RU2787203C1 - Способ получения наночастиц феррита кобальта - Google Patents
Способ получения наночастиц феррита кобальта Download PDFInfo
- Publication number
- RU2787203C1 RU2787203C1 RU2022123700A RU2022123700A RU2787203C1 RU 2787203 C1 RU2787203 C1 RU 2787203C1 RU 2022123700 A RU2022123700 A RU 2022123700A RU 2022123700 A RU2022123700 A RU 2022123700A RU 2787203 C1 RU2787203 C1 RU 2787203C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nanoparticles
- cobalt ferrite
- cobalt
- mixture
- acetylacetonate
- Prior art date
Links
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 57
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 57
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 52
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 16
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 34
- WVDDGKGOMKODPV-UHFFFAOYSA-N Benzyl alcohol Chemical compound OCC1=CC=CC=C1 WVDDGKGOMKODPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 10
- AQBLLJNPHDIAPN-LNTINUHCSA-K iron(3+);(z)-4-oxopent-2-en-2-olate Chemical compound [Fe+3].C\C([O-])=C\C(C)=O.C\C([O-])=C\C(C)=O.C\C([O-])=C\C(C)=O AQBLLJNPHDIAPN-LNTINUHCSA-K 0.000 claims abstract description 9
- 235000019445 benzyl alcohol Nutrition 0.000 claims abstract description 8
- FCEOGYWNOSBEPV-FDGPNNRMSA-N cobalt;(z)-4-hydroxypent-3-en-2-one Chemical compound [Co].C\C(O)=C\C(C)=O.C\C(O)=C\C(C)=O FCEOGYWNOSBEPV-FDGPNNRMSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000010908 decantation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 abstract description 6
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 206010020843 Hyperthermia Diseases 0.000 abstract description 2
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 abstract description 2
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 abstract description 2
- 239000002872 contrast media Substances 0.000 abstract description 2
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 abstract description 2
- 230000036031 hyperthermia Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 7
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 7
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000001636 atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 4
- 229910003321 CoFe Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 229940031182 nanoparticles iron oxide Drugs 0.000 description 3
- 239000003495 polar organic solvent Substances 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 238000003303 reheating Methods 0.000 description 3
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 3
- WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N (E)-8-Octadecenoic acid Natural products CCCCCCCCCC=CCCCCCCC(O)=O WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 20:1omega9c fatty acid Natural products CCCCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 9-Heptadecensaeure Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N Oleic acid Natural products CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005642 Oleic acid Substances 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- MHDVGSVTJDSBDK-UHFFFAOYSA-N dibenzyl ether Chemical compound C=1C=CC=CC=1COCC1=CC=CC=C1 MHDVGSVTJDSBDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 2
- QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N isooleic acid Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCCC(O)=O QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- CCCMONHAUSKTEQ-UHFFFAOYSA-N octadec-1-ene Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCC=C CCCMONHAUSKTEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N oleic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N 0.000 description 2
- WVDDGKGOMKODPV-ZQBYOMGUSA-N phenyl(114C)methanol Chemical compound O[14CH2]C1=CC=CC=C1 WVDDGKGOMKODPV-ZQBYOMGUSA-N 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- QGLWBTPVKHMVHM-KTKRTIGZSA-N (z)-octadec-9-en-1-amine Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCCN QGLWBTPVKHMVHM-KTKRTIGZSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BCKXLBQYZLBQEK-KVVVOXFISA-M Sodium oleate Chemical compound [Na+].CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC([O-])=O BCKXLBQYZLBQEK-KVVVOXFISA-M 0.000 description 1
- GFHNAMRJFCEERV-UHFFFAOYSA-L cobalt chloride hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Cl-].[Cl-].[Co+2] GFHNAMRJFCEERV-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- XLJKHNWPARRRJB-UHFFFAOYSA-N cobalt(2+) Chemical compound [Co+2] XLJKHNWPARRRJB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 1
- NQXWGWZJXJUMQB-UHFFFAOYSA-K iron trichloride hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Cl-].Cl[Fe+]Cl NQXWGWZJXJUMQB-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002069 magnetite nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 229920003196 poly(1,3-dioxolane) Polymers 0.000 description 1
- 206010063401 primary progressive multiple sclerosis Diseases 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 102200075479 rs137854447 Human genes 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к нанохимии и может быть использовано при изготовлении контрастных агентов для диагностики злокачественных новообразований методом магнитно-резонансной томографии (МРТ), магнитной сепарации, гипертермии, адресной доставки лекарств. В качестве исходного раствора используют растворённые в бензиловом спирте ацетилацетонат железа (III) с концентрацией 31-42 г/л и ацетилацетонат кобальта (II) с концентрацией 3-12 г/л. Нагрев полученного раствора проводят в атмосфере инертного газа в два этапа: сначала до 50°С со скоростью нагрева 0,5°С/мин в течение 50 мин, затем в течение 6-8 ч со скоростью 15-30°С/ч до температуры 160-205°С с выдержкой в течение 0,5-10 ч при достигнутой температуре. Смесь охлаждают в присутствии инертного газа, затем добавляют ацетон и отделяют полученные наночастицы феррита кобальта центрифугированием или магнитной декантацией. Улучшаются магнитные свойства наночастиц феррита кобальта за счет повышения их коэрцитивной силы в 1,5 раза. Порошок монодисперсен и состоит из наночастиц, форма которых близка к сферической. 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 пр.
Description
Изобретение относится к нанохимии и касается способа получения наночастиц кобальтового феррита, которые могут найти свое применение в качестве контрастного агента для дагностики злокачественных новообразований методом магнитно-резонансной томографии (МРТ), магнитной сепарации, гипертермии, адресной доставки лекарств и.т.д.
Известен способ получения наночастиц сложных оксидов путем нагревания раствора соединения железа и кобальта (ацетилацетоната железа (III) и ацетилацетоната кобальта (II)) в присутствии поверхностно активных веществ олеиновой кислоты и олеиламина в дибензиловом эфире при постоянном перемешивании до 110°С, выдерживания смеси при данной температуре в течение 1 ч, повторного нагрева смеси со скоростью 10°С/мин до 290°С в атмосфере инертного газа аргона, выдерживания полученной смеси при данной температуре в течение 45 мин, медленного охлаждения смеси до комнатной температуры, отделения наночастиц кобальтового феррита на магните, промывка осадка безводной смесью из ацетона и этанола (Y. Eom, М. Abbas, Н. Noh and С.Kim. Morphology-controlled synthesis of highly crystalline Fe3O4 and CoFe2O4 nanoparticles using facile thermal decomposition method RSC Adv., 2016).
Недостатками данного способа являются то, что полученные наночастицы феррита кобальта обладают относительно невысокими магнитными свойствами, что не позволяет провести эффективную МРТ-диагностику, и затрудняет их использование для удаленного манипулирования во внешнем магнитном поле.
Известен способ получения наночастиц сложных оксидов железа из смеси гексагидрата хлорида железа (III), гексагидрата хлорида кобальта (II) олеата натрия, олеиновой кислоты в органическом растворителе 1-октадецене с последующей обработкой ультразвуком, нагреванием до 130°С и выдерживанием смеси при данной температуре в течение 1 ч при постоянном перемешивании, повторного нагрева смеси при до 318°С со скоростью нагрева 5°С/мин, выдерживания полученной смеси при данной температуре в течение 120 минут, охлаждали до комнатной температуры, промывали три раза теплой дистиллированной водой (50°С), осаждали в органической фазе и ресуспендирвали в хлороформе наночастицы кобальтового феррита (W. Baaziz, В.P. Pichon, Y. Liu, J. Greneche, С.Ulhaq, E. Terrier, et al. Tuning of synthesis conditions by thermal decomposition towards core-shell CoxFe1-xO@CoyFe3-yO4 and CoFe2O4 nanoparticles. ACS Chemistry of materials, 2016.
Недостатками данного способа являются то, что полученные наночастицы феррита кобальта обладают относительно невысокими магнитными свойствами, что не позволяет провести эффективную МРТ-диагностику, и затрудняет их использование для удаленного манипулирования во внешнем магнитном поле.
Наиболее близким к заявляемому является способ получения магнитных наночастиц оксида железа (патент RU 2723932 С1, 18.06.2020 А61В 5/055 (2006.01)) путем нагревания ацетилацетоната железа (III) в бензиловом спирте до 110°С в течение 1 ч, повторного нагрева растворителя до температуры кипения, выдерживания смеси при температуре кипения в течение 40 ч, медленного охлаждения смеси до комнатной температуры, добавления в смесь безводного ацетона, отделения наночастиц оксида железа центрифугированием, промывки осадка наночастиц оксида железа ацетоном, удаления ацетона на роторном испарителе.
Известный способ дает получать наночастицы магнетита размером от (3-12)±1 нм. Его основным недостатком является относительно небольшие значения коэрцитивной силы 41,5 Э (3,3 килоАмпер/м (кА/м), а также то, что данным способом можно получать наночастицы только одного фазового и элементного состава.
Техническая задача изобретения заключается в разработке способа получения наночастиц феррита кобальта, лишенного вышеуказанных недостатков.
Технический результат изобретения заключается в улучшении магнитных свойств наночастиц феррита кобальта за счет повышения их коэрцитивной силы.
Технический результат достигается тем что, способ получения наночастиц феррита кобальта включает нагрев исходного раствора в бензиловом спирте и его выдерживание при достигнутой температуре в атмосфере инертного газа с последующим охлаждением полученной смеси в присутствии инертного газа, добавление в суспензию ацетона и отделение частиц из раствора, причем в качестве исходного раствора используют ацетилацетонат железа (III) с концентрацией 31-42 г/л и ацетилацетоната кобальта (II) с концентрацией 3-12 г/л, нагрев проводят в два этапа: первоначальный нагрев смеси до 50°С со скоростью нагрева 0,5°С/мин в течение 50 мин последующий нагрев смеси проводят в течение 6-8 ч со скоростью 15-30°С/ч до температуры 160-205°С, выдерживают при достигнутой температуре в течение 0,5-10 ч.
Отделение частиц феррита кобальта из раствора после введения ацетона возможно методами центрифугирования или магнитной декантации.
В качестве исходного раствора используется растворы ацетилацетонат железа (III) и ацетилацетонат кобальта (II) в бензиловом спирте, при этом их концентрация в бензиловом спирте может варьироваться и составлять, например, 31-42 г/л и 3-12 г/л соответственно.
Оптимальная температура первоначального нагрева смеси органического соединения железа (III), кобальта (II), и бензилового спирта, равная 50°С, и оптимальная продолжительность нагрева вышеуказанной смеси при 50°С, равная 50 мин, были установлены экспериментально. После проведения вышеуказанных стадий синтеза необходимо в атмосфере инертного газа нагреть реакционную смесь с 50°С до 205°С. При этом скорость нагрева реакционной смеси составляет, например, 15-30°С/мин и все стадии синтеза наночастиц феррита кобальта необходимо проводить в атмосфере любого инертного газа, например, такого, как азот, аргон и т.д. После нагрева смеси до 160-205°С реакционную смесь необходимо выдержать при данной температуре в течение определенного времени, например, в течение 0,5-10 ч, при этом данную операцию также необходимо проводить в атмосфере инертного газа. После выдерживания реакционной смеси ее необходимо охладить до комнатной температуры, при этом продолжительность охлаждения реакционной смеси также может быть различной и составлять, например, 40-120 мин. Следует отметить, что стадию охлаждения реакционную смеси также необходимо проводить в атмосфере инертного газа. Если вышеуказанные стадии синтеза проводить не в атмосфере инертного газа, а, например, в присутствия воздуха или хотя бы одну из вышеуказанных стадий синтеза вообще не проводить, то технический результат изобретения не достигается.
После охлаждения смеси до комнатной температуры в предложенном способе в систему необходимо ввести ацетон, необходимый для декантации полученных наночастиц феррита кобальта, причем для выполнения этой стадии синтеза атмосфера инертного газа не требуется и ее можно проводить в присутствии воздуха. При этом количество вводимого ацетона может варьироваться в широких пределах и составлять, например, 100-200% от объема реакционной смеси.
После введения ацетона наночастицы феррита кобальта можно отделять с использованием традиционно применяемых для этих целей методов, например, таких как центрифугирование или магнитная декантация.
Полученные наночастицы феррита кобальта требуется хранить при пониженной температуре в морозилке в герметичной стеклянной посуде без ухудшения свойств в течение длительного времени, например, в течение 6 месяцев.
Размер, морфология и распределение по размерам наночастиц феррита кобальта были исследованы методом просвечивающей электронной микроскопии на приборе JEM JEOL-1400 при ускоряющем напряжении 120 кВ. Образцы готовили нанесением 10 мкл коллоидного раствора НЧ ([Fe]=0,5 мг/мл) на медеую сетку (d=3.05 мм), покрытую формваром, и высушивали на воздухе в течение 1 ч при комнатной температуре. Анализ размеров магнитного ядра осуществляли с использованием программного обеспечения ImageG.
Рентгенофазовый анализ наночастиц феррита кобальта проводили на рентгенофазовом дифрактометре ДРОН-4 с Со-Кα-излучением, ток трубки составлял 19 мА, напряжение - 40 кВ, трубка работала в стандвртном режиме. Съемка осуществлялась при дифракционных углах 2θ от 15-120° при скорости сканирования 0,1° и времени экспозиции на точку съемки 5 с. Качественный фазовый анализ осуществляли путем сопоставления спектров с использованием программного обеспечения PDXL.
Магнитные свойства полученных кластеров определяют при комнатной температуре общепринятым методом на вибрационном магнетометре с помощью измерительного комплекса PPMS-9 в полях от -30 килоЭрстед (кЭ) до +30 (кЭ).
Элементный состав наночастиц феррита кобальта был установлен методом атомно-эмиссионной спектроскопии на приборе Agilent МР-4200 с использованием индуктивно-связанной плазмы в качестве источника возбуждения. На первом этапе строят калибровочную кривую с использованием стандартных водных растворов различной концентрации железа и кобальта в диапазоне от 500 до 2000 нг/мл. Затем готовят водный раствор образца с концентрацией железа и кобальта в диапазоне от 500 до 2000 нг/мл, и исследуют на приборе. Полученное значение концентрации железа и кобальта в водном растворе образца определяют с использованием полученной калибровочной кривой, после чего определяют концентрацию железа и кобальта в исходном образце с учетом произведенных разбавлений.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена микрофотография наночастиц феррита кобальта, полученных в примере 1 и соответствующая им гистограмма распределения наночастиц феррита кобальта по размерам; на фиг. 2 представлена рентгенограмма порошка наночастиц феррита кобальта полученная в примере 1 с индексацией характерных кристаллографических плоскостей; на фиг. 3 представлена микрофотография наночастиц феррита кобальта, полученных в примере 2 и соответствующая им гистограмма распределения наночастиц феррита кобальта по размерам; на фиг. 4 представлена рентгенограмма порошка наночастиц феррита кобальта полученная в примере 2 с индексацией характерных кристаллографических плоскостей; на фиг. 5 представлена микрофотография наночастиц феррита кобальта, полученных в примере 3 и соответствующая им гистограмма распределения наночастиц феррита кобальта по размерам; на фиг. 6 представлена рентгенограмма порошка наночастиц феррита кобальта полученная в примере 1 с индексацией характерных кристаллографических плоскостей.
Пример 1.
В трехгорлую колбу на 250 мл, снабженную магнитной мешалкой, термометром, трубкой с краном для подачи газа, обратным холодильником и подводом инертного газа, помещают 100 мл раствора ацетилацетоната железа (III) с концентрацией 31,7 г/л и ацетилацетоната кобальта (II) с концентрацией 11,6 г/л в бензиловом спирте. Содержимое колбы нагревают до 50°С со скоростью 0,5°С/мин в течение 50 мин. После чего содержимое колбы нагревают с 50°С до 160°С со скоростью 25°С/ч, выдерживают при 160°С в течение 2 ч, после чего содержимое колбы охлаждают до комнатной температуры при подаче инертного газа аргона. Получают суспензию наночастиц феррита кобальта, для отделения которых суспензию переносят в химический стакан, в который затем добавляют 128 мл водорастворимого полярного органического растворителя - ацетона, содержимое стакана вначале перемешивают, затем переносят в центрифужную пробирку и проводят отделение наночастиц центрифугированием при 6000 об/мин в течение 25 мин. Осевшие наночастицы феррита кобальта пять раз промывают порциями по 15 мл ацетона с последующим центрифугированием суспензии, осуществляя указанные стадии очистки наночастиц феррита кобальта в течение пяти раз. После этого к осадку добавляют 25 мл ацетона, смесь перемешивают, переносят в круглодонную колбу, которую для удаления ацетона присоединяют к роторному испарителю и проводят сушку до постоянной массы осадка. Получают 909 мг наночастиц феррита кобальта.
По данным атомно-эмиссионной спектроскопии по определению количественного элементного состава наночастиц феррита кобальта по интенсивности отдельных спектральных линий. В образце наночастиц, полученных в примере элементное соотношение [Fe]:[Co], установленное методом атомно-эмиссионной спектроскопии составило 2:1. Рассчитанные значения близкие к стехиометрическим для наночастиц CoFe2O4.
На Фиг. 1 приведена микрофотография суспензии наночастиц наночастиц феррита кобальта, по которой можно наблюдать, что в примере образуются наночастицы околосферической формы со средним размером 6±1 нм.
На Фиг. 2 представлена рентгенограмма порошка наночастиц. Положение пиков на рентгенограмме и их относительная интенсивность соответствуют наличию фазы феррита кобальта.
С помощью вибрационного магнетометра было показано, что полученные наночастицы феррита кобальта обладают высокой коэрцитивной силой, составляющей 46,5 Э (3,7 килоАмпер/м (кА/м)).
Полученные кристаллы феррита кобальта при пониженной температуре в морозилке в герметичной стеклянной посуде без ухудшения свойств в течение, по крайней мере, 6 месяцев.
Пример 2.
В трехгорлую колбу на 250 мл, снабженную магнитной мешалкой, термометром, трубкой с краном для подачи газа, обратным холодильником и подводом инертного газа, помещают 100 мл раствора ацетилацетоната железа (III) с концентрацией 39,3 г/л и ацетилацетоната кобальта (II) с концентрацией 4,8 г/л в бензиловом спирте. Содержимое колбы нагревают до 50°С со скоростью 0,5°С/мин в течение 50 мин. После чего содержимое колбы нагревают с 50°С до 205°С со скоростью 18°С/ч, затем колбу выдерживают при 200°С в течение 10 ч, после чего содержимое колбы охлаждают до комнатной температуры при подаче инертного газа аргона. Получают суспензию наночастиц феррита кобальта, для отделения которых суспензию переносят в химический стакан, в который затем добавляют 140 мл водорастворимого полярного органического растворителя - ацетона, содержимое стакана вначале перемешивают, затем переносят в центрифужную пробирку и проводят отделение наночастиц центрифугированием при 6000 об/мин в течение 30 мин. В пробирку с осевшими наночастицами феррита кобальта добавляют 10 мл ацетона, содержимое пробирки перемешивают, затем проводят повторное центрифугирование, после чего проводят еще 2 вышеописанные стадии очистки наночастиц. После этого к осадку добавляют 25 мл ацетона, смесь перемешивают, переносят в круглодонную колбу, присоединяют к роторному испарителю и проводят сушку до постоянной массы осадка. Получают 930 мг наночастиц феррита кобальта.
Методом просвечивающей электронной микроскопии было показано, что в примере образуются наночастицы с формой, близкой к сферической, со средним диаметром 5±1 нм (фиг. 3). По данным рентгенофазового анализа продукт по фазовому составу представляет собой феррит кобальта (фиг. 4). С помощью вибрационного магнетометра было показано, что полученные наночастицы феррита кобальта обладают высокой коэрцитивной силой, составляющей 62,8 Э (5 килоАмпер/м (кА/м)). Методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой было проведено исследование по установлению количественного элементного состава. В результате измерений было установлено соотношение [Fe]:[Co]=1:6.
Полученные кристаллы феррита кобальта при пониженной температуре в морозилке в герметичной стеклянной посуде без ухудшения свойств в течение, по крайней мере, 6 месяцев.
Пример 3.
Опыт проводят аналогично примеру 1 и примеру 2, однако, используют 100 мл раствора ацетилацетоната железа (III) с концентрацией 39,3 г/л и ацетилацетоната кобальта (II) с концентрацией 4,8 г/л в бензиловом спирте, в колбу подают ток азота, нагрев содержимого колбы осуществляют до 50°С со скоростью 1°С/мин в течение 50 мин. После чего содержимое колбы нагревают с 50°С до 160°С со скоростью 18°С/ч. Затем колбу выдерживают при 160°С в течение 30 мин, после чего содержимое колбы охлаждают до комнатной температуры при подаче инертного газа азота. Получают суспензию наночастиц феррита кобальта, для отделения которых суспензию переносят в химический стакан, в который затем добавляют 130 мл водорастворимого полярного органического растворителя - ацетона, содержимое стакана вначале перемешивают, затем переносят в центрифужную пробирку и проводят отделение наночастиц центрифугированием при 6000 об/мин в течение 20 мин. В пробирку с осевшими наночастицами феррита кобальта добавляют 10 мл ацетона, содержимое пробирки перемешивают, затем проводят повторное центрифугирование, после чего проводят еще 2 вышеописанные стадии очистки наночастиц. После этого к осадку добавляют 15 мл ацетона, смесь перемешивают, переносят в круглодонную колбу, присоединяют к роторному испарителю и проводят сушку до постоянной массы осадка. Получают 940 мг наночастиц феррита кобальта.
По данным рентгенофазового анализа продукт по фазовому составу представляет собой феррит кобальта (фиг. 6). По данным просвечивающей электронной микроскопии, порошок монодисперсен, и состоит из частиц околосферической формы с диаметром 5±1 нм (фиг. 5). С помощью вибрационного магнетометра было показано, что полученные наночастицы феррита кобальта обладают высокой коэрцитивной силой 49 Э (3,9 килоАмпер/м (кА/м)).
Элементный состав, установленный методом атомно-эмиссионной спектроскопии для синтезированных наночастиц в примере составил [Fe]:[Co]=1:10.
Полученные кристаллы феррита кобальта при пониженной температуре в морозилке в герметичной стеклянной посуде без ухудшения свойств в течение, по крайней мере, 6 месяцев.
Таким образом, из приведенных примеров видно, что предложенный способ позволяет получать наночастицы феррита кобальта, обладающих высокими значениями коэрцитивной силы, повышая значение коэрцитивной силы в 1,5 раза, по сравнению с прототипом, что улучшает их магнитные свойства, а также позволяет получать наночастицы определенного фазового и элементного состава.
Claims (2)
1. Способ получения наночастиц феррита кобальта, включающий нагрев исходного раствора в бензиловом спирте и его выдерживание при достигнутой температуре в атмосфере инертного газа с последующим охлаждением полученной смеси в присутствии инертного газа, добавление в суспензию ацетона и отделение частиц из раствора, отличающийся тем, что в качестве исходного раствора используют ацетилацетонат железа (III) с концентрацией 31-42 г/л и ацетилацетонат кобальта (II) с концентрацией 3-12 г/л, нагрев проводят в два этапа: первоначальный нагрев смеси до 50°С со скоростью нагрева 0,5°С/мин в течение 50 мин, последующий нагрев смеси проводят в течение 6-8 ч со скоростью 15-30°С/ч до температуры 160-205°С, выдерживание при достигнутой температуре в течение 0,5-10 ч.
2. Способ по п. 1, в котором отделение частиц феррита кобальта из раствора после введения ацетона возможно методами центрифугирования или магнитной декантации.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2787203C1 true RU2787203C1 (ru) | 2022-12-29 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2814102C1 (ru) * | 2023-07-14 | 2024-02-22 | Общество с ограниченной ответственностью "КАТАЛИЗАТОР" | Способ получения феррита кобальта |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2625981C1 (ru) * | 2016-09-16 | 2017-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" | Способ получения нанопорошков феррита кобальта и микрореактор для его реализации |
| RU2723932C1 (ru) * | 2019-07-30 | 2020-06-18 | Максим Артемович Абакумов | Препарат для диагностики новообразований методом магнитно-резонансной томографии |
| RU2761198C1 (ru) * | 2021-04-16 | 2021-12-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" | Способ получения феррита кобальта |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2625981C1 (ru) * | 2016-09-16 | 2017-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" | Способ получения нанопорошков феррита кобальта и микрореактор для его реализации |
| RU2723932C1 (ru) * | 2019-07-30 | 2020-06-18 | Максим Артемович Абакумов | Препарат для диагностики новообразований методом магнитно-резонансной томографии |
| RU2761198C1 (ru) * | 2021-04-16 | 2021-12-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" | Способ получения феррита кобальта |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| KATALIN SINKO et al. Liquid-phase syntheses of cobalt ferrite nanoparticles, J. Nanopart. Res., 2012, 14:894. Y. EOM et al. Morphology-controlled synthesis of highly crystalline Fe3O4 and CoFe2O4 nanoparticles using a facile thermal decomposition method, RSC Adv., 2016. FERNANDES DE MEDEIROS et al. Synthesis of CoFe2O4 nanocubes, Nano-Structures & Nano-Objects, 21 (2020). * |
| L. AJROUDI et al. Synthesis and microstructure of cobalt ferrite nanoparticles, J. of Cryst. Growth, 2010, 312 (6), p.p. 2465-2471. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2814102C1 (ru) * | 2023-07-14 | 2024-02-22 | Общество с ограниченной ответственностью "КАТАЛИЗАТОР" | Способ получения феррита кобальта |
| RU2829759C1 (ru) * | 2023-12-26 | 2024-11-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ получения наночастиц феррита марганца управляемого размера с контролируемыми магнитными свойствами |
| RU2834435C1 (ru) * | 2024-05-15 | 2025-02-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА ФЕРРИТА КОБАЛЬТА CoFe2O4 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| El-Hagary et al. | The particle size-dependent optical band gap and magnetic properties of Fe-doped CeO2 nanoparticles | |
| Limaye et al. | Room temperature ferromagnetism in undoped and Fe doped ZnO nanorods: microwave-assisted synthesis | |
| Abbas et al. | Highly stable-silica encapsulating magnetite nanoparticles (Fe3O4/SiO2) synthesized using single surfactantless-polyol process | |
| Cheng et al. | Facile synthesis and morphology evolution of magnetic iron oxide nanoparticles in different polyol processes | |
| JP5569837B2 (ja) | 表面被覆無機物粒子の製造方法 | |
| Wang et al. | Gold nanoclusters decorated with magnetic iron oxide nanoparticles for potential multimodal optical/magnetic resonance imaging | |
| Kostyukhin et al. | Microwave-assisted synthesis of magnetite nanoparticles possessing superior magnetic properties | |
| McGrath et al. | Size and shape evolution of highly magnetic iron nanoparticles from successive growth reactions | |
| Qin et al. | Hydrothermal synthesis of superparamagnetic and red luminescent bifunctional Fe3O4@ Mn2+-doped NaYF4: Yb/Er core@ shell monodisperse nanoparticles and their subsequent ligand exchange in water | |
| Saha et al. | Fe doped CdTeS magnetic quantum dots for bioimaging | |
| Venkatesha et al. | ZnO coated CoFe 2 O 4 nanoparticles for multimodal bio-imaging | |
| Chaleawlert-umpon et al. | Morphology-controlled magnetite nanoclusters via polyethyleneimine-mediated solvothermal process | |
| Kaman et al. | Magnetic particle spectroscopy and magnetic particle imaging of zinc and cobalt ferrite nanoparticles: Distinct relaxation mechanisms | |
| Li et al. | Size-controlled syntheses and hydrophilic surface modification of Fe 3 O 4, Ag, and Fe 3 O 4/Ag heterodimer nanocrystals | |
| Rodríguez-Llamazares et al. | Ni/Ni oxides nanoparticles with potential biomedical applications obtained by displacement of a nickel-organometallic complex | |
| Grasset et al. | One-pot synthesis and characterizations of bi-functional phosphor–magnetic@ SiO 2 nanoparticles: controlled and structured association of Mo 6 cluster units and γ-Fe 2 O 3 nanocrystals | |
| Zhang et al. | Possible gadolinium ions leaching and MR sensitivity over-estimation in mesoporous silica-coated upconversion nanocrystals | |
| Nistler et al. | Production and characterization of long-term stable superparamagnetic iron oxide-shell silica-core nanocomposites | |
| Jahanbin et al. | High potential of Mn-doped ZnS nanoparticles with different dopant concentrations as novel MRI contrast agents: synthesis and in vitro relaxivity studies | |
| Oliveira et al. | Ionic liquids as recycling solvents for the synthesis of magnetic nanoparticles | |
| RU2787203C1 (ru) | Способ получения наночастиц феррита кобальта | |
| Jagminas et al. | Methionine-mediated synthesis of magnetic nanoparticles and functionalization with gold quantum dots for theranostic applications | |
| Islam et al. | Silica encapsulation of sonochemically synthesized iron oxide nanoparticles | |
| Shi et al. | Multifuctional Fe3O4@ C/YVO4: Dy3+ nanopowers: preparation, luminescence and magnetic properties | |
| Wang et al. | Preparation of bi-functional NaGdF4-based upconversion nanocrystals and fine-tuning of emission colors of the nanocrystals by doping with Mn2+ |