CN102728275B - 一种疏水磁性粉末的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种疏水磁性粉末的制备方法，其特征在于采用共沉淀的方法，步骤为：取氯化高铁0.5～1g，氯化亚铁0.3～0.5g，加入到100～200ml比例为4∶1到8∶1的蒸馏水与酒精的混合溶液中，搅拌均匀制得溶液A；将溶液A加温到55-60℃下，通氮去氧；加入氨水或者NaOH溶液，控制PH在8-9之间，同时升温至80-90℃，反应1-2小时；取氟硅烷0.2～1ml，逐次滴加到溶液中，继续反应，同时逐渐冷却到室温，再一次性添加氟硅烷0.5～1ml，使氟硅烷完全的包裹在磁性纳米颗粒的表面上，得到褐黑色的均匀体系；最后将磁性纳米颗粒从溶液中分离出来，经清洗、干燥，得到磁性粉末。本发明制备工艺简单，操作安全，材料成本低，所制得的粉末具有良好的磁性能及防水性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米级磁性粉末的制备方法，尤其是一种具有疏水性的磁性粉末的制备方法。
背景技术
磁性纳米粒子现在已经成为当代纳米技术的一个重要分支，它具有矫顽力小，饱和磁化强度高的优点，目前磁性纳米材料已经应用在各个不同的方面，在高密度磁记录材料，核磁共振成像以及药物控制释放上都有着广阔的应用前景。纳米磁性材料的磁性能与颗粒大小，形貌，结构密切相关，而这些很大程度上取决于制备方法，磁性纳米颗粒的制备方法有很多，例如水热法，化学刻蚀法，化学气相成积法等。而通过改变合成过程中的反应条件可以得到不同大小的粒径、形貌、结构纳米粒子，从而可以得到不相同的磁性能的磁性纳米颗粒。
湿润性是固体表面一个重要性质之一，它是由表面化合物的组成和微观几何结构共同决定的，通常用液体在固体表面的接触角来表征，超疏水表面是指与水的静态接触角大于150°和滚动角小于10°的表面，而影响固体表面润湿性的因素主要有两个：一，表面自由能，二，表面的粗糙度。由于超疏水表面材料的化学组成和微观结构方面的差异，使得水介质在其表面呈现出不同的润湿，吸附和滚动行为，正是由于独特的润湿性，超疏水表面已经被应用到日常生活和高技术工业等许多方面，因此研究和开发超疏水物质对扩大材料应用和提高此材料的应用性能具有重大的意义。
本专利在共沉淀合成磁性纳米材料方法的基础上加以改进，通过改变实验的反应条件控制颗粒粒径的大小从而达到控制纳米颗粒磁性能的目的，同时通过添加反应物使得颗粒又兼具疏水功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、操作安全、低成本的疏水磁性粉末的制备方法，制得的疏水磁性粉末在具有优良的磁性能的同时兼具有超疏水的特性。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种疏水磁性粉末的制备方法，其特征在于采用共沉淀的方法合成，具体步骤如下：：
1)取氯化高铁0.5-1g，氯化亚铁0.3-0.5g，加入到100-200ml的体积比为4∶1到6∶1蒸馏水与酒精的混合溶液中，搅拌均匀制得溶液A；
2)将溶液A加温到55-60℃下，搅拌通入氮气，保持1-2个小时，去除液体中的氧；
3)然后，在溶液A中加入氨水或者NaOH溶液，控制pH值在8-9之间，同时升温至80-90℃，反应1-2小时；
4)取氟硅烷0.2-1ml，逐次滴加到溶液中，继续搅拌，同时逐渐冷却到室温，在冷却到室温之后，再一次性添加氟硅烷0.5-1ml，使氟硅烷完全的包裹在磁性纳米颗粒的表面上，得到褐黑色的均匀体系；
5)最后采用磁分离的方法将磁性纳米颗粒从溶液中分离出来，经清洗、干燥，得到所需的防水磁性粉末。
作为改进，所述清洗采用蒸馏水与酒精的混合溶液清洗二到三次，混合溶液中蒸馏水与酒精的体积比为4∶1到6∶1。
优选，所述干燥是在真空环境下进行，干燥温度60-70℃。
作为改进，所述步骤3)和4)之间增加加热反应步骤，在继续搅拌下，将反应温度提升到80-200℃，反应0.5-2.5个小时，来调节颗粒的大小。
最后，所述氨水浓度为1.5-2mol/L，而NaOH溶液为1.7-3.4mol/L，来调节颗粒的大小。
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用共沉淀的方法来制备具有磁性和防水双重特性的产品，制备工艺简单，操作安全，材料成本低，具有很高的可重复性，适合大规模生产，同时采用的原料低毒，低污染，所制备得到的粉末颗粒为20-200nm之间，具有良好的磁性能，同时防水性能极佳；并且产物磁性能的调控范围比较大，通过控制粒径的大小和形貌得到不同的要求的磁性能的防水磁性粉末材料，应用于不同的磁性环境中，使得磁性材料的应用得到进一步的扩大，具有极大的应用前景。
附图说明
图1为实施例1的磁性防水颗粒的扫描电子显微镜照片；
图2为实施例2的磁性防水颗粒的扫描电子显微镜照片；
图3为实施例1和实施例2中所制备的不同粒径大小的Fe3O4的X射线衍射图；
图4为实施例3和实施例4中所制备的不同粒径大小的Fe3O4的X射线衍射图
图5为实施例1的磁性防水颗粒的在高速摄像机下的水滴在磁性粉末的照片；
图6为实施例2的磁性防水颗粒的在高速摄像机下的水滴在磁性粉末的照片；
图7为实施例1与水滴结合图片；
图8为实施例1和实施例2的磁滞回线图片；
图9为实施例1和实施例2的磁滞回线图片
图10为实施例1和实施例2的接触角测试图片，两种磁性粉末的接触角都达到150°以上，达到超疏水的水平；
图11为实施例1和实施例2在磁铁的拖带下磁性粉末吸附在液滴上的图片；
图12a、12b为应用举例图，应用在管道表面或者绝缘板的表面，绝缘板的另一表面有电磁铁。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
1.取氯化高铁0.85g，氯化亚铁0.30g，加入在200ml的蒸馏水与酒精的体积配比为4∶1的混合溶液中，制的搅拌均匀的溶液A。将氨水制备成1.5mol/L浓度的液体；
2.溶液A加温到55℃下，搅拌通入氮气，保持1个小时，去除液体中的氧；
3.一个小时之后将氨水逐次加入到溶液A中，同时控制好pH值到在8；
4.继续搅拌，同时将反应温度提升到80℃，继续反应一个小时；
5.取FAS 0.5ml，将液体逐次滴加到溶液中，继续搅拌，同时撤去加温环境，逐渐冷却到室温，在冷却到室温之后，再次添加一次氟硅烷(FAS，Dynasylan F 8261)0.5ml，将氟硅烷(FAS，Dynasylan F 8261)完全的包裹在磁性纳米颗粒的表面上；
6.这样就能得到褐黑色的均匀体系，在静止之后，采用磁分离的方法将磁性纳米颗粒从溶液中分离出来；
7.将分离出来的颗粒用蒸馏水和酒精的混合溶液清洗两到三次；
8.分离出来的颗粒早真空环境下加温到60℃干燥，得到磁性粉末。
实施例2
1.取氯化高铁0.85g，氯化亚铁0.30g，加入在200ml的蒸馏水与酒精的体积配比为4∶1的混合溶液中，制的搅拌均匀的溶液A。将氨水制备成1.5mol/L浓度的液体；
2.溶液A加温到55℃下，搅拌通入氮气，保持1个小时，去除液体中的氧；
3.一个小时之后将氨水逐次加入到溶液A中，同时控制好pH值到在8；
4.继续搅拌，同时将反应温度提升到200℃，继续反应一个小时，搅拌器的速度提高到500转/分钟，同时采用冷凝管进行回流。
5.取氟硅烷(FAS，Dynasylan F 8261)0.5ml，将液体逐次滴加到溶液中，继续搅拌，同时撤去加温环境，逐渐冷却到室温，在冷却到室温之后，再次添加一次氟硅烷(FAS，Dynasylan F 8261)0.5ml，将氟硅烷(FAS，Dynasylan F 8261)完全的包裹在磁性纳米颗粒的表面上；
6.这样就能得到褐黑色的均匀体系，在静止之后，采用磁分离的方法将磁性纳米颗粒从溶液中分离出来；
7.将分离出来的颗粒用蒸馏水和酒精的混合溶液清洗两到三次；
8.分离出来的颗粒早真空环境下加温到60℃干燥，得到磁性粉末。
实施例3
1.取氯化高铁0.85g，氯化亚铁0.30g，加入在200ml的蒸馏水与酒精的体积配比为4∶1的混合溶液中，制的搅拌均匀的溶液A。将NaOH制备成9ml浓度为1.7mol/L的水溶液；
2.溶液A加温到55℃下，搅拌通入氮气，保持1个小时，去除液体中的氧；
3.一个小时之后将NaOH溶液全部缓慢滴加加入到溶液A中；
4.继续搅拌，同时将反应温度提升到80℃，继续反应一个小时；
5.取FAS 0.5ml，将液体逐次滴加到溶液中，继续反应，同时撤去加温环境，逐渐冷却到室温，在冷却到室温之后，再次添加一次氟硅烷(FAS，Dynasylan F 8261)0.5ml，将氟硅烷(FAS，Dynasylan F 8261)完全的包裹在磁性纳米颗粒的表面上；
6.这样就能得到褐黑色的均匀体系，在静止之后，采用磁分离的方法将磁性纳米颗粒从溶液中分离出来；
7.将分离出来的颗粒用蒸馏水和酒精的混合溶液清洗两到三次；
8.分离出来的颗粒早真空环境下加温到60℃干燥，得到磁性粉末。
实施例4
1.取氯化高铁0.85g，氯化亚铁0.30g，加入在200ml的蒸馏水与酒精的体积配比为4∶1的混合溶液中，制的搅拌均匀的溶液A。将NaOH制备成9ml浓度为3.4mol/L的水溶液；
2.溶液A加温到55℃下，搅拌通入氮气，保持1个小时，去除液体中的氧；
3.一个小时之后将NaOH溶液全部缓慢滴加入到溶液A中；
4.继续搅拌，同时将反应温度提升到80℃，继续反应一个小时；
5.取FAS 0.5ml，将液体逐次滴加到溶液中，继续反应，同时撤去加温环境，逐渐冷却到室温，在冷却到室温之后，再次添加一次氟硅烷(FAS，Dynasylan F 8261)0.5ml，将氟硅烷(FAS，Dynasylan F 8261)完全的包裹在磁性纳米颗粒的表面上；
6.这样就能得到褐黑色的均匀体系，在静止之后，采用磁分离的方法将磁性纳米颗粒从溶液中分离出来；
7.将分离出来的颗粒用蒸馏水和酒精的混合溶液清洗两到三次；
8.分离出来的颗粒早真空环境下加温到60℃干燥，得到磁性粉末。
以上实施例子可见，在相同的氨水浓度下(相同的pH环境)，通过温度升高使得颗粒在高温的环境下不断的生长，随着温度的增加粒径而增加，(在XRD中表现出来为粒径越大的颗粒的峰更加窄而高，粒径越小的颗粒则表现为宽且矮)，最终得到我们所需要的颗粒的粒径(实例1，实例2)。在温度相同的时，可以通过改变样品所处的pH环境，在碱度增加的情况下也可以使得粒径不断的变大(实例3，实例4)。通过VSM测量我们可以发现，颗粒的磁性能伴随着粒径的增大而不断的增大。
应用举例：经过处理的磁性粉末可以形成凹凸不平的表面，使得能够具有超疏水的性能，可以应用于涂料上，将其染色之后可以吸附在具有磁性的平面上，在去除的时候，可以直接去除磁性表面的磁性，颗粒就能直接滑落，由于磁性粉末对环境的影响毒性很低，这样就能解决现在如今的化学涂料的对环境的有害影响。该磁性粉末也可以应用在管道中，将磁性粉末吸附在管道上，降低管道中水流与管道的摩擦力，可以大大减少水流与管道的粘滞系数，加快水流的速度。在合成过程中可以通过改变温度的大小和合成物质的比例来控制颗粒的大小来控制磁性的大小，我们就可以使它应用在不同的磁性环境中。
Claims (5)
1.一种疏水磁性粉末的制备方法，其特征在于采用共沉淀的方法合成，具体步骤如下：
1)取氯化高铁0.5-1g，氯化亚铁0.3-0.5g，加入到100-200ml的体积比例为4∶1到6∶1的蒸馏水与酒精的混合溶液中，搅拌均匀制得溶液A；
2)将溶液A加温到55-60℃下，搅拌通入氮气，保持1-2个小时，去除液体中的氧；
3)然后，在溶液A中加入氨水或者NaOH溶液，控制PH在8-9之间，同时升温至80-90℃，反应1-2小时；
4)取氟硅烷0.2-1ml，逐次滴加到溶液中，继续反应，同时逐渐冷却到室温，在冷却到室温之后，再一次性添加氟硅烷0.5-1ml，使氟硅烷完全的包裹在磁性纳米颗粒的表面上，得到褐黑色的均匀体系；
5)最后采用磁分离的方法将磁性纳米颗粒从溶液中分离出来，经清洗、干燥，得到所需的疏水磁性粉末。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述清洗采用蒸馏水与酒精的混合溶液清洗二到三次，混合溶液中蒸馏水与酒精的体积比为4∶1到6∶1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述干燥是在真空环境下进行，干燥温度60-70℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤3)和4)之间增加加热反应步骤，在继续搅拌下，将反应温度提升到80-200℃，反应0.5-2.5个小时。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述氨水浓度为1.5-2mol/L，而NaOH溶液为1.7-3.4mol/L。
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