CN102092795A - 有机高分子修饰的四氧化三铁多级球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有机高分子修饰的四氧化三铁多级球的制备方法，制备步骤如下：以有机高分子为修饰剂，以多元醇为反应溶剂，采用溶剂热制备四氧化三铁多级球。首先将铁盐和有机高分子溶于多元醇中，制备反应液，然后将制备好的反应液进行溶剂热处理，控制温度及反应时间，即可得到尺寸和形貌规则的四氧化三铁多级球。本发明的制备方法简单，可操作性强。由于采用有机高分子为修饰剂，使得四氧化三铁的纳米晶体在生长和聚集过程中得到很好的控制，对四氧化三铁纳米粒子起到了较好的保护作用，使之作为初级单元的四氧化三铁尺寸小，均匀性好。另外，由于有机高分子具有丰富的官能团，使得初级单元的四氧化三铁能自聚集成多级结构的球结构。

Description

有机高分子修饰的四氧化三铁多级球的制备方法
技术领域
本发明涉及一种四氧化三铁多级球的制备方法，特别是涉及一种有机高分子修饰的四氧化三铁多级球的制备方法。
背景技术
具有特殊形貌、尺寸和层次的微/纳米材料在基础科学研究和实际应用中具有重要的意义，已受到了人们广泛的关注。而由低维纳米材料作为初级结构单元组装的多级结构更是研究的重点。因此，设计和制备具有特殊形貌、尺寸的多级结构微/纳米材料是多级结构材料研究的重要课题之一。其中，溶剂热法不但使反应物的溶解、分散过程及化学反应活性大为增强，使反应能够在较低的温度下发生；而且由于反应体系化学环境的特殊性，可能形成以前在常规条件下无法得到的亚稳相；其过程相对简单，易于控制，并且在密闭体系中可以有效地防止有毒物质的挥发，可以制备对空气敏感的前驱体和目标产物；由于有机溶剂具有低沸点，因此在同样的条件下，它们可以达到比水热合成更高的气压，从而有利于产物的结晶。另外，物相的形成与粒径的大小、形态也能够有效控制，而且产物的分散性好。
四氧化三铁(Fe3O4)是一种重要的过渡金属氧化物。磁性四氧化三铁球作为一种新型的功能材料，具有良好的磁学性能，在磁记录材料、磁性液体、传感器、催化剂载体、永磁材料、颜料、雷达波吸波材料等方面都有着广阔的应用前景。目前的制备方法主要是用高分子材料包埋法，即将磁性微粒分散在高分子溶液中，通过雾化、沉积、蒸发或喷珠等方法得到磁性高分子球，从而制得磁性的纤维素、淀粉、琼脂糖、壳聚糖和聚乙烯醇。采用此法制备的磁性球表面本身含有各种活性功能基团，可直接偶联所需配基，但是也存在着合成工艺复杂、成本较高、磁性球大小难以控制、粒度分布较宽、形状不规则等缺点，严重影响了磁球的进一步应用。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种以有机高分子为修饰剂的溶剂热一步制备四氧化三铁多级球的方法，工艺简单，生产成本低。所得的四氧化三铁多级球由初级单元组装而成，稳定性好，且表面修饰含有大量的活性功能基团，能进一步满足生产和应用的需求。
为实现这样的目的，在本发明的技术方案中，以有机高分子为修饰剂，以多元醇为反应溶剂，采用溶剂热制备四氧化三铁多级球。首先将铁盐和有机高分子溶于多元醇中，制备反应液，然后将制备好的反应液进行溶剂热处理，控制温度及反应时间，即可得到尺寸和形貌规则的四氧化三铁多级球。
本发明提供一种有机高分子修饰的四氧化三铁多级球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、化学反应液的配制：
按重量份计，将1份铁盐和2-20份有机高分子溶于100份多元醇中，在30-80℃温度下，充分搅拌配制成反应液；
第二步、四氧化三铁多级球的合成：
将第一步制得的反应液转入带有聚四氟乙烯内胆的高压反应釜，在140-200℃下，反应12-72小时，反应结束后，反应釜自然冷却到约60℃，加入5毫升的甲醇，将产物过滤，用无水乙醇洗涤数次，真空抽干，即获得有机高分子修饰的四氧化三铁多级球；
所述的铁盐为六水合氯化高铁，或醋酸铁，或乙酰丙酮铁；
所述的有机高分子为聚丙烯酸，或聚乙烯吡咯烷酮，或两端羧基化的聚乙二醇，或壳聚糖；
所述的多元醇为乙二醇，或丙三醇，或二乙二醇。
由于采用有机高分子为修饰剂，使得四氧化三铁的纳米晶体在生长和聚集过程中得到很好的控制，对四氧化三铁纳米粒子起到了较好的保护作用，使之作为初级单元的四氧化三铁尺寸小，均匀性好。另外，由于有机高分子具有丰富的官能团，使得初级单元的四氧化三铁能自聚集成多级结构的球结构。通过修饰剂的选择可以提高四氧化三铁纳米材料的生物相容性；溶剂热法可以大幅提高有机高分子在溶剂中的溶解性能。本发明的制备方法简单，可操作性强，能进一步满足生产和应用的需求。
附图说明
图1为本发明实施例1所制得的有机高分子修饰的四氧化三铁多级球的扫描电镜照片。
图2为本发实施例2所制得的有机高分子修饰的四氧化三铁多级球的扫描电镜照片。
图3为本发实施例3所制得的有机高分子修饰的四氧化三铁多级球的扫描电镜照片。
图4为本发实施例4所制得的有机高分子修饰的四氧化三铁多级球的扫描电镜照片。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限制本发明的范围。
实施例1
第一步、在一个50毫升的烧瓶中，将1份醋酸铁、10份聚乙烯吡咯烷酮加入到20毫升的二乙二醇中，加热到60℃并保持30分钟，充分搅拌配制成反应液。
第二步、将第一步制备的反应液转入带有25毫升聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，在140℃反应24小时后，反应釜自然冷却到约60℃，加入5毫升的甲醇，将产物过滤，用无水乙醇洗涤数次，真空抽干样品，即获得尺寸和形貌规则的有机高分子修饰的四氧化三铁多级球。
图1是实施例1制备的有机高分子修饰的四氧化三铁多级球的扫描电镜照片。由图可见，四氧化三铁为球形结构，尺寸约为250nm。仔细观察可知，四氧化三铁球形结构是由初级单元的纳米粒子组装而成的多级球。
实施例2
第一步、在一个50毫升的烧瓶中，将10份醋酸铁、20份聚丙烯酸加入到20毫升的乙二醇中，加热到80℃并保持30分钟，充分搅拌配制成反应液。
第二步、将第一步制备的反应液转入带有25毫升聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，在200℃反应48小时后，反应釜自然冷却到约60℃，加入5毫升的甲醇，将产物过滤，用无水乙醇洗涤数次，真空抽干样品，即获得尺寸和形貌规则的有机高分子修饰的四氧化三铁多级球。
图2是实施例2制备的有机高分子修饰的四氧化三铁多级球的扫描电镜照片。由图可见，四氧化三铁为球形结构，尺寸约为150nm。仔细观察可知，四氧化三铁球形结构是由初级单元的纳米粒子组装而成的多级球。
实施例3
第一步、在一个50毫升的烧瓶中，将1份六水合氯化高铁、20份两端羧基化的聚乙二醇加入到毫升的丙三醇中，加热到60℃并保持30分钟，充分搅拌配制成反应液。
第二步、将第一步制备的反应液转入带有25毫升聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，在180℃反应72小时后，反应釜自然冷却到约60℃，加入5毫升的甲醇，将产物过滤，用无水乙醇洗涤数次，真空抽干样品，即获得尺寸和形貌规则的有机高分子修饰的四氧化三铁多级球。
图3是实施例3制备的有机高分子修饰的四氧化三铁多级球的扫描电镜照片。由图可见，四氧化三铁为球形结构，尺寸约为150nm。仔细观察可知，四氧化三铁球形结构是由初级单元的纳米粒子组装而成的多级球。
实施例4
第一步、在一个50毫升的烧瓶中，将1份乙酰丙酮铁、5份壳聚糖加入到20毫升的二乙二醇中，加热到30℃并保持30分钟，充分搅拌配制成反应液。
第二步、将第一步制备的反应液转入带有25毫升聚四氟乙烯内胆的高压反应釜中，在200℃反应12小时后，反应釜自然冷却到约60℃，加入5毫升的甲醇，将产物过滤，用无水乙醇洗涤数次，真空抽干样品，即获得尺寸和形貌规则的有机高分子修饰的四氧化三铁多级球。
图4是制备的四氧化三铁多级球的扫描电镜照片。由图可见，四氧化三铁为球形结构，但尺寸不均一。仔细观察可知，四氧化三铁球形结构是由初级单元的纳米粒子组装而成的多级球。

Claims (4)

1.有机高分子修饰的四氧化三铁多级球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、化学反应液的配制：
按重量份计，将1份铁盐和2-20份有机高分子溶于100份多元醇中，在30-80℃温度下，充分搅拌配制成反应液；
第二步、四氧化三铁多级球的合成：
将第一步制得的反应液转入带有聚四氟乙烯内胆的高压反应釜，在140-200℃下，反应12-72小时，反应结束后，反应釜自然冷却到约60℃，加入5毫升的甲醇，将产物过滤，用无水乙醇洗涤数次，真空抽干，即获得有机高分子修饰的四氧化三铁多级球。
2.根据权利要求1所述的有机高分子修饰的四氧化三铁多级球的制备方法，其特征在于，所述的铁盐为六水合氯化高铁，或醋酸铁，或乙酰丙酮铁。
3.根据权利要求1所述的有机高分子修饰的四氧化三铁多级球的制备方法，其特征在于，所述的有机高分子为聚丙烯酸，或聚乙烯吡咯烷酮，或两端羧基化的聚乙二醇，或壳聚糖。
4.根据权利要求1的有机高分子修饰的四氧化三铁多级球的制备方法，其特征在于，所述的多元醇为乙二醇，或丙三醇，或二乙二醇。
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