CN104876280A - 一种两相溶剂热法制备四氧化三铁微米球的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种两相溶剂热法制备四氧化三铁微米球的方法，包含以下步骤：将有机铁盐和有机配体加入到不溶于水的有机溶剂中，混合得油相溶液A；将水溶性还原剂加入到水中，混合得水相溶液B；将上述溶液A和B混合，得两相溶液，升温反应后，离心分离出固体，洗涤，得到四氧化三铁微米球。制备得到的四氧化三铁微米球颗粒平均直径为1~5μm，所述的本发明制备过程简单，产物尺寸分布窄，通过简单控制反应条件可以得到不同尺寸的四氧化三铁微米球。
Description
技术领域
本发明属于微纳米材料制备技术领域，涉及一种两相溶剂热法制备四氧化三铁微米球的方法。
背景技术
磁性微纳米材料一直都受到人们的关注，由于其广泛的应用，可用于磁流体，磁共振成像，催化剂和锂电池等方面。纳米微米材料如今在不同领域内的应用也越来越多,其作为一类新型的功能材料,在生物医学工程、细胞生物学和环境工程具有广泛的应用。
目前有一些文献报道了利用两相法制备四氧化三铁。CN201110182726.8公开了一种油水界面法制备油溶性四氧化三铁纳米颗粒的方法，制备出的四氧化三铁为单分散纳米颗粒，颗粒均一性和分散性良好，具有颗粒尺寸极其细小，纯度高。但是这种方法无法实现一步的合成，操作复杂，且合成的颗粒尺寸可调范围较小，不适合大规模生产应用。文献“Xun-Liang Cheng, Ji-Sen Jiang,Dong-Mei Jiang, and Zhen-Jie Zhao. Synthesis of Rhombic Dodecahedral Fe3O4 Nanocrystals withExposed High-Energy {110} Facets and Their Peroxidase-like Activityand Lithium Storage Properties.J. Phys. Chem. C 2014, 118, 12588 -12598”报道了通过一步丙酮-水两相界面反应的方法合成了单晶的四氧化三铁菱形十二面体。
但是上述通过两相法实验中都无法简单的合成四氧化三铁微米球，本发明通过两相溶剂热法制备四氧化三铁微米球，通过简单控制反应条件可以得到不同尺寸的四氧化三铁微米球。
发明内容
本发明针对现有上述技术存在的不足，提供了一种两相溶剂热法制备四氧化三铁微米球的方法，通过反应条件的选择和控制可以简单、有效的调控四氧化三铁微米球的尺寸，制备得到的四氧化三铁微米球可广泛应用于生物医学工程、细胞生物学和环境工程等。
本发明的技术方案为：
一种两相溶剂热法制备四氧化三铁微米球的方法，包括以下步骤：
（1）将有机铁盐和有机配体加入到不溶于水的有机溶剂中，混合得油相溶液A；
（2）将水溶性还原剂加入到水中，混合得水相溶液B；
（3）将上述溶液A和B混合，得两相溶液，升温反应后，离心分离出固体，洗涤，得到四氧化三铁微米球。
上述制备方法中，所述的有机铁盐与有机配体、水溶性还原剂、水的摩尔比为1:（3～17）:（2～13）:（650～2380）。
上述制备方法，步骤（1）中不溶于水的有机溶剂与步骤（2）中水的总体积为反应器容积的70%。
上述步骤（1）中，所述有机铁盐为乙酰丙酮铁、油酸铁或五羟基铁；所述有机配体为油酸、油胺或十六胺；所述不溶于水的有机溶剂为丙酮、正己烷、氯仿、苯或十八烯。
上述步骤（2）中，所述水溶性还原剂为抗坏血酸、葡萄糖、硫代硫酸钠或硼氢化钠。
上述步骤（3）中，所述的反应条件为温度150～220℃，时间8～30 h。
上述步骤（3）中，所述的洗涤为通过水和乙醇交替洗涤3次。
本发明方法制备得到的四氧化三铁微米球，平均粒径范围为1～5μm。
本发明制备方法中，通过改变有机铁盐、有机配体、水溶性还原剂、水的摩尔比以及反应温度和时间，可以控制制备得到的四氧化三铁微米球的尺寸在1-5μm。通过添加无机还原剂会使铁盐加速分解形成四氧化三铁，而在不加无机还原剂时，无法形成四氧化三铁微米球。同时，还原剂、有机配体、有机溶剂的种类也控制四氧化三铁微米球的尺寸。
本发明一种两相溶剂热法制备四氧化三铁微米球的方法，其有益效果为：本发明利用两相溶剂热法制备四氧化三铁微米球，制备过程简单，产物尺寸分布窄，通过反应条件的选择和控制可以得到不同尺寸的四氧化三铁微米球。
附图说明
图1为本发明实施例1合成的四氧化三铁微米球的透射电镜（TEM）图片；
图2为本发明实施例3合成的四氧化三铁微米球的透射电镜（TEM）图片；
图3为本发明实施例5合成的四氧化三铁微米球的透射电镜（TEM）图片；
图4为本发明对比例1合成的四氧化三铁微米球的透射电镜（TEM）图片。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行进一步的阐述，下述说明仅为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1
1.1将0.247g乙酰丙酮铁和2 mL油酸加入到20 mL丙酮中，混合得油相溶液A；
1.2将0.78g葡萄糖加入到15 mL水中，混合得水相溶液B；
1.3将上述溶液A和B混合，得两相溶液，加入到50 mL反应釜中，加热到180 ℃，保温24 h，通过离心分离出固体，通过水和乙醇交替洗涤3次，得平均粒径为2.7 μm四氧化三铁微米球。如图1所示。
实施例2
2.1将0.247g乙酰丙酮铁和2 mL油酸加入到20 mL正己烷中，混合得油相溶液A；
2.2将0.78g葡萄糖加入到15 mL水中，混合得水相溶液B；
2.3将上述溶液A和B混合，得两相溶液，加入到50 mL反应釜中，加热到190 ℃，保温16 h，通过离心分离出固体，通过水和乙醇交替洗涤3次，得平均粒径为2.2 μm四氧化三铁微米球。
实施例3
3.1将0.494g乙酰丙酮铁和2 mL油酸加入到20 mL丙酮中，混合得油相溶液A；
3.2将0.78g葡萄糖加入到15 mL水中，混合得水相溶液B；
3.3将上述溶液A和B混合，得两相溶液，加入到50 mL反应釜中，加热到200 ℃，保温18 h，通过离心分离出固体，通过水和乙醇交替洗涤3次，得平均粒径为1.7 μm四氧化三铁微米球。如图2所示。
实施例4
4.1将0.123g乙酰丙酮铁和1 mL油胺加入到30 mL氯仿中，混合得油相溶液A；
4.2将0.68g（0.0027mol）硫代硫酸钠加入到5 mL水中，混合得水相溶液B；
4.3将上述溶液A和B混合，得两相溶液，加入到50 mL反应釜中，加热到180 ℃，保温14 h，通过离心分离出固体，通过水和乙醇交替洗涤3次，得平均粒径为1.65 μm四氧化三铁微米球。
实施例5
5.1将0.247g乙酰丙酮铁和2 mL油酸加入到20 mL丙酮中，混合得油相溶液A；
5.2将0.35g葡萄糖加入到15 mL水中，混合得水相溶液B；
5.3将上述溶液A和B混合，得两相溶液，加入到50 mL反应釜中，加热到200 ℃，保温18 h，通过离心分离出固体，通过水和乙醇交替洗涤3次，得平均粒径为2.1 μm四氧化三铁微米球。如图3所示。
实施例6
6.1将0.7g油酸铁和2 mL油酸加入到25 mL十八烯中，混合得油相溶液A；
6.2将0.25g硼氢化钠加入到10 mL水中；
6.3将上述溶液A和B混合，得两相溶液，加入到50 mL反应釜中，加热到150 ℃，保温10 h，通过离心分离出固体，通过水和乙醇交替洗涤3次，得平均粒径为1.38 μm四氧化三铁微米球。
实施例7
7.1将0.35g乙酰丙酮铁和2 mL油胺加入到20 mL丙酮中，混合得油相溶液A；
7.2将0.7g葡萄糖加入到15 mL水中，混合得水相溶液B；
7.3将上述溶液A和B混合，得两相溶液，加入到50 mL反应釜中，加热到200 ℃，保温14 h，通过离心分离出固体，通过水和乙醇交替洗涤3次，得平均粒径为1.88μm四氧化三铁微米球。
实施例8
8.1将0.6g油酸铁和 1ml十六胺加入到8 mL丙酮中，混合得油相溶液A；
8.2将0.78g葡萄糖加入到27 mL水中；
8.3将上述溶液A和B混合，得两相溶液，加入到50 mL反应釜中，加热到220 ℃，保温28 h，通过离心分离出固体，通过水和乙醇交替洗涤3次，得平均粒径为2.9μm四氧化三铁微米球。
实施例9
9.1将0.18g五羟基铁和2 mL十六胺加入到20 mL苯中，混合得油相溶液A；
9.2将0.45g硼氢化钠加入到15 mL水中，混合得水相溶液B；
9.3将上述溶液A和B混合，得两相溶液，加入到50 mL反应釜中，加热到170 ℃，保温24 h，通过离心分离出固体，通过水和乙醇交替洗涤3次，得平均粒径为2μm四氧化三铁微米球。
实施例10
10.1将0.6g油酸铁和1.2g抗坏血酸加入到20 mL苯中，混合得油相溶液A；
10.2将0.45g硼氢化钠加入到15 mL水中，混合得水相溶液B；
10.3将上述溶液A和B混合，得两相溶液，加入到50 mL反应釜中，加热到180 ℃，保温24 h，通过离心分离出固体，通过水和乙醇交替洗涤3次，得平均粒径为2.35μm四氧化三铁微米球。
实施例11
11.1将0.18g五羟基铁和2 mL十六胺加入到20 mL苯中，混合得油相溶液A；
11.2将0.45g硼氢化钠加入到15 mL水中，混合得水相溶液B；
11.3将上述溶液A和B混合，得两相溶液，加入到50 mL反应釜中，加热到180 ℃，保温8 h，通过离心分离出固体，通过水和乙醇交替洗涤3次，得平均粒径为2.15μm四氧化三铁微米球。
实施例12
12.1将0.35g乙酰丙酮铁和2 mL油胺加入到20 mL丙酮中，混合得油相溶液A；
12.2将0.7g葡萄糖加入到15 mL水中，混合得水相溶液B；
12.3将上述溶液A和B混合，得两相溶液，加入到50 mL反应釜中，加热到200 ℃，保温30 h，通过离心分离出固体，通过水和乙醇交替洗涤3次，得平均粒径为3.9μm四氧化三铁微米球。
对比例1
1.1将0.247g乙酰丙酮铁加入到20 mL丙酮中，混合得油相溶液A；
1.2将0.78g葡萄糖加入到15 mL水中，混合得溶液B；
1.3将上述油相溶液A和B混合，得两相溶液，加入到50 mL反应釜中，加热到180 ℃，保温24 h，通过离心分离出固体，洗涤后得不到四氧化三铁微米球。如图4所示。
对比例2
2.1将0.247g乙酰丙酮铁加入到20 mL丙酮中；
2.2将15 mL水与上述溶液混合加入到50 mL反应釜中，加热到180 ℃，保温24 h，得不到四氧化三铁。
Claims (8)
1.一种两相溶剂热法制备四氧化三铁微米球的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将有机铁盐和有机配体加入到不溶于水的有机溶剂中，混合得油相溶液A；
（2）将水溶性还原剂加入到水中，混合得水相溶液B；
（3）将上述溶液A和B混合，得两相溶液，升温反应后，离心分离出固体，洗涤，得到四氧化三铁微米球。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的有机铁盐与有机配体、水溶性还原剂、水的摩尔比为1:（3～17）:（2～13）:（650～2380）。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中不溶于水的有机溶剂与步骤（2）中水的总体积为反应器容积的70%。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述有机铁盐为乙酰丙酮铁、油酸铁或五羟基铁；所述有机配体为油酸、油胺或十六胺；所述不溶于水的有机溶剂为丙酮、正己烷、氯仿、苯或十八烯。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述水溶性还原剂为抗坏血酸、葡萄糖、硫代硫酸钠或硼氢化钠。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）中，所述的反应条件为温度150～220℃，时间8～30h。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）中，所述的洗涤为通过水和乙醇交替洗涤3次。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：本发明方法制备得到的四氧化三铁微米球，平均粒径范围为1～5μm。
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