Оценка влияния разных способов получения магнетита на размер частиц

Полный текст

Обоснование. Современные исследования в области синтеза магнетита (Fe3O4) сосредоточены на нескольких ключевых направлениях, однако большинство из них не систематизируют влияние методов получения на размер частиц. Отсутствие системного анализа: большинство работ изучают один метод, игнорируя сравнительный подход.

Цель — оценить влияние различных методов синтеза магнетита (Fe3O4) получаемых частиц и выявить оптимальный способ для достижения заданных параметров.

Методы. В исследовании были применены три принципиально различных подхода:

1. Метод высокотемпературного восстановительного гидролиза (методы 1–5). Основан на использовании восстановительной среды при повышенных температурах (выше 150°C) в полярных растворителях, таких как этиленгликоль. Этиленгликоль выступает не только как растворитель, но и как восстановитель, а также структурообразующий агент. Добавление додецилсульфата натрия (ПАВ) способствует стабилизации наночастиц, предотвращая их агрегацию. Варьирование концентраций FeCl3×6H2O, ацетата натрия и ПЭГ-400 (полиэтиленгликоль) в методах 1–5 направлено на оптимизацию размера и монодисперсности частиц [1].
2. Метод химического осаждения твердой фазы (метод 6). Предполагает осаждение магнетита из водных растворов солей железа (FeSO4) при щелочных условиях. Этот метод отличается простотой и низкими энергозатратами, однако требует точного контроля pH и температуры для предотвращения окисления Fe2+ до Fe3+ [2].
3. Метод осаждения солей Fe3+ гидроксидом щелочного металла (метод 7). Заключается в совместном осаждении солей Fe2+ и Fe3+ в щелочной среде. В данном случае роль окислителя играет играет 0,4–6,0 % раствор сульфата меди [3].

Результаты. Проведенное исследование позволило выявить ключевые закономерности влияния реагентов и условий синтеза на размер и свойства частиц магнетита:

1. Влияние додецилсульфата натрия (ДСН): сравнение рецептур 1 (с ДСН) и 2 (без ДСН) показало, что добавление ДСН снижает средний размер частиц:

–с ДСН: диапазон 5,3–11,8 мкм, средний размер — 7,23 мкм;

–без ДСН: диапазон 7,1–10,6 мкм, средний размер — 8,63 мкм. ДСН выступает в качестве стабилизатора, его молекулы адсорбируются на поверхности частиц магнетита, предотвращая их агрегацию.

2. Роль концентрации ацетата натрия и ПЭГ-400: уменьшение количества ацетата натрия и ПЭГ-400 приводит к снижению размера частиц. Метод 3 имеет наибольший средний размер частиц — 12,9 мкм. Размер частиц уменьшается при меньшем добавлении ацетата натрия и ПЭГ-400: средний размер с большим добавлением ацетата натрия и ПЭГ-400 равен 12,9 мкм, диапазон 10,7–15,4 мкм, тогда с меньшим добавлением этих реагентов — 9,2 мкм, диапазон 8,5–10,3 мкм.
3. Методики с сульфатом железа:

–наиболее мелкие частицы образуются в методике 6. Наименьший средний размер частиц по сравнению с другими методами — 5,6 мкм. Это может указывать на то, что метод 6 менее чувствителен к изменениям размеров частиц;

–в методике с сульфатом железа и меди получились частицы магнетита в диапазоне от 9,7 до 13,9 мкм, средний размер равен 12,4 мкм.

Выводы. Выбор метода синтеза зависит от целевых характеристик частиц: размера, стабильности и магнитных свойств. Оптимизация реагентов позволяет управлять параметрами магнетита для конкретных применений.

Рекомендации по выбору метода:

–для мелких частиц: метод с сульфатом железа и гидроксидом аммония (5,6 мкм) или рецептура с ДСН (7,23 мкм);

–для средних размеров: рецептура без ДСН (8,63 мкм) или методика с уменьшенным количеством ацетата натрия и ПЭГ-400 (9,2 мкм);

–при необходимости высокой намагниченности: метод с сульфатом железа и гидроксидом аммония.

Об авторах

Анастасия Сергеевна Баталина

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева

Автор, ответственный за переписку.
Email: batalina27122002@gmail.com

студентка, группа 4425-280302D, институт естественных и математических наук

Россия, Самара

Список литературы

Дополнительные файлы