CN106782966A - 摩擦诱导磁性纳米颗粒在生物油中的分散方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种摩擦诱导磁性纳米颗粒在生物油中的分散方法，具体是通过控制摩擦副材料、摩擦界面粗糙度、摩擦工况等因素，强化分散剂对磁性纳米颗粒的修饰，最终达到在生物油中均匀分散的目的。本发明分散效率高、工艺条件温和，对于纳米微粒在介质中的分散有重要的应用价值。

Description

摩擦诱导磁性纳米颗粒在生物油中的分散方法
一、技术领域
本发明涉及纳米材料科学领域，具体的说是一种摩擦诱导磁性纳米颗粒在生物油中的分散方法。
二、背景技术
当尺寸达到纳米级别以后，许多材料的物理性质发生了显著的变化，有明显的“纳米效应”，因而，为了开发一些具有新奇特性的功能材料，近二十年来纳米材料得到了广泛的研究，磁性纳米材料由于具有独特的磁性，可以通过外加磁场对其进行控制，因此在药物输送、智能载体、减摩润滑等领域显示了巨大的应用前景。
然而由于纳米颗粒自身较高的比表面能，加上磁性颗粒的磁性使得磁性纳米颗粒非常容易团聚，从而影响了其纳米效应的发挥。为此，人们开发了很多方法来解决磁性纳米颗粒在介质中的分散问题。中国专利[申请号200410073680.6]公开了一种亲水性磁性纳米微粒及其分散液体制备方法，通过结晶反应控制和晶粒表面取代修饰的方法，从而在这种微粒的表面形成静电和水化屏蔽层，将其分散在水相介质中，形成的磁性液体。中国专利[申请号201410641542.7]通过添加十六烷基三甲基溴化铵作为表面活性剂利用化学共沉淀法制备了单分散性超顺磁性Fe3O4纳米粒子。通过总结相关的报道可以发现，现有的分散磁性纳米颗粒的方法主要是在合成过程中添加表面活性剂对颗粒进行原位修饰，此外，分散的介质以水为主。而事实上，由于工艺复杂、分散效果有限以及成本较高等原因，目前市场上的磁性纳米颗粒仍然以粉体占据绝大多数，这些磁性纳米粉体材料在应用时的分散很少有相关报道；另一方面，磁性纳米颗粒在油相体系中的分散还有助于改善油相介质的润滑性能[Zheng X,Xu Y,Geng J,et al.Tribological behavior of Fe3O4/MoS2,nanocomposites additives in aqueous and oil phase media[J].TribologyInternational,2016,102:79-87.]。过去这些油相分散介质主要是化石能源来源为主，随着化石能源的枯竭，可再生的油相介质的应用是未来的趋势。生物油作为一种新型可再生清洁能源，将其作为传统化石能源的替代品，受到了日益关注，然而如何将磁性纳米颗粒长时稳定分散在其中，尚未见相关报道。
尽管目前在磁性纳米颗粒的分散方面已经取得了不少成果，但仍存在一些亟需解决的技术问题，如磁性纳米粉体材料的分散，尤其是在可再生油相生物油介质体系中的分散、如何提高分散效率、延长稳定时间、简化分散工艺、减低分散成本等。
三、发明内容
本发明针对现有技术的不足，目的就是要提供一种摩擦诱导磁性纳米颗粒在生物油中的分散方法，需要解决的技术问题是将磁性纳米粉体材料均匀分散在生物油中，简化分散工艺、降低成本。通过以下技术方案实现：
一种摩擦诱导磁性纳米颗粒在生物油中的分散方法，首先控制摩擦前界面状态，按质量份计，将0.2～8份环糊精加入含生物油100份的端面摩擦机油盒中，在载荷30～60N，速度0.01～0.05m/s，室温下摩擦10～20min，然后加入0.01～2份磁性纳米颗粒，超声处理10～20min，然后在载荷90～120N、速度0.08～0.3m/s，将油温升至50～60℃条件下摩擦30～50min；然后将摩擦后的油样取出，在1000～3000rpm转速下离心10～30min，去除杂质即得分散良好的磁性纳米颗粒生物油分散液；
其中，所述的控制摩擦前界面状态包括采用环-块端面接触摩擦方式，环状摩擦副旋转，块状摩擦副固定，环、块摩擦副均为聚四氟乙烯材料，表面粗糙度分别为0.05～0.10μm、0.07～0.12μm，摩擦接触面积为1000～1200mm2；
所述的生物油，其特征是由生物质快速热解液化所生物质原油在1.2～1.5kPa，54～64℃下减压蒸馏制备的，凝点低于-58℃；
所述的环糊精为β-环糊精和γ-环糊精中的一种；
所述的磁性纳米颗粒为粒径为5～40nm的Fe3O4、Fe、NiO、Ni粉体材料中的一种。
优选的，环糊精、生物油、磁性纳米颗粒的添加量质量比为3～5：100：0.1～1。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明的分散效率高、稳定时间长。采用摩擦诱导分散技术，首先将环糊精稳定分散在生物油中形成纳米笼，然后在摩擦过程中逐步诱导磁性纳米颗粒进入纳米笼，从而达到稳定分散的目的，磁性纳米颗粒在生物油中的分散效率可达86％以上、稳定时间可超过30d。
2、本发明的分散工艺简单，操作条件温和，便于规模化生产，容易得到推广。本发明无需价格较高的表面活性剂以及复杂的原位修饰等工艺，显著降低了分散成本。
四、具体实施方式
以下实施例中所用生物油为生物质快速热解液化所生物质原油在1.2～1.5kPa，54～64℃下减压蒸馏制备的，凝点低于-58℃；以下实施例均采用环-块端面接触摩擦方式，环状摩擦副旋转，块状摩擦副固定，环、块摩擦副均为聚四氟乙烯材料；以下实施例均以质量份计。
实施例1：
环、块摩擦副材料表面粗糙度分别为0.05μm、0.12μm，摩擦接触面积为1000mm2；将0.2份β-环糊精加入含生物油100份的端面摩擦机油盒中，在载荷30N，速度0.01m/s，室温下摩擦20min，然后加入0.01份粒径为15nm的Fe3O4粉体颗粒，超声处理15min，然后在载荷100N、速度0.1m/s，油温50℃条件下摩擦50min；然后将摩擦后的油样取出，在1000rpm转速下离心30min，去除杂质即得分散良好的磁性纳米颗粒生物油分散液。
实施例2：
环、块摩擦副材料表面粗糙度分别为0.08μm、0.08μm，摩擦接触面积为1100mm2；将3份β-环糊精加入含生物油100份的端面摩擦机油盒中，在载荷45N，速度0.02m/s，室温下摩擦15min，然后加入0.1份粒径为30nm的Fe粉体颗粒，超声处理10min，然后在载荷120N、速度0.2m/s，油温55℃条件下摩擦40min；然后将摩擦后的油样取出，在2000rpm转速下离心15min，去除杂质即得分散良好的磁性纳米颗粒生物油分散液。
实施例3：
环、块摩擦副材料表面粗糙度分别为0.10μm、0.07μm，摩擦接触面积为1200mm2；将8份β-环糊精加入含生物油100份的端面摩擦机油盒中，在载荷60N，速度0.05m/s，室温下摩擦10min，然后加入2份粒径为20nm的Ni粉体颗粒，超声处理20min，然后在载荷100N、速度0.3m/s，油温60℃条件下摩擦30min；然后将摩擦后的油样取出，在3000rpm转速下离心10min，去除杂质即得分散良好的磁性纳米颗粒生物油分散液。
实施例4：
在实施例1，将其中15nm的Fe3O4粉体颗粒替换为12nm的NiO粉体颗粒，其余工艺条件同实施例1。
实施例5～7：
在实施例1～3，将其中的β-环糊精替换为γ-环糊精，其余工艺条件分别同实施例1～3。

Claims (2)

1.一种摩擦诱导磁性纳米颗粒在生物油中的分散方法，其特征在于，控制摩擦前界面状态，按质量份计，将0.2～8份环糊精加入含生物油100份的端面摩擦机油盒中，在载荷30～60N，速度0.01～0.05m/s，室温下摩擦10～20min，然后加入0.01～2份磁性纳米颗粒，超声处理10～20min，然后在载荷90～120N、速度0.08～0.3m/s，将油温升至50～60℃条件下摩擦30～50min；然后将摩擦后的油样取出，在1000～3000rpm转速下离心10～30min，去除杂质即得分散良好的磁性纳米颗粒生物油分散液；
其中，所述的控制摩擦前界面状态包括采用环-块端面接触摩擦方式，环状摩擦副旋转，块状摩擦副固定，环、块摩擦副均为聚四氟乙烯材料，表面粗糙度分别为0.05～0.10μm、0.07～0.12μm，摩擦接触面积为1000～1200mm2；
所述的生物油，其特征是由生物质快速热解液化所得生物质原油在1.2～1.5kPa，54～64℃下减压蒸馏制备的，凝点低于-58℃；
所述的环糊精为β-环糊精和γ-环糊精中的一种；
所述的磁性纳米颗粒为粒径为5～40nm的Fe3O4、Fe、NiO、Ni粉体材料中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种摩擦诱导磁性纳米颗粒在生物油中的分散方法，其特征在于，环糊精、生物油、磁性纳米颗粒的添加量质量比为3～5：100：0.1～1。
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