2,2'-联喹啉及其衍生物作为重要的有机原料,广泛用于医药、检测、光电材料等领域。它的化学式为C18H12N2,分子式为256.3013,常温常压下表现为白色晶体,在空气中放置约24h后,逐渐变为淡黄色粉末。
2,2'-联喹啉联喹啉可与多种金属形成共轭体系的金属配合物,在微量金属的检测和含量的测定领域有着广泛的应用。例如,2,2'-联喹啉与一价铜离子反应呈紫色,是测定亚铜的高选择性试剂,故又被称为亚铜试剂。实验研究了Cu(I)-2,2′联喹啉-溴酚蓝络合物的萃取及分解反应,利用分解游离的溴酚蓝水相可以间接测定铜含量,ε由2.02×10^4增至5.32×10^4,提高2.7倍,0.4~8μg.ml^-1的铜服从比耳定律,方法灵敏选择性高。
除此之外,由2,2'-联喹啉和相应盐制备的2,2'-联喹啉-4,4'-二甲酸二钠还是优良的蛋白质检测试剂。2,2'-联喹啉的衍生物作为有机发光件的掺杂剂,在光导,光电转换,光电化学催化,光敏,气敏等方面也有重要的应用价值,显示了良好的应用前景。
将取代的甲基喹啉与单质碘预先进行接触反应,得到接触后的中间体,再将接触后的中间体在碳酸钾的催化下与芳环和醛进行接触,即得到2,2'-联喹啉类化合物。本发明的制备方法采用廉价易得的原料,制备方法简单,反应条件温和,采用一锅法合成路线短,收率高达81.0%,为工业上制备此类化合物提供了一种可行的方法。
以喹啉为原料,Pd/C为催化剂,在水和聚乙二醇体系溶剂中,于80~140℃反应4~20h,反应液后处理得2,2′-联喹啉。所述的水和PEG体系溶剂中聚乙二醇和水的质量比为0.2~2:1;所述Pd/C催化剂Pd担载量为1%~10%;所述聚乙二醇为分子量在400~6000的聚乙二醇;所述的Pd/C催化剂质量与喹啉的质量比为0.1~1:1;所述的水/聚乙二醇体系溶剂的用量和喹啉的质量比为3~10:1。本合成方法原料成本低,操作简单,收率高,对环境污染小,有利于工业化生产。
[1]YS/T 1047.1-2015,铜磁铁矿化学分析方法 第1部分:铜量的测定2,2′-联喹啉分光光度法和火焰原子吸收光谱法[S].
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[4]祝艳平,梁菲菲,王文静,等.一种2,2'-联喹啉类化合物及其一锅制备方法:CN202010465462.6[P].CN111533689A.
[5]华 董,文 裴.一种2,2′-联喹啉的合成方法.2008.
沉淀经干燥或灼烧后所得的重量被称为称量形式的重量。可以使用以下公式计算被测组分的含量:
被测组分 | 沉淀形式 | 称量形式 | 化学因素 |
Fe | Fe(OH)3·XH2O | Fe2O3 | 2Fe/Fe2O3 |
SO42- | BaSO4 | BaSO4 | SO42-/BaSO4 |
MgO | MgNH4PO4 | Mg2P2O7 | 2MgO/Mg2P2O7 |
P2O5 | MgNH4PO4 | Mg2P2O7 | P2O5/Mg2P2O7 |
引言:
氧化铁黑是一种常用的无机颜料,具有优异的着色性能和耐候性,在建筑、涂料和塑料等领域被广泛应用。
1. 什么是氧化铁黑?
作为一种重要的无机彩色颜料,铁系颜料年产量在无机彩色颜料市场中占据首要地位。随着全球环保意识的增强,无机铁系颜料的无毒、无嗅、无污染等特点,逐渐取代了有机颜料以及铅系列、铬系列等有毒无机颜料,成为首选。氧化铁颜料主要用于建筑行业中的酚醛防锈漆填料和重防腐涂料底漆。在橡胶、塑料着色中,不仅起到补强老化的作用,还能保护有机物免受紫外光降解影响。此外,它也被广泛应用于人造大理石、陶瓷和水泥地面的着色。
氧化铁黑分子式为Fe3O4,CAS号为1309-38-2。氧化铁黑为黑色粉末,是Fe2O3和FeO的加成物,不溶于水,具有磁性,着色力和遮盖力很高。氧化铁黑作为工业原料,在水彩、油墨中用量也很大,复印机专用的磁性碳粉就是针形氧化铁黑。另外,氧化铁黑因其无毒、无污染等特点,法国、日本还用于高级化妆品的生产。在当代电气化和信息化社会中,磁性材料的应用非常广泛,四氧化三铁作为一种多功能磁性材料,在肿瘤的治疗、微波吸收材料、催化剂载体、细胞分离、磁记录材料、磁流体、医药等领域均已有广泛的应用,具有广阔的发展前景。氧化铁黑的结构如下图所示:
2. 氧化铁黑的性质
氧化铁黑,又称磁铁矿 (Fe3O4),是一种由铁和氧形成的天然矿物。它是磁性最强的氧化铁,具有多种工业用途。以下是其一些主要特性:
(1)化学特性
化学式:Fe3O4黑色矿物,黑色条纹
粉末状可溶于盐酸
在 1538℃时分解为氧化铁
(2)物理特性
颜色:黑色或深棕色
光泽:金属光泽至暗淡
晶系:等轴晶系
熔点:1538℃(lit.)
密度:4.8-5.1 g/mL at 25℃(lit.)
比重:1.19
磁性:强磁性
3. 氧化铁黑的用途
(1)氧化铁黑在陶瓷应用中用作铁的来源,特别是在价格和黑色原色很重要的上釉中。氧化铁在高温下烧制后为釉料提供颜色。可提供高纯度、低重金属含量的等级。
(2)黑色铁粉还用作各种非陶瓷产品的着色剂。
(3)一些氧化铁颜料广泛用于化妆品领域。它们被认为是无毒、防潮和不渗色的。被评为化妆品安全等级的氧化铁是合成生产的,以避免包含天然氧化铁中通常存在的杂质。
(4)氧化铁黑也用于防腐目的。氧化铁黑还用于防腐涂料(用于许多桥梁和铁塔)。
(5)氧化铁在磁共振成像中用作造影剂,以缩短质子弛豫时间(T1、T2 和 T2)。超顺磁性造影剂由水不溶性结晶磁芯组成,通常是磁铁矿 (Fe3O4)。平均核心直径范围为 4 至 10 纳米。该结晶核心通常被一层糊精或淀粉衍生物包裹。颗粒的总尺寸表示为平均水合颗粒直径。
4. 生产和制造
目前, 氧化铁黑的制备方法有共沉淀法、直接合成法、氢氧化亚铁氧化法、氨法氧化法、苯胺法、铁黄还原法、水热法等。共沉淀法制备氧化铁黑是指在含有Fe3+与Fe2+离子的溶液中加入沉淀剂, 将铁离子均匀沉淀出来, 再将沉淀物脱水得到目标产物, 是一种常用的材料制备方法。
(1)加成法
先将硫酸亚铁溶液与液碱(NaOH)混合,反应生成Fe(OH)2,再按比例加入适量铁黄下脚料(Fe2O3),在95~100℃进行加成反应(反应时间约6~8 h)生成铁黑。
中国上规模的老厂都是用加成法,在反应过程中分段加入铁黄下脚料,反应过程中不用鼓空气氧化,反应时间较长,耗能大,产品着色力浅。
(2)沉淀氧化法
将经过净化的硫酸亚铁溶液与液碱中和后,生成Fe(OH)2,随后升温至85~95℃,同时通入空气氧化(同时起搅拌作用),制备氧化铁黑浆料,再经过过滤、洗涤、干燥、细磨和拼混步骤制得氧化铁黑产品。这种直接氧化方法对传统加成法构成一种创新,其产品着色性能优于加成法,但因液碱用量大且价格较高,生产成本相对较高。
(3)氨法
将氨水加入净化后的硫酸亚铁溶液中,控制溶液pH在9~10左右,制得含Fe(OH)2和(NH4)2SO4的胶状液。然后升温至70~80℃,同时通入空气氧化(兼起搅拌作用)制得氧化铁黑料浆,再经过滤、洗涤、干燥、细磨、拼混得氧化铁黑产品;滤液经蒸发可制硫铵。虽然该法所制得的铁黑质量能达到国家一级品标准,生产成本有所降低,副产品(NH4)2SO4可以回收作肥料,但由于在生产过程中难免会造成溶液中游离氨的挥发,因而具有一定的环境污染,在环保要求越来越高的今天,该法将会受到一定的制约。
5. 结论
氧化铁黑作为一种重要的无机彩色颜料,在各个领域中发挥着重要作用。其优异的性能和广泛的应用前景,使其成为颜料行业中不可或缺的一部分。随着技术的不断发展和需求的不断增加,氧化铁黑必将继续在各个领域中展现出其卓越的表现,为人们生活和工作带来更多的色彩和美感。
参考:
[1]刘吉军,李明玉,卢峰,等. 共沉淀法制备氧化铁黑的影响因素研究 [J]. 现代化工, 2018, 38 (02): 139-143. DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2018.02.033.
[2]朱井安. 氧化铁黑生产工艺的优化 [J]. 广东化工, 2012, 39 (13): 55-57.
[3]https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Iron-Oxide-Black
[4]https://iron-powder.com/black-iron-oxide/
氧化铁黑是一种广泛应用的颜料,具有优异的性能和多样的用途。其在涂料、建筑材料、橡胶制品等领域发挥重要作用。
简介:
氧化铁黑简称铁黑,分子式Fe3O4,化学名四氧化三铁。氧化铁黑是天然的吗?氧化铁黑是一种天然存在的矿物。天然黑色氧化物的来源通常是来自一种叫做磁铁矿的铁矿石。磁铁矿,也称为磁石,是一种亚铁氧化物(氧化铁),颜色沉重、黑色且不透明。理论上,氧化铁黑比红色氧化物含有的铁金属略多,但远不及黄色氧化物。天然矿物可能含有不同数量的锰、硫、粘土和二氧化硅。
1. 性质
铁黑颜料为黑色或红黑色无定形粉末,理论FeO量质量分数为31.3%,密度为5.24g/cm3。Fe3O4结晶为立方晶体,具有尖晶石结构,尖晶石的晶格是一个较复杂的面心立方结构,每个晶胞容纳24个阳离子和32个氧离子,相当于8个Fe3O4的分子式,阳离子分布为Fe(Ⅲ) A[Fe(Ⅱ)Fe(Ⅲ)] B,A为正四面体位,B为正八面体位,晶格常数a=8.396?。下图为Fe3O4 1/8晶胞结构图。
Fe3O4是亚铁磁体,其正四面体位的三价铁离子和正八面体位的三价铁离子
的磁矩都为5μB,两个三价铁离子反平行排列使他们的磁矩互相抵消,因而Fe3O4的磁化强度只有二价铁离子的贡献。Fe3O4在室温下具有最高的磁矩4μB,室温下理论比磁饱和强度为92A·m2/kg,磁晶各向异性常数K1= -1.1×105尔格/厘米3,K2=-2.8×105尔格/厘米3,居里温度为585℃,电阻率为4×10-3?·cm。
2. 氧化铁黑有什么用途?
氧化铁颜料作为一种常用的化工原料,以其广泛的色谱、无毒、价格适中、耐磨、耐火等特性而受到广泛应用。主要用于建筑材料、涂料、塑料、橡胶、陶瓷、玻璃、油墨、美术颜料、化妆品、催化剂、造纸、医药、食品包装、磁性记录材料和饲料添加剂等工业领域。氧化铁颜料的用途涵盖了从混凝土着色到高级汽车漆的黑色颜料,应用等级从底漆级到食品级不等,具有多种不同档次的用途。
氧化铁颜料作为重要的无机彩色颜料,其年产量居无机彩色颜料之首。由于世界环保意识的加强,氧化铁颜料以其无毒、无嗅、无污染等特点不断取代有机颜料及红丹、铅铬黄等铅系列、铬系列有毒的无机颜料。从整个世界的消费领域来看,建筑材料是氧化铁颜料的最大用户,约占市场总需求的一半,涂料方面用量占约28%,仅此两项就大约占了总用量的80%,塑料、橡胶、造纸、玻璃和陶瓷占6%,其它方面占14%。中国的消费结构与此略有不同,涂料方面用量占主导地位,达50%以上,建筑方面约占30%。
3. 氧化铁黑的工业用途
氧化铁黑颜料是一种功能多样的黑色颜料,具有出色的耐火性、耐碱性和耐光性,因此在建筑领域的地板、墙壁、人造大理石和混凝土等方面被广泛应用于涂料和着色剂。在混凝土中的使用量可达5~8%。该颜料具有良好的防锈和防腐性能,遮盖力强,着色效果明显,和其他涂料成分相容性良好,能有效吸收紫外线。因此,它被广泛用于各类户外漆、交通涂料、金属防锈底漆和面漆中。经过超细处理制成透明铁黑后,也适用于汽车面漆、木材着色、罐头涂料、医药包装器着色。此外,铁黑颜料对橡胶制品具有增强防老化的作用,在热硫化反应中不会受硫磺或硫化氢的影响,因而在各类橡胶制品中广泛添加,包括各种内胎、模型、皮具和硬质制品等。在塑料制品中也有相应的应用,尤其适用于热稳定性要求不太高的成型工艺产品中。
4. 化妆品和个人护理中的氧化铁黑
(1)在化妆品和护肤品中的用途
氧化铁被广泛应用于化妆品和美容产品中,因为其天然色彩丰富、持久耐用的特性而备受青睐。由于氧化铁具有天然的抗潮性,使得涂抹后的颜色不易晕染和渗色,从而提高了化妆品的使用体验。在护肤品中,氧化铁还具有防晒的作用,能够有效抵御有害紫外线,使其成为防晒霜、有色保湿霜和矿物化妆品中的理想成分,既提供色彩效果又具备天然防晒保护功能。
与防晒类似,氧化铁为皮肤提供的天然屏障也可以保护我们的肤色免受污染、烟雾和压力气候等环境侵害。
氧化铁含有抗氧化特性,可以中和自由基,减少皮肤的氧化应激。这有助于防止过早衰老,减少炎症,并促进整体皮肤健康。
(2)监管考虑和安全方面
氧化铁黑是经 FDA 批准的色素添加剂,但无需批次认证。它可安全用于一般化妆品着色,包括用于眼部的化妆品,用量符合良好生产规范。
5. 食品工业中的氧化铁黑
在2015年3月20日,红色、黄色和氧化铁黑获得了FDA批准,作为“免认证”(即天然)食品色素,适用于软糖、硬糖、薄荷糖和口香糖的生产。在欧洲,氧化铁多年来已被广泛用于食品领域,并表现出极高的稳定性。这些色素对于酸、热、光、水分、油、氧气或pH值变化均不会发生化学或物理反应。因此,考虑到不同的工艺变量,这使氧化铁成为糖果应用的理想选择之一。
氧化铁不仅与其他天然颜色相比非常经济,而且由于其强大的着色力,与合成颜色相比也非常经济,从而降低了使用成本。只要符合 GMP(良好生产规范),使用量是自限的。氧化铁具有与合成色淀相似的电镀特性,这使得它们非常适合用于压缩片剂和复合涂层。此外,这些颜料还非常适合用于糖衣、硬糖、软糖、甘草和口香糖。
6. 氧化铁黑的环境应用
最近,许多研究人员被磁性氧化铁基纳米结构的环境应用所吸引。这些纳米颗粒已被证明具有去除有机和无机污染物的巨大潜力。尽管氧化铁基纳米结构的应用仍存在一些尚未解决的不确定性,但合成的氧化铁基纳米结构有望成为实验和现场水平上去除水、土壤和空气中各种污染物的有益工具。此外,氧化铁基纳米结构在原位应用方面表现出极大的灵活性。已经合成了支持和催化纳米颗粒的改性氧化铁基纳米结构,以进一步提高修复纳米颗粒的速度和功效 (Faraji et al., 2010)。Tran et al. (2011) 证明氧化铁基纳米结构可以作为一种出色的吸附剂,去除污染水中的铅和砷等有毒金属。
7. 氧化铁黑的艺术和装饰用途
氧化铁黑因其深沉、丰富的颜色而备受推崇,在艺术领域有着广泛的应用。从古典绘画和壁画到现代设计项目,艺术家和工匠都充分利用了它的多功能性。这种颜料经久不衰的受欢迎程度不仅源于其强大的美学影响力,还源于它能够与其他颜色混合,创造出广泛的色调,让各种艺术学科都能自由发挥创意。
氧化铁黑颜料化学成分简单,化学稳定性强。在远古时代的岩洞壁画中,我
们的祖先就懂得用这一古老的颜料,经过千百年的风吹雨打,铁黑颜料仍可保持其性质。在近代油漆涂料中,铁黑颜料更是被大量应用。
8. 未来研究
据报道,目前氧化铁黑颜料既有新产品的研制开发,也有老品种在性能
方面的不断改进,其主要的科研方向有:
(1)以表面活性剂、高分子化合物、金属氧化物及其盐类等与氧化铁黑颜料表面官能团相互作用的形式来改进其应用性能。这种方法可以改善颜料表面的润湿性,提升颜料的分散性和稳定性。过去,铁黑颜料的种类有限,但现在推出了一系列具有高着色力和高黑度的新型铁黑颜料。举例来说,加入柠檬酸作为添加剂,可以生产出有效粒径小、粒径分布窄、着色效果良好的氧化铁黑颜料。聚乙二醇作为添加剂,则能制得色相优良、粒径较小且具有出色着色力的氧化铁黑颜料。
(2)超微细氧化铁黑颜料越来越受到重视和欢迎,因为它们在无机颜料中
具有极高的强辐射和紫外线吸收功能。
9. 结论
氧化铁黑作为一种多功能颜料,在涂料、建筑材料、橡胶制品等领域具有广泛的应用前景。随着技术的进步和需求的不断增长,相信氧化铁黑将继续发挥其重要作用,并为各行业的发展注入新的活力。
参考:
[1]https://www.naturalpigments.com/natural-black-oxide-dispersion.html
[2]https://sensientfoodcolors.com/en-us/confection/iron-oxides-approved-by-the-fda/
[3]https://makingcosmetics.com/PGIO-IOBL-01.html?lang=en_US
[4]https://lamav.com/blogs/articles/what-s-in-my-skin-care-iron-oxide
[5]https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9533193/
[6]李雁.硫铁矿废水制备铁黑颜料的研究[D].浙江工业大学,2010.