RU2829759C1 - Способ получения наночастиц феррита марганца управляемого размера с контролируемыми магнитными свойствами - Google Patents
Способ получения наночастиц феррита марганца управляемого размера с контролируемыми магнитными свойствами Download PDFInfo
- Publication number
- RU2829759C1 RU2829759C1 RU2023135139A RU2023135139A RU2829759C1 RU 2829759 C1 RU2829759 C1 RU 2829759C1 RU 2023135139 A RU2023135139 A RU 2023135139A RU 2023135139 A RU2023135139 A RU 2023135139A RU 2829759 C1 RU2829759 C1 RU 2829759C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nanoparticles
- manganese
- suspension
- manganese ferrite
- heated
- Prior art date
Links
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 239000011572 manganese Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 43
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 42
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 35
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- WVDDGKGOMKODPV-UHFFFAOYSA-N Benzyl alcohol Chemical compound OCC1=CC=CC=C1 WVDDGKGOMKODPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 12
- 235000019445 benzyl alcohol Nutrition 0.000 claims abstract description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 238000010908 decantation Methods 0.000 claims description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 10
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract description 3
- 206010020843 Hyperthermia Diseases 0.000 abstract description 2
- 239000002872 contrast media Substances 0.000 abstract description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 abstract description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 abstract description 2
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000036031 hyperthermia Effects 0.000 abstract description 2
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000771 oncological effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 6
- 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 description 6
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 6
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 6
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 5
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 5
- ZQZQURFYFJBOCE-FDGPNNRMSA-L manganese(2+);(z)-4-oxopent-2-en-2-olate Chemical compound [Mn+2].C\C([O-])=C\C(C)=O.C\C([O-])=C\C(C)=O ZQZQURFYFJBOCE-FDGPNNRMSA-L 0.000 description 5
- WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N (E)-8-Octadecenoic acid Natural products CCCCCCCCCC=CCCCCCCC(O)=O WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QGLWBTPVKHMVHM-KTKRTIGZSA-N (z)-octadec-9-en-1-amine Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCCN QGLWBTPVKHMVHM-KTKRTIGZSA-N 0.000 description 4
- LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 20:1omega9c fatty acid Natural products CCCCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 9-Heptadecensaeure Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N Oleic acid Natural products CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000005642 Oleic acid Substances 0.000 description 4
- 238000001636 atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 4
- MHDVGSVTJDSBDK-UHFFFAOYSA-N dibenzyl ether Chemical compound C=1C=CC=CC=1COCC1=CC=CC=C1 MHDVGSVTJDSBDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N isooleic acid Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCCC(O)=O QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N oleic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000003495 polar organic solvent Substances 0.000 description 3
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- BTOOAFQCTJZDRC-UHFFFAOYSA-N 1,2-hexadecanediol Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCC(O)CO BTOOAFQCTJZDRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 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
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 2
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 2
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 2
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000005595 acetylacetonate group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000013522 chelant Substances 0.000 description 1
- 239000007810 chemical reaction solvent Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000000599 controlled substance Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012456 homogeneous solution Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 238000002354 inductively-coupled plasma atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 206010063401 primary progressive multiple sclerosis Diseases 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к технологии получения наноразмерных ферритов марганца, которые могут найти применение в качестве контрастирующих агентов для диагностики методом магнитно-резонансной томографии, а также в качестве тераностических агентов для магнитной гипертермии онкологических заболеваний и средств для направленной доставки лекарственных препаратов. Способ включает нагрев исходного раствора, содержащего растворы ацетилацетонатов железа (III) и марганца (II) в бензиловом спирте при их концентрации в диапазонах 28-30 г/л и 9-12 г/л соответственно, и его выдерживание в атмосфере азота в течение 0,5-140 ч с последующим охлаждением полученной суспензии при постоянном токе азота, причем далее в суспензию добавляют ацетон и отделяют из нее наночастицы феррита марганца. При этом нагрев исходного раствора осуществляют в два этапа: сначала в течение 55 мин нагревают до температуры 45-50°С со скоростью 0,6-0,8°С/мин, а затем в течение 5-6 ч нагревают до температуры 160-180°С со скоростью 10-20°С/ч. Обеспечивается получение наночастиц феррита марганца постоянного стехиометрического состава (MnxFeyO4, х:у=1:2), с высокими значениями удельной намагниченности насыщения, с возможностью контроля как размера получаемых наночастиц, так и их магнитных свойств. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.
Description
Изобретение относится к нанохимии и касается технологии получения наноразмерных ферритов марганца разного размера и постоянного стехиометрического состава (MnxFeyO4, х:у=1:2), благодаря чему появится возможность контролировать магнитные свойства получаемых наночастиц. Наночастицы смогут найти применение в качестве контрастирующих агентов для диагностики методом магнитно-резонансной томографии (MPT), а также в качестве тераностических агентов для магнитной гипертермии онкологических заболеваний, средств для направленной доставки лекарственных препаратов и т.д.
Известен способ получения наноферритов MnFe2O методом термического разложения. Смесь ацетилацетоната железа (III) (Fe(acac)3) и ацетилацетоната марганца (II) (Mn(асас)2) в количестве 6 ммоль и 3 ммоль соответственно растворяли в 40 мл дибензилового эфира при механическом перемешивании. Эквимолярное количество олеиламина, олеиновой кислоты и 1,2-гексадекандиола смешивали с полученной суспензией солей металлов для хелатирования ионов Fe3+ и Mn2+ в растворе. Молярное соотношение олеиновой кислоты, олеиламина и 1,2-гексадекандиола составляло 3:3:5. Олеиламин использовали в качестве поверхностно-активного вещества для стабилизации суспензии олеиновой кислоты с ацетилацетонатами металлов. Суспензию перемешивали механически в потоке инертного газа, что приводило к получению прозрачного раствора. Затем суспензию помещали в предварительно разогретую до 270°С печь на 90 минут. После охлаждения органическую жидкую фазу удаляли, а наночастицы промывали 4-5 раз и осаждали этанолом. Затем наноферриты отделяли с помощью постоянного магнита, а более крупные агломераты удаляли центрифугированием при 2000 оборотах в минуту. Наконец, синтезированные наноферриты MnFe2O4 были получены путем выпаривания этанола нагреванием при 60°С в печи с горячим воздухом (Singh G, Chandra S, Electrochemical performance of MnFe2O4 nano-ferrites synthesized using thermal decomposition method, International Journal of Hydrogen Energy (2017), http://dx.doi.Org/10.1016/j.ijhydene.2017.08.181).
Недостатками данного способа являются то, что полученные наночастицы феррита марганца обладают широким распределением по размерам, не являются единичными, а также осуществляя синтез наночастиц феррита марганца данным методом невозможно контролировать стехиометрический показатель.
Известен способ получения наночастиц MnFe2O4, покрытых поливинилпирролидоном, одноэтапным сонохимическим методом. В реакции 1,62 г FeCl3⋅6H2O, 0,59 г MnCl2⋅4H2O и расчетный поливинилпирролидон полностью растворяли в деионизированной воде (150 мл) при магнитном перемешивании. Полученный гомогенный раствор добавляли в мензурку, содержащую 3,5 M раствора NaOH. Мензурку поместили в самодельную ультразвуковую ванну мощностью и частотой 100 Вт и 20 кГц соответственно. Во время этой процедуры значение рН доводили до 11 и суспензии давали обработаться ультразвуком в течение 1 часа. Конечные продукты собирали с помощью сильного магнита и несколько раз промывали этанолом и деионизированной водой (Wang, G., Zhao, D., Ma, Y., Zhang, Ζ., Che, Η., Mu, J., Zhang, Ζ. (2018). Synthesis and characterization of polymer-coated manganese ferrite nanoparticles as controlled drug delivery. Applied Surface Science, 428, 258-263, doi:10.1016/j.apsusc.2017.09.096).
Недостатками данного способа являются то, что полученные наночастицы обладают относительно невысокими магнитными свойствами, а также контролировать размер, стехиометрический состав и магнитные свойства получаемых наночастиц феррита марганца не предоставляется возможным.
Наиболее близким к заявляемому является способ получения наночастиц феррита марганца (Song, L., Yan, С, Zhang, W., Wu, H., Jia, Ζ., Ma, M.,…. Zhang, Y. (2016). Influence of Reaction Solvent on Crystallinity and Magnetic Properties of MnFe2O4Nanoparticles Synthesized by Thermal Decomposition. Journal of Nanomaterials, 1-8. doi:10.1155/2016/4878935), осуществляемый следующим образом: 1 ммоль ацетилацетоната железа (III) (Fe(асас)3) и 0,5 ммоль ацетилацетоната марганца (II) (Mn(асас)2) растворяют в 10 мл дибензилового эфира, содержащего 4,5 ммоль олеиновой кислоты и 1,5 ммоль олеиламина в атмосфере азота. Полученную суспензию нагревали от комнатной температуры до 220°С со скоростью нагрева 3,3°С/мин и выдерживали при в течение 60 мин. Затем суспензию нагревали до 290°С со скоростью нагрева 3,3°С/мин и выдерживали в течение 30 мин, после чего суспензию охлаждали до комнатной температуры, промывали этанолом и отделяли магнитной декантацией.
Известный способ позволяет получать наночастицы феррита марганца определенного фазового и элементного состава с узкими распределениями по размерам, однако синтезированные наночастицы обладают невысокими значениями коэрцитивной силы, также в данном способе не показана возможность контроля размерных характеристик при сохранении определенной стехиометрии наночастиц.
Техническая задача изобретения заключается в разработке способа получения наночастиц феррита марганца, лишенного вышеуказанных недостатков.
Технический результат изобретения заключается в возможности регулирования и повышения магнитных свойств.
Технический результат достигается тем что, способ получения наночастиц феррита марганца, включающий нагрев исходного раствора, содержащего растворы ацетилацетонатов железа (III) и марганца (II) в бензиловом спирте, и его выдерживание в атмосфере азота с последующим охлаждением полученной суспензии, отличающийся тем, что концентрацию ацетилацетонатов железа (III) и марганца (II) в бензиловом спирте варьируют в диапазонах 28-30 г/л и 9-12 г/л соответственно, при этом нагрев исходного раствора осуществляют в два этапа: сначала в течение 55 мин нагревают до температуры 45-50°С со скоростью 0,6-0,8°С/мин, а затем в течение 5-6 ч нагревают до температуры 160-180°С со скоростью 10-20°С/ч, а выдерживание осуществляют 0,5-140 ч, при этом охлаждение суспензии осуществляют при постоянном токе азота, а далее в суспензию добавляют ацетон и отделяют из нее наночастицы феррита марганца.
Отделение наночастиц феррита марганца осуществляют центрифугированием или магнитной декантацией.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена зависимость удельной намагниченности насыщения от диаметра магнитного ядра наночастиц.
В качестве исходного раствора используются растворы ацетилацетонатов железа (III) и марганца (II) в бензиловом спирте, при этом их концентрация в бензиловом спирте варьируется, например, в диапазонах 28-30 г/л и 9-12 г/л соответственно.
Оптимальная температура первоначального нагрева исходного раствора, содержащего растворы ацетилацетонатов железа (III) и марганца (II) в бензиловом спирте, равная 45-50°С, и оптимальная продолжительность нагрева вышеуказанной суспензии при 45-50°С, равная 55 мин, были установлены экспериментально. После проведения вышеуказанных стадий синтеза необходимо в атмосфере азота нагреть суспензию с 55°С до 160-180°С. При этом скорость нагрева составляет, например, 10-20°С/ч и все стадии синтеза наночастиц феррита марганца необходимо проводить в инертной атмосфере. После нагрева до 160-180°С суспензию необходимо выдержать при данной температуре в течение длительного времени, например, в течение 0,5-140 ч, при этом данную операцию также необходимо проводить в атмосфере инертного газа. После выдерживания суспензии ее необходимо охладить до комнатной температуры, при этом продолжительность охлаждения полученной суспензии может составлять, например, 90-120 мин. Следует отметить, что стадию охлаждения суспензии также необходимо проводить в атмосфере инертного газа. Если вышеуказанные стадии синтеза осуществлять в присутствия воздуха или хотя бы одну из указанных стадий синтеза вообще не проводить, то технический результат изобретения не достигается.
После охлаждения суспензии до комнатной температуры в предложенном способе в систему необходимо ввести ацетон, необходимый для декантации полученных наночастиц феррита марганца, 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 превышать в 5-7 раз объем полученной суспензии.
После введения ацетона наночастицы феррита марганца можно отделять с использованием традиционно применяемых для этих целей методов, например, таких как центрифугирование или магнитная декантация.
Полученные наночастицы феррита марганца требуется хранить при пониженной температуре в морозильной камере в герметичной стеклянной посуде без ухудшения свойств в течение длительного времени, например, в течение 10-12 месяцев.
Размер, морфология и распределение по размерам наночастиц феррита марганца были исследованы методом просвечивающей электронной микроскопии на приборе JEM JEOL-1400 при ускоряющем напряжении 120 кВ. Образцы готовили нанесением 20 мкл коллоидного раствора НЧ ([Fe]=0,25 мг/мл) на медную сетку (d=3.05 мм), покрытую формваром, и высушивали на воздухе в течение 2 ч при комнатной температуре. Анализ размеров магнитного ядра осуществляли с использованием программного обеспечения ImageG.
Магнитные свойства полученных наночастиц феррита марганца определяют при комнатной температуре общепринятым методом на вибрационном магнетометре с помощью измерительного комплекса PPMS-9 в полях от -20 килоЭрстед (кЭ) до +20 (кЭ).
Элементный состав наночастиц феррита марганца был установлен методом атомно-эмиссионной спектроскопии на приборе Agilent МР-4200 с использованием индуктивно-связанной плазмы в качестве источника возбуждения.
В трехгорлую колбу на 250 мл, снабженную магнитной мешалкой, термопарой, трубкой с краном для подачи газа, обратным холодильником и подводом инертного газа, помещают 100 мл раствора ацетилацетоната железа (III) с концентрацией 28,7 г/л и ацетилацетоната марганца (II) с концентрацией 9,9 г/л в бензиловом спирте. Содержимое колбы нагревают до 49°С со скоростью 0,75°С/мин в течение 55 мин. После чего содержимое колбы нагревают с 55°С до 168°С со скоростью 10°С/ч, выдерживают при 168°С в течение 0,5 ч, после чего содержимое колбы охлаждают до комнатной температуры при подаче азота. Получают суспензию наночастиц феррита марганца, для отделения которых суспензию переносят в химический стакан, в который затем добавляют 115 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. Осевшие наночастицы феррита марганца пять раз промывают порциями по 20-25 мл ацетона с последующим центрифугированием суспензии. После этого к осадку добавляют 15 мл ацетона, суспензию перемешивают, переносят в круглодонную колбу, которую для удаления ацетона присоединяют к роторному испарителю и проводят сушку до постоянной массы осадка. Получают 836 мг наночастиц феррита марганца.
По данным атомно-эмиссионной спектроскопии по определению количественного элементного состава наночастиц феррита марганца по интенсивности отдельных спектральных линий. В образце наночастиц, полученных в примере, элементное соотношение [Fe]:[Μn], установленное методом атомно-эмиссионной спектроскопии, составило 2:1.
В примере 1 образуются наночастицы околосферической формы со средним размером 1,4±0,5 нм.
С помощью вибрационного магнетометра показано, что полученные наночастицы феррита марганца обладают высокой удельной намагниченностью насыщения, составляющей 9,7 А⋅м2/кг.
Полученные кристаллы феррита марганца хранятся при пониженной температуре в морозильной камере в герметичной стеклянной посуде без ухудшения свойств в течение, по крайней мере, 10-12 месяцев.
Пример 2.
В трехгорлую колбу на 250 мл, снабженную магнитной мешалкой, термопарой, трубкой с краном для подачи газа, обратным холодильником и подводом инертного газа, помещают 100 мл раствора ацетилацетоната железа (III) с концентрацией 29,4 г/л и ацетилацетоната марганца (II) с концентрацией 11,0 г/л в бензиловом спирте. Содержимое колбы нагревают до 46°С со скоростью 0,8°С/мин в течение 55 мин. После чего содержимое колбы нагревают с 46°С до 175°С со скоростью 15°С/ч, затем колбу выдерживают при 175°С в течение 20 ч, после чего содержимое колбы охлаждают до комнатной температуры при подаче азота. Получают суспензию наночастиц феррита марганца, для отделения которых суспензию переносят в химический стакан, в который затем добавляют 110 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 марганца добавляют
15-20 мл ацетона, содержимое пробирки перемешивают, затем проводят повторное центрифугирование, после чего проводят еще 4 вышеописанные стадии очистки наночастиц. После этого к осадку добавляют 7 мл ацетона, суспензию перемешивают, переносят в круглодонную колбу, присоединяют к роторному испарителю и проводят сушку до постоянной массы осадка. Получают 830 мг наночастиц феррита марганца.
Методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой было проведено исследование по установлению количественного элементного состава. В результате измерений было установлено соотношение [Fe]:[Μn]=2:1.
В примере 2 образуются наночастицы околосферической формы со средним размером 2,8±1,2 нм.
С помощью вибрационного магнетометра показано, что полученные наночастицы феррита марганца обладают высокой удельной намагниченностью насыщения, составляющей 26,5 А⋅м2/кг.
Полученные кристаллы феррита марганца хранятся при пониженной температуре в морозильной камере в герметичной стеклянной посуде без ухудшения свойств в течение, по крайней мере, 10-12 месяцев.
Пример 3.
Опыт проводят аналогично примерам 1 и 2, только используют 100 мл раствора ацетилацетоната железа (III) с концентрацией 30,2 г/л и ацетилацетоната марганца (II) с концентрацией 10,4 г/л в бензиловом спирте, в колбу подают ток азота, нагрев содержимого колбы осуществляют до 48°С со скоростью 0,6°С/мин в течение 55 мин. После чего содержимое колбы нагревают с 48°С до 162°С со скоростью 12°С/ч. Затем колбу выдерживают при 162°С в течение 140 ч, после чего содержимое колбы охлаждают до комнатной температуры при подаче азота. Получают суспензию наночастиц феррита марганца, для отделения которых суспензию переносят в химический стакан, в который затем добавляют 112 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 марганца добавляют 10 мл ацетона, содержимое пробирки перемешивают, затем проводят повторное центрифугирование, после чего проводят еще 4 вышеописанные стадии очистки наночастиц. После этого к осадку добавляют 10 мл ацетона, суспензию перемешивают, переносят в круглодонную колбу, присоединяют к роторному испарителю и проводят сушку до постоянной массы осадка. Получают 833 мг наночастиц феррита марганца.
Элементный состав, установленный методом атомно-эмиссионной спектроскопии для полученных наночастиц, составил [Fe]:[Μn]=2:1.
В примере 3 образуются наночастицы околосферической формы со средним размером 4,7±1,0 нм.
С помощью вибрационного магнетометра показано, что полученные наночастицы феррита марганца обладают высокой удельной намагниченностью насыщения, составляющей 43,8 А⋅м2/кг.
Полученные кристаллы феррита марганца хранятся при пониженной температуре в морозильной камере в герметичной стеклянной посуде без ухудшения свойств в течение, по крайней мере, 10-12 месяцев.
Таким образом, из приведенных примеров видно, что предложенный способ позволяет не просто получать наночастицы феррита марганца разного размера с постоянным фазовым и элементным составом обладающие высокими значениями удельной намагниченности насыщения (8-50 А⋅м2/кг) по сравнению с прототипами, но и контролировать магнитные свойства получаемых наночастиц, за счет увеличения размера получаемых наночастиц и времени выдержки реакционной суспензии вплоть до 140 ч.
Claims (2)
1. Способ получения наночастиц феррита марганца, включающий нагрев исходного раствора, содержащего растворы ацетилацетонатов железа (III) и марганца (II) в бензиловом спирте, и его выдерживание в атмосфере азота с последующим охлаждением полученной суспензии, отличающийся тем, что концентрацию ацетилацетонатов железа (III) и марганца (II) в бензиловом спирте варьируют в диапазонах 28-30 г/л и 9-12 г/л соответственно, при этом нагрев исходного раствора осуществляют в два этапа: сначала в течение 55 мин нагревают до температуры 45-50°С со скоростью 0,6-0,8°С/мин, а затем в течение 5-6 ч нагревают до температуры 160-180°С со скоростью 10-20°С/ч, а выдерживание осуществляют 0,5-140 ч, при этом охлаждение суспензии осуществляют при постоянном токе азота, а далее в суспензию добавляют ацетон и отделяют из нее наночастицы феррита марганца.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отделение наночастиц феррита марганца осуществляют центрифугированием или магнитной декантацией.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2829759C1 true RU2829759C1 (ru) | 2024-11-05 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011053901A2 (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-05 | Northwestern University | Magnetic nanostructures as theranostic agents |
| CN101708866B (zh) * | 2009-11-17 | 2012-06-06 | 上海师范大学 | 一种超顺磁性水溶性铁酸锰纳米粒子的制备方法 |
| CN105883929A (zh) * | 2016-04-26 | 2016-08-24 | 北京师范大学 | 一种铁酸锰-石墨烯复合材料的制备方法 |
| US20220227639A1 (en) * | 2019-04-30 | 2022-07-21 | Fondazione Istituto Italiano Di Tecnologia | Method for the gram-scale preparation of cubic ferrite nanocrystals for biomedical applications |
| RU2787203C1 (ru) * | 2022-09-06 | 2022-12-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ получения наночастиц феррита кобальта |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011053901A2 (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-05 | Northwestern University | Magnetic nanostructures as theranostic agents |
| CN101708866B (zh) * | 2009-11-17 | 2012-06-06 | 上海师范大学 | 一种超顺磁性水溶性铁酸锰纳米粒子的制备方法 |
| CN105883929A (zh) * | 2016-04-26 | 2016-08-24 | 北京师范大学 | 一种铁酸锰-石墨烯复合材料的制备方法 |
| US20220227639A1 (en) * | 2019-04-30 | 2022-07-21 | Fondazione Istituto Italiano Di Tecnologia | Method for the gram-scale preparation of cubic ferrite nanocrystals for biomedical applications |
| RU2787203C1 (ru) * | 2022-09-06 | 2022-12-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ получения наночастиц феррита кобальта |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| NIKITIN A. et.al. Synthesis, characterization and MRI application of magnetite water-soluble cubic nanoparticles. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 441 (2017), p. 6-13. * |
| КОНОНОВА А.Н. и др. Синтез наночастиц феррита марганца для применении в биологии и медицине. XXIV Международная научная конференция. Сборник докладов конференции "Новое в Магнетизме и Магнитных Материалах" Физико-технологического института РТУ МИРЭА Том 3, М.: РТУ МИРЭА, 2021, с.25-28. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8852555B2 (en) | Process for production of surface-coated inorganic particles | |
| Gao et al. | Synthesis and characterization of superparamagnetic Fe3O4@ SiO2 core-shell composite nanoparticles | |
| Nam et al. | Polymer-coated cobalt ferrite nanoparticles: synthesis, characterization, and toxicity for hyperthermia applications | |
| Lee et al. | Preparation of silica coated magnetic nanoparticles for bioseparation | |
| Bharathi et al. | Controlled growth of single-crystalline, nanostructured dendrites and snowflakes of α-Fe 2 O 3: influence of the surfactant on the morphology and investigation of morphology dependent magnetic properties | |
| JP6892797B2 (ja) | 鉄粉およびその製造方法並びに前駆体の製造方法並びにインダクタ用成形体およびインダクタ | |
| Glaria et al. | Silica coated iron nanoparticles: synthesis, interface control, magnetic and hyperthermia properties | |
| Beeran et al. | An aqueous method for the controlled manganese (Mn 2+) substitution in superparamagnetic iron oxide nanoparticles for contrast enhancement in MRI | |
| Kostyukhin et al. | Microwave-assisted synthesis of magnetite nanoparticles possessing superior magnetic properties | |
| US20090074645A1 (en) | Magnetic nanoparticles of hydroxyapatite and preparation method thereof | |
| RU2829759C1 (ru) | Способ получения наночастиц феррита марганца управляемого размера с контролируемыми магнитными свойствами | |
| JP2023118231A (ja) | 磁性ビーズ、磁性ビーズ分散液、磁性ビーズの製造方法、及び磁性ビーズ分散液の製造方法 | |
| Aghazadeh et al. | Facile electrosynthesis and characterization of superparamagnetic nanoparticles coated with cysteine, glycine and glutamine | |
| WO2011052205A1 (ja) | ポリマー被覆フェライト微粒子および製造方法 | |
| Islam et al. | Silica encapsulation of sonochemically synthesized iron oxide nanoparticles | |
| Stepanov et al. | Water transverse relaxation rates in aqueous dispersions of superparamagnetic iron oxide nanoclusters with diverse hydrophilic coating | |
| Karaagac et al. | Optimum saturation magnetization of superparamagnetic iron oxide nanoparticles for versatile applications | |
| Nistler et al. | Production and characterization of long-term stable superparamagnetic iron oxide-shell silica-core nanocomposites | |
| Hou et al. | Solvothermal synthesis of FeCo nanoparticles for magneto-controllable biocatalysis | |
| Trekker et al. | Synthesis of PEGylated magnetic nanoparticles with different core sizes | |
| Parvin et al. | Architecture of dual emissive three-dimensional nanostructure composites containing graphitic 2D sheets and iron oxide nanoparticles: detection of short single-stranded DNA sequences | |
| RU2597093C1 (ru) | СПОСОБ СИНТЕЗА ПОРОШКА СУПЕРПАРАМАГНИТНЫХ НАНОЧАСТИЦ Fe2O3 | |
| Teng et al. | One-pot synthesis and surface modification of lauric-acid-capped CoFe 2 O 4 nanoparticles | |
| Stepanov et al. | Synthesis of spherical iron-oxide nanoparticles of various sizes under different synthetic conditions | |
| Kozawa et al. | Magnetic Macroporous Microspheres from FeCO3 via Water Vapor-Mediated Thermal Decomposition: Implications for Nanoparticle Capture and Biomedical Applications |