CN101819871A - 聚乙烯亚胺包覆的四氧化三铁磁性纳米颗粒及其合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及聚乙烯亚胺包覆的四氧化三铁磁性纳米颗粒，由下法制得：将水溶性三价铁盐加入到乙二醇中然后加入聚乙烯亚胺和醋酸盐，并放入密闭的反应釜中，在200～280℃条件下进行溶剂热反应5～60小时；分离出沉淀物；将得到的沉淀物用乙醇洗涤，烘干，得到黑色粉末状的聚乙烯亚胺包覆的四氧化三铁磁性纳米颗粒。本发明提供的方法不需要苛刻的设备条件、操作安全简便、原料简单且生产成本较低、工艺重现性好、可操作性强、反应条件简单、能够实现放大生产。所制备的Fe₃O₄磁性纳米颗粒具备结构性质稳定、粒径可调且粒径分布窄、磁性好、具有水溶性和生物相容性等优点。合成的产品能够在化学、生物、环境、医学等领域得到的广泛的应用。

Description

聚乙烯亚胺包覆的四氧化三铁磁性纳米颗粒及其合成方法

【技术领域】本发明涉及一种聚乙烯亚胺包覆的四氧化三铁磁性纳米颗粒及其合成方法，属于纳米材料技术领域。

【背景技术】目前，纳米材料引起了世界各国材料界和物理界的极大兴趣和高度重视，当物质的颗粒尺寸进入纳米级别时，便具有了许多的特性，例如小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，它们导致了纳米材料独特的光、电、热、磁、力学和化学性质，使纳米材料在新型能源材料、生态环境材料、功能涂层材料、高性能电子材料以及新型稀土材料等领域发挥着不可替代的作用。其中Fe₃O₄磁性纳米颗粒以其显著的磁效应、表面效应等，在磁流体、生物医药材料、信息材料、吸波材料等领域具有广阔的应用前景。

近年来，科研人员已经通过多种合成方法制备了Fe₃O₄磁性纳米颗粒，如机械球磨法、溶胶-凝胶法、共沉淀法等，并且还对合成方法进行了不断完善，同时也发展了许多新的合成方法，如微乳-水热法、超声沉淀法等。各种方法各有优缺点：液相共沉淀法具有操作简单、成本低等优点，但粒子粒径分布范围宽、比表面积较低、易团聚、重现性差；机械球磨法具有重现性好、操作简单的优点，但生产周期长、成本较高、粒子细化难以达到要求；乳化法虽然具有操作简单、成本低、比表面积高、不易团聚、重现性好等优点，但晶型结构不完整、晶体形貌不规则。

本发明的目的在于发展了一种聚乙烯亚胺(PEI)包覆的四氧化三铁(Fe₃O₄)磁性纳米颗粒溶剂热合成的方法。所制备的Fe₃O₄磁性纳米颗粒具备结构性质稳定，粒径可调且粒径分布窄，磁性好等优点。该方法原料简单、生产成本低、工艺重现性好、可操作性强、能够实现放大生产，可以用于化学、生物、环境、医学等领域。

【发明内容】本发明的目的是解决现有磁性纳米颗粒易团聚、重现性差、粒径分布范围宽、成本较高等缺点，提供一种聚乙烯亚胺(PEI)包覆的四氧化三铁磁性纳米颗粒及其合成方法。该方法简便且生产成本较低、工艺重现性好、反应条件简单；所制备的四氧化三铁(Fe₃O₄)磁性纳米颗粒结构性质稳定、粒径分布较窄、磁性好。

本发明提供的技术方案是：

聚乙烯亚胺包覆的四氧化三铁磁性纳米颗粒的合成方法，包括如下步骤：

(a)将水溶性三价铁盐加入到乙二醇中，配制成浓度为2.7～54g/L的澄清溶液；

(b)在上述步骤(a)得到的溶液中加入聚乙烯亚胺和醋酸盐，使得聚乙烯亚胺的浓度和醋酸盐的浓度分别为2～200g/L和7.2～720g/L；

(c)将上述步骤(b)得到的溶液搅拌使其混合均匀，然后放入密闭的反应釜中，在200～280℃条件下进行溶剂热反应5～60小时；分离出沉淀物；

(d)将步骤(c)得到的沉淀物用乙醇洗涤，在温度为50～80℃的烘箱中烘干，得到黑色粉末状的聚乙烯亚胺包覆的四氧化三铁磁性纳米颗粒。

所述水溶性三价铁盐为硝酸铁、硫酸铁或者氯化铁等。

所述醋酸盐为醋酸钠、醋酸钾或醋酸镁。

本发明还提供了由上述方法所制备的聚乙烯亚胺包覆的四氧化三铁磁性纳米颗粒。

本发明的优点和积极效果：

本发明提供的方法不需要苛刻的设备条件、操作安全简便、原料简单且生产成本较低、工艺重现性好、可操作性强、反应条件简单、能够实现放大生产。所制备的Fe₃O₄磁性纳米颗粒具备结构性质稳定、粒径可调且粒径分布窄、磁性好、具有水溶性和生物相容性等优点。合成的产品能够在化学、生物、环境、医学等领域得到的广泛的应用。

【附图说明】

图1为本发明实施例1制得的产品的透射电镜图；

图2实施例1制得的产品在水中的分散图；

图3实施例1制得的产品的磁响应图；

图4为本发明实施例2制得的产品的透射电镜图；

图5实施例2制得的产品在水中的分散图；

图6实施例2制得的产品的磁响应图；

图7为本发明实施例3制得的产品的透射电镜图；

图8实施例3制得的产品在水中的分散图；

图9实施例3制得的产品的磁响应图。

【具体实施方式】

实施例1

(a)将氯化铁加入到乙二醇中，配制成浓度为30g/L的澄清溶液；

(b)在上述含有30g/L氯化铁的乙二醇溶液中加入20g/L的PEI(平均分子量8000)和10g/L的醋酸钠；

(c)将上述步骤(b)得到的溶液通过磁子搅拌1小时，使其混合均匀，将溶液放入密闭的反应釜中，在200℃条件下进行溶剂热反应，加热10小时。

(d)将得到的产品用乙醇洗涤3次，在温度为50℃的烘箱中烘干，得到黑色粉末状的Fe₃O₄磁性纳米颗粒。

从实施例1制得样品的透射电镜图1可以看出，Fe₃O₄磁性纳米颗粒粒径为500nm，具有良好的单分散性，且粒径大小均一；从实施例1制得的产品在水中的分散图2可以看出，由于Fe₃O₄磁性纳米颗粒表面包有PEI，所以具有很好的水溶性；从实施例1制得的产品的磁响应图3可以看出，该产品具有很好的磁性。

实施例2

(a)将硫酸铁加入到乙二醇中，配制成浓度为10g/L的澄清溶液；

(b)在含有10g/L硫酸铁的乙二醇溶液中加入100g/L的PEI(平均分子量8000)和200g/L的醋酸镁；

(c)将上述步骤(b)得到的溶液通过磁子搅拌1小时，使其混合均匀，将溶液放入密闭的反应釜中，在220℃条件下进行溶剂热反应，加热20小时。

(d)将得到的产品用乙醇洗涤4次，在温度为60℃的烘箱中烘干，得到黑色粉末状的Fe₃O₄磁性纳米颗粒。

从实施例2制得样品的透射电镜图4可以看出，Fe₃O₄磁性纳米颗粒粒径为300nm，具有良好的单分散性，且粒径大小均一；从实施例2制得的产品在水中的分散图5可以看出，由于Fe₃O₄磁性纳米颗粒表面包有PEI，所以具有很好的水溶性；从实施例2制得的产品的磁响应图6可以看出，该产品具有很好的磁性。

实施例3

(a)将硝酸铁加入到乙二醇溶液中，配制成浓度为3g/L的澄清溶液；

(b)在上述含有3g/L硝酸铁的乙二醇溶液中加入150g/L平均分子量为8000的PEI和400g/L的醋酸钾；

(c)将上述步骤(b)得到的溶液通过磁子搅拌1小时，使其混合均匀，将溶液放入密闭的反应釜中，在250℃条件下进行溶剂热反应，加热50小时。

(d)将得到的产品用乙醇洗涤多次5次，在温度为80℃的烘箱中烘干，得到黑色粉末状的Fe₃O₄磁性纳米颗粒。

从实施例3制得样品的透射电镜图7可以看出，Fe₃O₄磁性纳米颗粒粒径为60nm，具有良好的单分散性，且粒径大小均一；从实施例3制得的产品在水中的分散图8可以看出，由于Fe₃O₄磁性纳米颗粒表面包有PEI，所以具有很好的水溶性；从实施例3制得的产品的磁响应图9可以看出，该产品具有很好的磁性。

Claims (4)

1.聚乙烯亚胺包覆的四氧化三铁磁性纳米颗粒的合成方法，其特征在于包括如下步骤：

(a)将水溶性三价铁盐加入到乙二醇中，配制成浓度为2.7～54g/L的澄清溶液；

(b)在上述步骤(a)得到的溶液中加入聚乙烯亚胺和醋酸盐，使得聚乙烯亚胺的浓度和醋酸盐的浓度分别为2～200g/L和7.2～720g/L；

(c)将上述步骤(b)得到的溶液搅拌使其混合均匀，然后放入密闭的反应釜中，在200～280℃条件下进行溶剂热反应5～60小时；分离出沉淀物；

(d)将步骤(c)得到的沉淀物用乙醇洗涤，在温度为50～80℃的烘箱中烘干，得到黑色粉末状的聚乙烯亚胺包覆的四氧化三铁磁性纳米颗粒。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述水溶性三价铁盐为硝酸铁、硫酸铁或者氯化铁。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述醋酸盐为醋酸钠、醋酸钾或醋酸镁。

4.由权利要求1方法所制备的聚乙烯亚胺包覆的四氧化三铁磁性纳米颗粒。

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