摘要：評(píng)述了近些年鐵酸鋅的應(yīng)用現(xiàn)狀，包括在處理工業(yè)廢水、脫硫材料、高性能吸波材料、防腐涂料以及阻燃劑等方面。介紹了制備鐵酸鋅的機(jī)械化學(xué)合成工藝、溶膠-凝膠工藝、水熱合成工藝、焙燒法工藝、共同沉淀工藝、金屬有機(jī)鹽熱分解工藝等，概括出了各種工藝的原理、條件、優(yōu)缺點(diǎn)以及發(fā)展?fàn)顩r。并指明了未來(lái)發(fā)展方向。

　　關(guān)鍵詞：鐵酸鋅;光催化;脫硫;吸波性;制備工藝

　　鐵酸鋅是一種化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定、無(wú)毒無(wú)害環(huán)保型材料、其在光照下不會(huì)被腐蝕，還具有廣泛的功能特性[1]。例如軟磁特性[2]、電性[3]、還是一種熱氣體脫硫吸收材料[4-5]。具有很高的光催化特性，納米鐵酸鋅還是高性能的無(wú)機(jī)透明顏料。Xu等[6]制備了鐵酸鋅摻雜二氧化鈦光催化劑，發(fā)現(xiàn)其對(duì)降解酸堿指示劑有著良好的光催化特性。

　　牛玉等[7]發(fā)現(xiàn)了鐵酸鋅在較高能量可見光的照射下能夠表現(xiàn)出較好的光催化特性。Bangale等[8]對(duì)納米晶鐵酸鋅的潤(rùn)濕試驗(yàn)中通過(guò)測(cè)量其接觸角，得到由于鐵酸鋅的高表面能，材料的接觸角θ=0°。

　　1鐵酸鋅的應(yīng)用現(xiàn)狀

　　1.1納米鐵酸鋅光催化工業(yè)廢水處理

　　造紙廢水中含有大量的木素等酚類有機(jī)物，有學(xué)者提出采用納米鐵酸鋅作為催化劑處理造紙廢水。wong等[9]研究了納米鐵酸鋅處理造紙廢水利用光催化和超聲降解連續(xù)系統(tǒng)在可見光照射下降解苯酚。其方法是利用鐵酸鋅負(fù)載在活性炭作為催化劑，將苯酚置于連續(xù)系統(tǒng)中，進(jìn)行苯酚降解反應(yīng)，通過(guò)蒸發(fā)測(cè)試，光催化測(cè)試，吸收測(cè)試等。

　　最后得出其降解率與初始溶液的pH值有關(guān)，而且隨著光催化劑的回收重復(fù)利用次數(shù)的增加，其降解率呈下降趨勢(shì)。沈櫟等[10]運(yùn)用水熱共沉淀法將鐵酸鋅負(fù)載在石墨烯納米片表層，制備出新復(fù)合型光催化劑，并在復(fù)合工業(yè)染料廢水中模擬光催化進(jìn)行脫色處理中效果顯著，去除率可達(dá)98%，并且經(jīng)過(guò)四次循環(huán)去除率應(yīng)在百分之80%左右。

　　曹鋒等[11]同樣利用共沉淀法對(duì)工業(yè)燃料廢水進(jìn)行脫色處理脫色率同樣也可達(dá)到95%左右，循環(huán)使用后效果依然顯著。我國(guó)有80%的農(nóng)藥廠在生產(chǎn)有機(jī)磷農(nóng)藥。而國(guó)內(nèi)每年排放的農(nóng)藥廢水量驚人的高達(dá)1.5億t，其中進(jìn)行處理后排放的不超過(guò)10%，處理合格的僅達(dá)到1%[12]，所以尋求高效快捷的處理手段成為廣大學(xué)者研究的焦點(diǎn)。吳慧芳等[13]對(duì)采用鐵酸鋅對(duì)農(nóng)藥廢水進(jìn)行預(yù)處理后，調(diào)節(jié)pH值后再進(jìn)行電解，發(fā)現(xiàn)其對(duì)綜合農(nóng)藥廢水中重鉻酸鹽指數(shù)去除率較高一般都在50%以上，幾乎完全去除農(nóng)藥中的色度。

　　1.2高溫煤氣脫硫劑

　　鐵酸鋅作為脫硫劑是將鐵酸鋅與適當(dāng)?shù)闹鷦┗旌蠑D壓而制成的。鐵酸鋅具備氧化鐵和氧化鋅的共同的優(yōu)異性能，即具有耐高溫性又具有極高的脫硫效率,并且可以循環(huán)往復(fù)使用。因此,鐵酸鋅脫硫劑在熱電聯(lián)產(chǎn)，煤氣聯(lián)合發(fā)電、增壓硫化床等領(lǐng)域有著較好的應(yīng)用前景。

　　目前,國(guó)外較多科研機(jī)構(gòu)對(duì)鐵酸鋅作為高爐脫硫劑材料進(jìn)行了研究,效果顯著在我來(lái)很有可能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。馮慶吉等[14]制備了CuO-Zn-Fe2O4脫硫劑，采用固定床反應(yīng)器對(duì)該脫硫劑性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明加入CuO的脫硫劑活性組分的分散性能增加，脫硫過(guò)程中含硫氣體可以更好的與活性位接觸，從而提高了脫硫劑脫硫性能。

　　1.3納米鐵酸鋅的高性能吸波應(yīng)用

　　納米吸波材料是能夠吸收轉(zhuǎn)化投射到其表面的能量波，并且將吸收的能量波轉(zhuǎn)化為熱能等形式儲(chǔ)存或消耗掉[15]。納米級(jí)鐵酸鋅具有較強(qiáng)的吸波性能[16]，其可以有效地吸收、散射投射到其表層的紅外光波、電磁波等。另外還何以把吸收的波段轉(zhuǎn)化成其他形式的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)。

　　有報(bào)道稱稱美國(guó)的B-2轟炸機(jī)隱身涂層就采用氧化鐵材質(zhì)作為吸波材料，因此在其在隱身領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。另一方面還可以利用其吸波特性，同樣通過(guò)摻雜特定元素制備成具有吸附高輻射危害波源的防輻射服和防輻射隔離網(wǎng)，用來(lái)保護(hù)人們免受高危輻射的危害。

　　1.4防銹涂料及阻燃劑

　　納米級(jí)鐵酸鋅也是近些年也被廣泛應(yīng)用于鐵酸鹽材料方面，其是氧化鐵的活性產(chǎn)物，高溫下性能穩(wěn)定，不溶于水以及酸堿性溶液，具有較強(qiáng)的分散性，對(duì)其進(jìn)行多元素復(fù)合也可以用于耐高溫涂料方面，周銘等[17]通過(guò)制備納米級(jí)復(fù)合鐵酸鋅涂料，并進(jìn)行了耐海水性腐蝕試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)，添加鐵酸鋅的納米材料相較于添加其他物質(zhì)的防腐材料具有較強(qiáng)的耐腐蝕特性。

　　楊保俊等[18]通過(guò)對(duì)軟PVC試樣進(jìn)行添加納米鐵酸鋅后對(duì)復(fù)合PVC材料進(jìn)行了阻燃性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)添加少部分鐵酸鋅PVC材料阻燃性能明顯，明顯的改善了復(fù)合PVC材料的熱穩(wěn)定性，另外鐵酸鋅的添加量對(duì)PVC材料拉伸強(qiáng)度斷裂伸長(zhǎng)率有著明顯的影響。

　　2鐵酸鋅的制備工藝

　　傳統(tǒng)的鐵酸鋅制備工藝有多種，如水熱法、沖擊波法、共同沉淀法、凝膠溶膠法、金屬有機(jī)鹽熱分解法等，以上工藝雖各有可取之處，但都存在原料較貴、操作過(guò)程復(fù)雜、設(shè)備要求高等缺點(diǎn)。目前隨著人們對(duì)鐵酸鋅利用價(jià)值的探索和開發(fā)，尋求一種工藝簡(jiǎn)單，成本低廉的鐵酸鋅制備工藝具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　2.1機(jī)械化學(xué)合成工藝

　　機(jī)械化學(xué)合成工藝是制備納米化合物的新工藝，其通過(guò)球磨使多種金屬材料相互作用形成復(fù)合納米材料。該工藝首次是由日本京都大學(xué)提出。其最初目的是是利用高能球磨，使粉末間相互作用合成鐵氧體。后來(lái)人們慢慢發(fā)現(xiàn)該工藝還可制備納米復(fù)合材料[19]。Kim等[20]以三氧化二鐵和氧化鋅粉末為原料,通過(guò)高能球磨進(jìn)行機(jī)械化學(xué)合成,在室溫條件下成功合成鐵酸鋅納米材料。該工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、產(chǎn)能高、合成元素容易控制等優(yōu)點(diǎn),但該工藝總反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)、因此能耗較高、雜質(zhì)不宜分離、粉末分散性不好。

　　2.2溶膠-凝膠工藝

　　溶膠-凝膠工藝是將金屬化合物溶解于有機(jī)溶劑中,在通過(guò)水解、聚合等手段,形成含有金屬粒子的溶膠材料,再經(jīng)過(guò)陳化形成三維網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)的凝膠,然后在真空烘干箱中進(jìn)行低溫烘干處理,得到干凝膠,再對(duì)干凝膠進(jìn)行煅燒處理,進(jìn)而得到納米粉末。石曉波等[21]以氧化鐵、氧化鋅為原料，檸檬酸為配合劑,通過(guò)溶膠-凝膠工藝過(guò)程,從而制備出納米晶鐵酸鋅。張嘉等[22]采用溶劑熱的方法，在溫和的條件下制備出了結(jié)晶性好、分布均勻的中空鐵酸鋅納米微球。

　　該工藝生成的產(chǎn)品有較強(qiáng)的均勻性、易于實(shí)現(xiàn)高純化、工藝簡(jiǎn)單,生產(chǎn)周期短、反應(yīng)能耗低、具有較好的磁學(xué)性能。但該工藝也存在一定的缺點(diǎn)，如對(duì)原料要求高,有機(jī)溶劑有毒,低溫烘干時(shí)容易開裂等。未來(lái)溶膠-凝膠工藝發(fā)展的方向是尋找替代價(jià)格較高的金屬醇鹽的無(wú)機(jī)鹽，另外尋求無(wú)毒無(wú)污染的有機(jī)溶劑也是研究的焦點(diǎn)。

　　2.3水熱合成工藝

　　水熱合成工藝是在高溫高壓條件下，采用水為介質(zhì)制備無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料的一種較為傳統(tǒng)成熟的工藝。閆鑫等[23]采用硝酸鐵、硝酸鋅、氫氧化鈉的水溶液為原料進(jìn)行水熱合成法制備納米鐵酸鋅。Zhang等[24]以硫酸鋅和三氯化鐵為主要原料，氫氧化鈉為沉淀劑，硫酸鈉為分散劑，在403K下水熱反應(yīng)15h，制備出粒徑均勻的納米鐵酸鋅。

　　采用該工藝制備出的納米材料產(chǎn)物分散性好、粒徑分布均勻且較窄、純度高、形貌容易控制、不宜造成環(huán)境污染。但該工藝對(duì)原料純度要求較高,因此成本也高,水熱合成整個(gè)過(guò)程非可視不宜控制,只能通過(guò)檢測(cè)反應(yīng)產(chǎn)物來(lái)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)整，后期還需要進(jìn)一步改進(jìn)。

　　2.4焙燒法工藝

　　焙燒法是將兩種反應(yīng)物料按一定摩爾比換算成質(zhì)量比，稱取合適質(zhì)量簡(jiǎn)單混勻后倒入行星式球磨機(jī)的鋼罐中。并配上合適的鋼球進(jìn)行研磨來(lái)制備鐵酸鋅。徐明等[25]采用焙燒伐進(jìn)行了鐵酸鋅的制備研究，采用分析純的氧化鋅和三氧化二鐵為原料，研究了時(shí)間、溫度配比等條件對(duì)產(chǎn)物的影響。發(fā)現(xiàn)要獲得結(jié)晶度好、粒徑均勻、分散性好、純度高的鐵酸鋅的最優(yōu)條件為：反應(yīng)物等摩爾配比時(shí)，球磨預(yù)處理0.5h，焙燒溫度993K，焙燒時(shí)間1h。

　　采用焙燒法制備鐵酸鋅，焙燒溫度較高時(shí)，反應(yīng)速度較快，產(chǎn)物純度極高，反應(yīng)物結(jié)晶度較好，顆粒粒徑大分布不均勻，結(jié)晶冷卻過(guò)程固熔程度較高，難以磨細(xì)處理;焙燒溫度較低時(shí)，反應(yīng)過(guò)程緩慢，反應(yīng)產(chǎn)物成分復(fù)雜。

　　2.5共同沉淀工藝

　　共同沉淀工藝是納米材料最為經(jīng)典的制備工藝。其工藝流程是將加入沉淀劑反應(yīng)后的鹽溶液進(jìn)行熱加工處理得到納米材料的工藝。徐國(guó)財(cái)?shù)萚26]采用共同沉淀工藝對(duì)納米鐵酸鋅的制備進(jìn)行了研究，以乙酰丙酮鋅和三乙酰丙酮鐵為原料,采用該工藝制備出納米鐵酸鋅晶體材料后,用聚甲基丙烯酸甲酯對(duì)納米級(jí)鐵酸鋅進(jìn)行包裹,制備出納米鐵酸鋅與聚甲基丙烯酸甲酯的復(fù)合材料。

　　水解納米鐵酸鋅用于分散丙烯酸甲酯乳液聚合,聚合體系穩(wěn)定,乳膠粒子呈明顯的核殼球形分布。這說(shuō)明一步水解可以得到的尖晶石結(jié)構(gòu)納米鐵酸鋅粉體,且具有良好的水基分散性,為進(jìn)一步綠色化利用納米鐵酸鋅提供了參考。何濤[27]采用共同沉淀工藝和溶溶劑熱工藝相結(jié)合的方法制備出鐵酸鋅納米晶體，并對(duì)其結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了研究，最后，將納米級(jí)鐵酸鋅材料復(fù)合到紡織衣物表層，并對(duì)紡織衣物進(jìn)行防輻射性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其相比于沒(méi)有防輻射材料的衣物有較強(qiáng)的的防輻射特性。

　　采用共同沉淀工藝所制備的納米級(jí)鐵酸鋅具有活性好、分散性好等優(yōu)點(diǎn)，且過(guò)程工藝及設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、一般低溫情況下就可以實(shí)現(xiàn)、工業(yè)化前景廣闊。但該工藝所產(chǎn)生沉淀物一般為膠狀物，在后期處理方面存在困難,其次是粉體的團(tuán)聚難以有效克服,所造成的的后果是粒徑大小不均勻，這就直接影響后續(xù)的煅燒工序。

　　2.6金屬有機(jī)鹽熱分解工藝

　　金屬有機(jī)鹽熱分解工藝[28]采用其它易蒸發(fā)的溶劑(蒸餾水、乙醇等)與金屬原料配制成溶液,再將配置好的混合溶液噴入特定的高溫氣氛中,混合溶液中在高溫環(huán)境下金屬進(jìn)行熱分解的同時(shí)溶劑也隨之蒸發(fā),進(jìn)而直接得到純度較高的金屬氧化物粉末材料。

　　Yu等[29]通過(guò)該工藝以硝酸鎳、硝酸鐵為原料，蒸餾水和水為溶劑成功制備出粒徑均勻的納米鐵酸鎳粉末。該工藝在生產(chǎn)過(guò)程中容易根據(jù)試驗(yàn)需求通過(guò)控制反應(yīng)溫度、噴霧速度的工藝參數(shù)來(lái)達(dá)到目的。與其他工藝相比,采用該工藝制備的納米級(jí)材料比表面積大、分散性好、密度小、粉末燒結(jié)性優(yōu)異。此外,該工藝過(guò)程結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,反應(yīng)產(chǎn)物不需要進(jìn)行再次除雜提純處理,這就有效避免了不必要的污染,從而保證了產(chǎn)物的純度。但該工藝所產(chǎn)生的氣體具有較強(qiáng)腐蝕性，因此該工藝對(duì)設(shè)備的耐腐性能要求較高。

　　3結(jié)語(yǔ)

　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步以及新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，再加之鐵酸鋅近些年來(lái)的廣泛應(yīng)用，尋求一種節(jié)能高效的鐵酸鋅制備工藝成為廣大學(xué)者的研究焦點(diǎn)。但納米材料的制備過(guò)程中很容易發(fā)生團(tuán)聚，使其粒徑變大，所以在納米鐵酸鋅的制備過(guò)程中如何防止納米鐵酸鋅的團(tuán)聚，以及后續(xù)的保存問(wèn)題也值得我們?nèi)ミM(jìn)一步研究。同時(shí)，上述鐵酸鋅的制備工藝目前仍處于初級(jí)階段，要真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)鐵酸鋅還需要進(jìn)行不斷地研究。在未來(lái)的發(fā)展方向上，重點(diǎn)是開發(fā)新的鐵酸鋅制備工藝，完善較為成熟的工藝，加快其盡早實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

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