氧化铁的多种应用

概述^[1]

氧化铁是一种红色至黑色粉末或块状物，不溶于水，溶于盐酸、硫酸。在高温能被一氧化碳或氢还原成铁。有α、γ和δ三种变体：其中α-Fe₂O₃为六方晶体，有顺磁性，在自然界中以赤铁矿形式存在，由硝酸铁或草酸铁加热而得。氧化铁是一种低级红色颜料，工业上称“氧化铁红”，用于油漆、油墨、橡胶、陶瓷、玻璃等工业，也可用作催化剂、抛光剂和饲料添加剂等。

应用^[2-3]

1.在磁性材料中的应用

磁性氧化铁粒子由于其特殊的超顺磁性，在巨磁电阻、磁性液体和磁记录、软磁、永磁、磁致冷、巨磁阻抗材料以及磁光器件、磁探测器等方面具有广阔的应用前景。磁性纳米微粒由于尺寸小，具有单磁畴结构、矫顽力很高的特性，用它制作磁性记录材料可以提高信噪比，改善图像质量。目前，录像磁带一般使用针状铁或氧化铁磁性超微粒，而纳米氧化铁是新型磁记录材料。纳米氧化铁在高磁记录密度方面有优异的性能，记录密度约为普通氧化铁的10倍。利用铁基纳米材料的巨磁阻抗效应制备的磁传感器已经问世，包覆了超顺磁性纳米微粒的磁性液体也被广泛用在宇航和部分民用领域作为长寿命的动态旋转密封。软磁铁氧体在无线电通讯、广播电视、自动控制、宇宙航行、雷达导航、测量仪表、计算机、印刷、家用电器以及生物医学领域均得到了广泛应用。

2.在颜料领域中的应用

氧化铁作为颜料广泛用于高档汽车涂料、建筑涂料、防腐涂料、粉末涂料，是较好的环保涂料，全世界氧化铁系颜料的年用量超过100万t，仅次于钛白，居无机颜料的第二位。用氧化铁作为颜料，既保持了一般无机颜料良好的耐热性、耐候性和吸收紫外线等优点，又能很好地分散在油性载体中，用它调制的涂料或油墨具有令人满意的透明度。利用具有半导体特性的氧化铁等做成涂料，由于具有较高的导电特性，能起到静电屏蔽作用。将能吸收某些波长光线的透明氧化铁颜料包覆在干涉型的珠光颜料上，如与闪光铝浆混用便形成一种组合颜料。用这种组合效应颜料制成的轿车闪光漆，在正视或侧视时不仅看到颜色在透明度、饱和度或色调上有差异，而且会看到真正不同的颜色，即所谓的双色效应。这种漆具有很鲜艳的色彩，双色效应给人以丰满和富丽堂皇的质感，而且保色、保光性良好。氧化铁是玻璃生产中常用的着色剂。由于铁在玻璃中的价态和配位均易变化，氧化铁对玻璃的着色规律复杂。

3. 在催化领域中的应用

氧化铁粉体粒子具有巨大的比表面，表面效应显著，是一种很好的催化剂。由于氧化铁粒子细小，表面所占的体积百分数大，表面的键态和电子态与颗粒内部不同，表面原子配位不同等导致表面的活性位增加。用纳米氧化铁粒子制成的催化剂的活性、选择性都高于普通的催化剂，且寿命长、易操作。纳米半导体比常规半导体的光催化活性高得多，主要是由于量子尺寸效应使其导带和价带能级变成分立能级，能隙变宽，导带电位变得更负，而价带电位变得更正，这意味着纳米半导体粒子具有更强的氧化和还原能力，纳米半导体FeO3粒子的粒径小，光生载流子比粗颗粒更容易通过扩散从粒子内迁移到表面，有利于获得或失去电子，促进氧化和还原反应。将用纳米氧化铁做成的空心小球，浮在含有有机物的废水表面上，利用太阳光进行有机物的降解可加速废水处理过程。

4.在生物医学及其它领域中的应用

纳米氧化铁在药用胶囊、药物合成、生物医学技术等领域发挥着重要的作用。将氧化铁纳米粒子制成药物载体，通过静脉注射到动物体内，在磁场作用下通过纳米微粒的磁性导航，使其移动到病变部位可达到定向治疗的目的。德国柏林沙里特临床医院的专家们，借助磁性纳米微粒治疗癌症，在动物实验中取得了较好的疗效。将纳米氧化铁微粒注入肿瘤内，并使患者处于可变磁场中接受磁场影响让肿瘤内的纳米氧化铁微粒升温至45~47℃并杀死癌细胞，但不至伤及周围的正常组织。此外，用纳米氧化铁制成表面功能化磁性微球，应用于核酸分离与固定化酶中。纳米氧化铁除了在磁性材料、颜料、催化领域、生物医学领域得到应用外，在其它领域中也有广泛的应用前景。例如，纳米级氧化铁对Cr(VI)具有较好的吸附作用，吸附效率高，吸附时间短，而且可以回收并重复使用，对于处理环境污水中的Cr(VI)，具有一定的应用价值；用纳米氧化铁制成的气敏材料，具有响应速度快、选择性强、灵敏度高、稳定性好等特点。

主要参考资料

[1] 化学词典

[2] 氧化铁的制备方法及其应用

[3] 纳米氧化铁的制备方法及其应用