿素和/或保护剂，并且搅拌使之溶解，获得混合物溶液；
(b)在搅拌条件下，加热所述混合物溶液至一定温度和/或使之回流，获得铁氧化物前体分散液；
(c)分离所述分散液，并且洗涤、干燥，从而得到本发明的铁的氧化物前体；
(d)灼烧所述铁的氧化物前体，从而得到本发明的铁的氧化物纳米材料。
其中铁盐包括六水合氯化铁和九水合硝酸铁等，优选六水合氯化铁。保护剂包括四丁基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵和聚乙烯基吡咯烷酮等，优先选择四丁基溴化铵。二醇类有机溶剂选择乙二醇。铁的氧化物纳米材料是通过灼烧铁的前体来获取，具体地说，将所得到的铁的前体放入马弗炉中，在空气的氛围下由室温加热至500℃(升温速度约为30-50℃/分钟)，恒温3小时后停止加热，冷却至室温即可得到α-Fe2O3；将所得到的铁的前体放入管式炉中，先通入高纯氮气30分钟，然后在继续通氮气的情况下由室温加热至500℃(升温速度约为30-50℃/分钟)，恒温3小时后停止加热，冷却至室温即可得到Fe3O4；将所得到的Fe3O4置于250℃的马弗炉中，在空气的氛围下加热5小时，即可得到γ-Fe2O3。
图1(a)和(b)分别代表性地表示所制备的铁的前体的低倍和高倍扫描电镜照片。从图1可以看出，铁的前体尺寸在5μm左右，属于由许多片状花瓣组装起来的类似花状的三维结构。图2表示将铁的前体在不同条件下灼烧所得到的三种铁的氧化物的X射线粉末衍射谱图，(a)、(b)和(c)分别代表所得到的α-Fe2O3、Fe3O4和γ-Fe2O3的衍射谱图，可以看出所得到的三种铁的氧化物的X射线粉末衍射谱图均未出现杂峰，这表明所得到的铁的氧化物纯度很高。图3(a)、(b)和(c)分别代表性地表示灼烧后所得到的α-Fe2O3的扫描电镜照片和低倍、高倍透射电镜照片。从图3可以看出灼烧所得到的α-Fe2O3保持与前体一致的三维自组装结构，但表面已变成由纳米颗粒所组成的多孔结构。图4和图5分别代表性地表示灼烧所得到的Fe3O4和γ-Fe2O3的扫描电镜照片，可以看出Fe3O4和γ-Fe2O3也保持与前体一致的具有三维自组装结构的形貌。
铁的氧化物已广泛应用于去除水中的重金属离子或其它有害离子及各种有机污染物。本发明的铁的氧化物纳米材料因其具有由纳米颗粒组成的多孔表面，故比表面积很高。同时，所得到的材料尺寸约5μm，比一般的纳米粉末大，因此很易于进行固液分离。将所得到的铁的氧化物纳米材料应用于水处理，试验结果表明这些铁的氧化物纳米材料能有效地去除水中的砷、铬、橙黄II等各种污染物。
下面将结合实施例来进一步描述本发明。
实施例1：
将1.2g六水氯化铁、2.7g尿素和7.2g四丁基溴化铵加入到180ml乙二醇中，然后在搅拌的情况下加热。回流30分钟后停止加热。待溶液冷却至室温后，将沉淀用无水乙醇离心洗涤四遍，然后再将洗涤干净后的沉淀置于70℃的烘箱里进行干燥12小时，即可得到铁的前体。
将所得到的铁的前体放入马弗炉中，在空气的氛围下由室温加热至450℃(升温速度约为40℃/分钟)，恒温3小时后停止加热，冷却至室温即可得到α-Fe2O3；将所得到的铁的前体放入管式炉中，先通入高纯氮气30分钟，然后在继续通氮气的情况下由室温加热至450℃(升温速度约为40℃/分钟)，恒温3小时后停止加热，冷却至室温即可得到Fe3O4；将所得到的Fe3O4置于250℃的马弗炉中，在空气的氛围下加热5小时，即可得到γ-Fe2O3。
实施例2：
用砷酸三钠(Na3AsO4·12H2O)和超净水配制砷浓度约10ppm(mg/L)的溶液，并用盐酸或氢氧化钠溶液将pH值调为4。取25ml所配的砷溶液，往其中加入0.05g本发明所制备的α-Fe2O3纳米材料并开始搅拌。30分钟后通过离心进行固液分离，收集上层清液。溶液中砷的含量通过电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)测量。结果如表1所示。
实施例3：
按实施例2中相同的程序，但所加入的吸附剂为本发明所制备的Fe3O4纳米材料。结果如表1所示。
实施例4：
按实施例2中相同的程序，但所加入的吸附剂为本发明所制备的γ-Fe2O3纳米材料。结果如表1所示。
实施例5：
用重铬酸钾(K2Cr2O7)和超净水配制铬浓度约10ppm(mg/L)的溶液，并用盐酸或氢氧化钠溶液将pH值调为3。取25ml所配的铬溶液，往其中加入0.05g本发明所制备的α-Fe2O3纳米材料并开始搅拌。30分钟后通过离心进行固液分离，收集上层清液。溶液中铬的含量通过电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)测量。结果如表1所示。
实施例6：
按实施例5中相同的程序，但所加入的吸附剂为本发明所制备的Fe3O4纳米材料。结果如表1所示。
实施例7：
按实施例5中相同的程序，但所加入的吸附剂为本发明所制备的γ-Fe2O3纳米材料。结果如表1所示。
实施例8：
用橙黄II(orange II)和超净水配制浓度约100ppm(mg/L)的橙黄II溶液，并用盐酸或氢氧化钠溶液将pH值调为2。取20ml所配的橙黄II溶液，往其中加入0.03g本发明所制备的α-Fe2O3纳米材料并开始搅拌。30分钟后通过离心进行固液分离，收集上层清液。溶液中橙黄II浓度由紫外光谱确定。结果如表1所示。
实施例9：
按实施例8中相同的程序，但所加入的吸附剂为本发明所制备的Fe3O4纳米材料。结果如表1所示。
实施例10：
按实施例8中相同的程序，但所加入的吸附剂为本发明所制备的γ-Fe2O3纳米材料。结果如表1所示。
表1.三种氧化铁对各种污染物的去除能力
从表1中可以看出，本发明的铁的氧化物纳米材料对有害金属离子和有机污染物具有很好的去除能力。
需要说明的是，上述实施例只是用来说明本发明的技术特征，不是用来限定本发明专利的申请范围的，比如本实施例中涉及的金属源，既可以用六水合氯化铁，也可以用其它的铁盐，此外，反应物的浓度和反应温度还可以改变。但其原理仍属于本发明的专利申请范畴。