CN103466647B - 一种磁性纤蛇纹石纳米管的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁性纤蛇纹石纳米管的制备方法，是在氮气保护下将无定形二氧化硅、镁的化合物、二价铁盐和水加入反应釜中混合均匀得到混合液，所述混合液中无定形二氧化硅的质量浓度为2-25%，镁的化合物的质量浓度为1-20%，二价铁盐的质量浓度为0.2-15%；向所述混合液中加入氢氧化钠溶液调pH值10-13.5，然后移入高压反应釜中，在密闭条件下于180-240℃反应12-72小时，反应结束后过滤、水洗并干燥后得到磁性纤蛇纹石纳米管。本发明生产的纤蛇纹石纳米管具有较强的磁性，其饱和磁化强度为12.78A·m²·kg^-1。

Description

一种磁性纤蛇纹石纳米管的制备方法

一、技术领域

本发明涉及一种具有磁性的纤蛇纹石纳米管的制备方法，属于纳米材料领域。

二、技术背景

自碳纳米管发现以来，纳米管及其组装产品在纳米材料的基础和潜在应用研究方面受到国内外众多学者的关注，并相继合成了多种纳米管，如TiO₂纳米管、WO₃纳米管、SiO₂纳米管、纤蛇纹石纳米管等等。与粉体相比，纳米管具有更大的比表面积和更强的吸附能力，在吸附、分离、催化等领域具有重要的应用前景。

虽然纳米管具有诸多的优良性能，但由于其颗粒尺寸较小，在液相体系中存在着分离困难等问题。故近年来，磁性纳米管也引起了广泛的关注。通过外加一个合适的磁场，可以方便而有效地实现磁性纳米管的分离回收。因此许多研究者开展了具有磁性的纳米管合成研究工作，以期得到既具有良好纳米管材料性质又易于磁场分离的新型磁性纳米管材料。

目前，关于磁性纳米管材料合成的方法主要有两种。其一是通过化学沉积等方法将磁性微粒复合在纳米管表面；其二是将磁性离子掺杂进纳米管的晶格中。就目前的研究结果看，前一种方法可使制得的材料具有较高的磁化强度，但磁性微粒的稳定性较差；而后一种方法制得的材料磁性较稳定，但磁化强度较低。马国华等人曾开展了具有磁性的纤蛇纹石纳米管的制备研究工作。他们将Ni²⁺或Cr³⁺掺杂到纤蛇纹石纳米管中，使制得的材料中不仅只存在单一的纤蛇纹石物相，而且拥有了磁性。但其磁性较弱，如掺Ni²⁺纤蛇纹石纳米管的饱和磁化强度为9.3×10^-4A·m²·kg^-1，掺Cr³⁺纤蛇纹石纳米管的饱和磁化强度为2.0×10^-4A·m²·kg^-1，严重影响了其实际使用性能。

三、发明内容

本发明是针对上述现有技术所存在的不足之处，旨在提供一种磁性纤蛇纹石纳米管的制备方法，将磁性离子掺入纤蛇纹石晶格中，并且具有较高的磁化强度。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明磁性纤蛇纹石纳米管的制备方法，按以下步骤操作：

在氮气保护下将无定形二氧化硅、镁的化合物、二价铁盐和水加入反应釜中混合均匀得到混合液，所述混合液中无定形二氧化硅的质量浓度为2-25%（以二氧化硅计），镁的化合物的质量浓度为1-20%（以氧化镁计），二价铁盐的质量浓度为0.2-15%（以二价铁计）；向所述混合液中加入氢氧化钠溶液调pH值10-13.5，然后移入高压反应釜中，在密闭条件下于180-240℃下反应12-72小时，反应釜中通过饱和蒸汽压形成压力环境，压力≤6MPa，反应结束后过滤，并水洗至pH值7.5-8.5，于60-105℃干燥2-10小时后得到磁性纤蛇纹石纳米管。

所述无定形二氧化硅为沉淀水合二氧化硅、气相白炭黑或硅溶胶。

所述镁的化合物为氧化镁、碳酸镁或氢氧化镁。

所述氧化镁为工业轻质氧化镁、活性氧化镁、硅钢氧化镁、医药用氧化镁、试剂级氧化镁、高纯氧化镁、超细氧化镁、纳米氧化镁等。

所述碳酸镁为水合碱式碳酸镁、医药用碳酸镁、食品级碱式碳酸镁、电子级碱式碳酸镁、透明轻质碳酸镁、针形轻质碳酸镁、块状轻质碳酸镁、纳米碳酸镁等。

所述氢氧化镁为阻燃级氢氧化镁、医药用氢氧化镁、油品添加剂用氢氧化镁、电子级氢氧化镁等。

所述二价铁盐为硫酸亚铁、硝酸亚铁、氯化亚铁、醋酸亚铁、草酸亚铁、乳酸亚铁或硫酸亚铁铵。

以MgO为例，本发明方法涉及的化学反应方程式为：

MgO+SiO₂+Fe²⁺+H₂O+O₂→(Mg,Fe²⁺,Fe³⁺)₃Si₂O₅(OH)₄

MgO+SiO₂+Fe²⁺+H₂O+O₂→(Mg,Fe³⁺)₃Si₂O₅(OH)₄

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明方法生产的产品中只存在纤蛇纹石一种物相，未发现铁氧化物等杂相，表明二价铁全部掺入到纤蛇纹石晶格中，并于制备及干燥过程中部分或全部转化为三价铁（图1）。如此不仅可制得磁性纤蛇纹石纳米管，而且有望显著提高磁性纤蛇纹石纳米管的化学稳定性。

2、本发明方法生产的纤蛇纹石为管状结构，其中管的内径为8-12nm、外径为25-50nm、管长为100-400nm，故为纳米管（图2、3）。

3、本发明方法生产的纤蛇纹石纳米管具有较强的磁性，其饱和磁化强度为12.78emu/g（图4），即为12.78A·m²·kg^-1，显著地大于前述的掺Ni²⁺纤蛇纹石纳米管和掺Cr³⁺纤蛇纹石纳米管的饱和磁化强度值。

四、附图说明

图1为本发明制备的磁性纤蛇纹石纳米管的XRD图。从图1中可以看出，本发明磁性纤蛇纹石纳米管在2θ为11.77°、19.70°、24.45°、34.44°、36.91°、60.34°和72.42°等处具有明显的衍射峰，这与标准数据库（JCPDS.NO50-1606）的含铁纤蛇纹石衍射峰吻合较好，表明合成样品中只存在含铁纤蛇纹石单一物相。

图2为本发明制备的磁性纤蛇纹石纳米管的SEM图。从图2中可以看出，本发明磁性纤蛇纹石纳米管呈棒状，棒长约100-500nm。

图3为本发明制备的磁性纤蛇纹石纳米管的TEM图。从图3中可以看出，本发明磁性纤蛇纹石纳米管具有管状结构，其内径约为8-12nm，外径约为25-50nm。

图4为本发明制备的磁性纤蛇纹石纳米管的VSM图。从图4中可以看出，本发明磁性纤蛇纹石纳米管具有较强的磁性，其饱和磁化强度达到12.78emu/g。

五、具体实施方式

实施例1：

1、将沉淀水合二氧化硅、工业轻质氧化镁、硫酸亚铁和水加入反应釜中，在氮气保护下搅拌混合均匀得到混合液；混合液中二氧化硅的质量浓度为4.5%，氧化镁的质量浓度为2.3%，二价铁的质量浓度为3.2%。

2、向所述混合液中加入氢氧化钠溶液调pH值至11，然后移至高压反应釜中，在密闭条件下于240℃反应24小时后过滤，用清水将滤饼洗至pH为7.6，然后在105℃干燥2小时得到磁性纤蛇纹石纳米管，测得其饱和磁化强度为5.48emu/g。

实施例2：

1、将气相白炭黑、水合碱式碳酸镁、氯化亚铁和水加入反应釜中，在氮气保护下搅拌混合均匀得到混合液；混合液中二氧化硅的质量浓度为8.9%、氧化镁的质量浓度为2.9%、二价铁的质量浓度为8.1%。

2、向所述混合液中加入氢氧化钠溶液调pH值至13，然后移至高压反应釜中，在密闭条件下于190℃反应72小时后过滤，用清水将滤饼洗至pH为7.9，然后在60℃干燥10小时得到磁性纤蛇纹石纳米管，测得其饱和磁化强度为12.78emu/g。

实施例3：

1、将硅溶胶、阻燃级氢氧化镁、草酸亚铁和水加入反应釜中，在氮气保护下搅拌混合均匀得到混合液；混合液中二氧化硅的质量浓度为21.4%、氧化镁的质量浓度为19.2%、二价铁的质量浓度为3.0%。

2、向所述混合液中加入氢氧化钠溶液调pH值至12，然后移至高压反应釜中，在密闭条件下于210℃反应48小时后过滤，用清水将滤饼洗至pH为8.3，然后在80℃干燥6小时得到磁性纤蛇纹石纳米管，测得其饱和磁化强度为8.03emu/g。

Claims (2)

1.一种磁性纤蛇纹石纳米管的制备方法，其特征在于：

在氮气保护下将无定形二氧化硅、镁的化合物、二价铁盐和水加入反应釜中混合均匀得到混合液，所述混合液中无定形二氧化硅的质量浓度为2-25%，镁的化合物的质量浓度为1-20%，二价铁盐的质量浓度为0.2-15%；向所述混合液中加入氢氧化钠溶液调pH值10-13.5，然后移入高压反应釜中，在密闭条件下于180-240℃反应12-72小时，反应结束后过滤，并水洗至pH值7.5-8.5，干燥后得到磁性纤蛇纹石纳米管；

所述无定形二氧化硅为沉淀水合二氧化硅、气相白炭黑或硅溶胶；

所述镁的化合物为氧化镁、碳酸镁或氢氧化镁；

所述二价铁盐为硫酸亚铁、硝酸亚铁、氯化亚铁、醋酸亚铁、草酸亚铁、乳酸亚铁或硫酸亚铁铵。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

所述干燥是于60-105℃干燥2-10小时。