CN103273081B

CN103273081B - 一种四氧化三铁磁流体的制备方法

Info

Publication number: CN103273081B
Application number: CN201310228531.1A
Authority: CN
Inventors: 杨海峰; 杨天溪
Original assignee: Shanghai Normal University
Current assignee: Shanghai Normal University; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2033-05-31
Also published as: CN103273081A

Abstract

本发明公开了一种四氧化三铁磁流体的制备方法，其步骤为：在一洁净的250mL锥形瓶中加入150mL超纯水和5mL10^-3mol/L植酸钠；加热搅拌得到溶液A。待其沸腾后，准确称取0.0318g氯化铁和0.0130g氯化亚铁，加入5～10mL的超纯水溶解，缓慢滴入溶液A中，继续搅拌1小时得到溶液B。使用0.4mol/L氢氧化钠溶液，每隔1分钟滴入溶液B100μL，共计1200μL，继续搅拌30分钟。再次加入植酸钠5mL，继续搅拌30分钟后制得四氧化三铁磁性纳米粒子。将制得的磁性纳米粒子冷却、水洗，最后分散在10mL超纯水中，超声振荡3～5min，制得四氧化三铁磁流体。本发明的优点是：制备方法简单，环保经济；利用源于植物的植酸钠制备了胶束并将其用做模板；制备的磁流体稳定性好，保存时间长达5个月。

Description

一种四氧化三铁磁流体的制备方法

技术领域

本发明属于一种新型磁流体的制备方法，具体的说是将“环境绿色”的植物源植酸钠作为模板的高稳定性的四氧化三铁磁性纳米粒子的制备方法。

背景技术

近几年，随着纳米技术的快速发展，纳米粒子特别是磁性纳米粒子在各种领域引起了人们的广泛关注。磁流体是把纳米数量级（10纳米左右）磁性纳米粒子分散于载体中形成的一种具有稳定性能和磁性的悬浊或胶体。由于其既有磁性性能，又有纳米微粒的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，因此在化工、电子、能源、机械、分子生物学、制药等领域具有广阔的应用前景。纳米磁性颗粒常用的有Fe₃O₄、Fe₃O₄、Ni、Co等。Fe₃O₄广泛分布于天然磁铁矿中。由于其资源丰富，价格低廉，且磁性好，所以在材料、颜料等领域有广泛的应用。Fe₃O₄磁性纳米颗粒的合成方法有粉碎技术、共沉淀法、溶胶-凝胶法、溶剂热法等方法。粉碎技术的生产的成本高、周期长、不好控制粒度；微乳法和溶剂热法产物后期处理比较麻烦。共沉淀法制备非常简单，但其粒度难以控制，本文可通过加入控形剂很好地控制纳米颗粒的成长、提高纳米颗粒的分散性，从而得到纳米数量级（10纳米左右）的四氧化三铁磁性纳米粒子。

迄今为止，国内外尚未有利用“绿色经济”植酸钠作为模板制备纳米颗粒稳定的磁流体的理想方法。所以发明一种具有“绿色经济”、纳米颗粒稳定、工艺简单的磁流体制备方法是一个迫切需要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有“绿色经济”、稳定性达5个月以上且工艺简单的四氧化三铁磁流体的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种四氧化三铁磁流体的制备方法，其步骤为：

1）在洁净的250mL锥形瓶中加入150mL超纯水，再加入5mL10^-3mol/L植酸钠；加热搅拌，温度保持在100～110℃，得到溶液A。

2）待溶液A沸腾后，准确称取0.0318g氯化铁和0.0130g氯化亚铁于一小烧杯中，加入5～10mL的超纯水溶解，用移液器缓慢滴入溶液A中，继续搅拌1小时，得到溶液B。

3）使用0.4mol/L氢氧化钠溶液，每隔1分钟滴入100μL于溶液B中，共计滴入1200μL，继续搅拌30分钟。

4）最后再次加入植酸钠5mL，继续搅拌30分钟后制得四氧化三铁磁性纳米粒子。

5）将制得的黑色纳米粒子室温下冷却，水洗三次，最后分散在10mL超纯水中，超声振荡3～5min，制得四氧化三铁磁流体，在4℃下保存。

植酸类化合物（IP₆），是一种经济的、环境友好的试剂。植酸在合适的条件下会相互缔合形成纳米尺寸的胶束。由于分子中六个磷酸酯键的不共面性，所形成的植酸胶束的内部和外部仍然有自由的磷酸酯键，所以当有金属阳离子存在时，植酸胶束有很强的络合能力。因此，当植酸形成胶束后，铁离子首先进入到胶束内部，采用化学共沉淀的方法，通过加入碱性物质，铁离子就会水解形成Fe₃O₄，由于植酸胶束的模板作用，Fe₃O₄的大小得到了很好的控制。这样就得到单分散的10纳米左右的Fe₃O₄磁性纳米粒子。通过透射电子显微镜（TEM）观察了反应后的纳米粒子的形貌，并考察了纳米粒子产物在磁场作用下的分离情况。实验结果表明，以IP₆胶束为模板制备的10纳米左右的四氧化三铁磁性纳米粒子尺寸较均一且不易团聚，可放置5个月以上，形成一种稳定的新型磁流体。

本文采用化学共沉淀的方法，利用植酸钠胶束内部的磷酸酯键络合铁离子，植酸胶束的存在对有效阻止溶胶的无序团聚以及保持四氧化三铁磁性纳米粒子稳定性起了决定性作用，从而获得了以植酸钠为模板的一种新型的磁流体。

本发明的有益效果为：

1、制备方法简单，绿色环保，成本低。

2、利用源于植物的植酸钠制备了胶束并将其用做模板。

3、磁流体制备工艺简单且稳定性好，保存时间长达5个月。

附图说明

图1磁流体的制备示意图；

图2纳米粒子产物的TEM图；

图3纳米粒子产物的XRD图；

图4纳米粒子产物的磁滞回线图。

具体实施方式

下面通过附图与具体实施例对本发明做进一步说明：

磁流体制备方法如下：在一洁净的250mL锥形瓶中加入150mL超纯水，然后加入5mL10^-3mol/L植酸钠；加热搅拌至沸腾。准确称取0.0318g氯化铁和0.0130g氯化亚铁于一小烧杯中，加入5～10mL的超纯水溶解，用移液器缓慢滴入上述液中，继续搅拌1小时，温度保持在100～110°C。使用0.4mol/L氢氧化钠溶液，每隔1分钟滴入上述液100μL,共计1200μL，继续搅拌30分钟。最后再次加入植酸钠5mL，继续搅拌30分钟后制得四氧化三铁磁性纳米粒子。将制得的黑色纳米粒子室温下冷却，水洗三次，最后分散在10mL超纯水中，超声振荡3～5min，制得四氧化三铁磁流体，在4℃下保存。磁流体的制备示意图如图1所示。

反应过程中植酸钠经过加热首先形成纳米尺寸的胶束，当有铁离子存在时，铁离子进入到胶束内部，通过植酸胶束内部的自由的磷酸酯键作用，铁离子络合到胶束内部。采用化学共沉淀的方法，通过加入碱性物质，铁离子就会水解形成Fe₃O₄，由于植酸胶束的模板作用，Fe₃O₄的大小得到了很好的控制。这样就得到单分散的Fe₃O₄磁性纳米粒子。透射电子显微镜形貌图如图2所示。从TEM图中可以看出单分散的Fe₃O₄磁性纳米粒子的直径大约都小于10nm。

用X射线衍射对纳米粒子的成分进行分析，如图3所示。从XRD谱图可以看出磁性纳米粒子2θ峰的出峰位置与Fe₃O₄晶体的标准卡片相符，并且2θ峰在30.00°，35.48°，43.14°，53.44°，57.04°和62.58°分别代表Fe₃O₄的（220），（311），（400），（422），（511）和(440)面。说明纳米粒子产物确实为Fe₃O₄磁性纳米粒子，晶体构型是反尖晶石结构。从图中还可以看出IP₆的存在并没有影响Fe₃O₄的晶型，这也说明IP₆是一种无定形物质。

Fe₃O₄磁性纳米粒子的磁性分离情况：在外界放置一块磁铁，通过外加磁场的作用可以在1分钟内很好的分离磁性纳米粒子，移走磁铁，甩一甩瓶子，纳米复合物又会很快的重新分散。用振动磁强计测试磁性大小，如图4所示。从图中可以看出，剩磁和矫顽力都比较小，说明得到的纳米粒子是超顺磁性纳米粒子，将其分散于载液中，从而制备了一种纳米颗粒稳定的新型磁流体。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种四氧化三铁磁流体的制备方法，其步骤为：

1)在洁净的250mL锥形瓶中加入150mL超纯水，再加入5mL10^-3mol/L植酸钠；加热搅拌，温度保持在100～110℃，得到溶液A；

2)待溶液A沸腾后，准确称取0.0318g氯化铁和0.0130g氯化亚铁于一小烧杯中，加入5～10mL的超纯水溶解，用移液器缓慢滴入溶液A中，继续搅拌1小时，温度保持在100～110℃，得到溶液B；

3)使用0.4mol/L氢氧化钠溶液，每隔1分钟滴入100μL于溶液B中，共计滴入1200μL，继续搅拌30分钟；

4)最后再次加入植酸钠5mL，继续搅拌30分钟后制得四氧化三铁磁性纳米粒子；

5)将制得的黑色纳米粒子室温下冷却，水洗三次，最后分散在10mL超纯水中，超声振荡3～5min，制得四氧化三铁磁流体，在4℃下保存。