聚乙烯亞胺包覆的四氧化三鐵磁性納米顆粒及其合成方法
2023-12-03 16:48:21 1
專利名稱：聚乙烯亞胺包覆的四氧化三鐵磁性納米顆粒及其合成方法
聚乙烯亞胺包覆的四氧化三鐵磁性納米顆粒及其合成方法
技術領域：
本發明涉及一種聚乙烯亞胺包覆的四氧化三鐵磁性納米顆粒及其合 成方法，屬於納米材料技術領域。背景技術：
目前，納米材料引起了世界各國材料界和物理界的極大興趣和高度重 視，當物質的顆粒尺寸進入納米級別時，便具有了許多的特性，例如小尺寸效應、表面效應、 量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等，它們導致了納米材料獨特的光、電、熱、磁、力學和化 學性質，使納米材料在新型能源材料、生態環境材料、功能塗層材料、高性能電子材料以及 新型稀土材料等領域發揮著不可替代的作用。其中Fe3O4磁性納米顆粒以其顯著的磁效應、 表面效應等，在磁流體、生物醫藥材料、信息材料、吸波材料等領域具有廣闊的應用前景。近年來，科研人員已經通過多種合成方法製備了 Fe3O4磁性納米顆粒，如機械球磨 法、溶膠_凝膠法、共沉澱法等，並且還對合成方法進行了不斷完善，同時也發展了許多新 的合成方法，如微乳_水熱法、超聲沉澱法等。各種方法各有優缺點液相共沉澱法具有操 作簡單、成本低等優點，但粒子粒徑分布範圍寬、比表面積較低、易團聚、重現性差；機械球 磨法具有重現性好、操作簡單的優點，但生產周期長、成本較高、粒子細化難以達到要求；乳 化法雖然具有操作簡單、成本低、比表面積高、不易團聚、重現性好等優點，但晶型結構不完 整、晶體形貌不規則。本發明的目的在於發展了一種聚乙烯亞胺(PEI)包覆的四氧化三鐵(Fe3O4)磁性 納米顆粒溶劑熱合成的方法。所製備的Fe3O4磁性納米顆粒具備結構性質穩定，粒徑可調且 粒徑分布窄，磁性好等優點。該方法原料簡單、生產成本低、工藝重現性好、可操作性強、能 夠實現放大生產，可以用於化學、生物、環境、醫學等領域。
發明內容本發明的目的是解決現有磁性納米顆粒易團聚、重現性差、粒徑分布 範圍寬、成本較高等缺點，提供一種聚乙烯亞胺(PEI)包覆的四氧化三鐵磁性納米顆粒及 其合成方法。該方法簡便且生產成本較低、工藝重現性好、反應條件簡單；所製備的四氧化 三鐵(Fe3O4)磁性納米顆粒結構性質穩定、粒徑分布較窄、磁性好。本發明提供的技術方案是聚乙烯亞胺包覆的四氧化三鐵磁性納米顆粒的合成方法，包括如下步驟(a)將水溶性三價鐵鹽加入到乙二醇中，配製成濃度為2. 7 54g/L的澄清溶液；(b)在上述步驟(a)得到的溶液中加入聚乙烯亞胺和醋酸鹽，使得聚乙烯亞胺的 濃度和醋酸鹽的濃度分別為2 200g/L和7. 2 720g/L ；(C)將上述步驟(b)得到的溶液攪拌使其混合均勻，然後放入密閉的反應釜中，在 200 280°C條件下進行溶劑熱反應5 60小時；分離出沉澱物；(d)將步驟(c)得到的沉澱物用乙醇洗滌，在溫度為50 80°C的烘箱中烘乾，得 到黑色粉末狀的聚乙烯亞胺包覆的四氧化三鐵磁性納米顆粒。所述水溶性三價鐵鹽為硝酸鐵、硫酸鐵或者氯化鐵等。所述醋酸鹽為醋酸鈉、醋酸鉀或醋酸鎂。 本發明還提供了由上述方法所製備的聚乙烯亞胺包覆的四氧化三鐵磁性納米顆 粒。
本發明的優點和積極效果本發明提供的方法不需要苛刻的設備條件、操作安全簡便、原料簡單且生產成本 較低、工藝重現性好、可操作性強、反應條件簡單、能夠實現放大生產。所製備的Fe3O4磁性 納米顆粒具備結構性質穩定、粒徑可調且粒徑分布窄、磁性好、具有水溶性和生物相容性等 優點。合成的產品能夠在化學、生物、環境、醫學等領域得到的廣泛的應用。
圖1為本發明實施例1製得的產品的透射電鏡圖；圖2實施例1製得的產品在水中的分散圖；圖3實施例1製得的產品的磁響應圖；圖4為本發明實施例2製得的產品的透射電鏡圖；圖5實施例2製得的產品在水中的分散圖；圖6實施例2製得的產品的磁響應圖；圖7為本發明實施例3製得的產品的透射電鏡圖；圖8實施例3製得的產品在水中的分散圖；圖9實施例3製得的產品的磁響應圖。
具體實施方式實施例1(a)將氯化鐵加入到乙二醇中，配製成濃度為30g/L的澄清溶液；(b)在上述含有30g/L氯化鐵的乙二醇溶液中加入20g/L的PEI (平均分子量 8000)和10g/L的醋酸鈉；(c)將上述步驟(b)得到的溶液通過磁子攪拌1小時，使其混合均勻，將溶液放入 密閉的反應釜中，在200°C條件下進行溶劑熱反應，加熱10小時。(d)將得到的產品用乙醇洗滌3次，在溫度為50°C的烘箱中烘乾，得到黑色粉末狀 的Fe3O4磁性納米顆粒。從實施例1製得樣品的透射電鏡圖1可以看出，Fe3O4磁性納米顆粒粒徑為500nm， 具有良好的單分散性，且粒徑大小均一；從實施例1製得的產品在水中的分散圖2可以看 出，由於Fe3O4磁性納米顆粒表面包有PEI，所以具有很好的水溶性；從實施例1製得的產品 的磁響應圖3可以看出，該產品具有很好的磁性。實施例2(a)將硫酸鐵加入到乙二醇中，配製成濃度為10g/L的澄清溶液；(b)在含有10g/L硫酸鐵的乙二醇溶液中加入100g/L的PEI (平均分子量8000) 和200g/L的醋酸鎂；(c)將上述步驟(b)得到的溶液通過磁子攪拌1小時，使其混合均勻，將溶液放入密閉的反應釜中，在220°C條件下進行溶劑熱反應，加熱20小時。(d)將得到的產品用乙醇洗滌4次，在溫度為60°C的烘箱中烘乾，得到黑色粉末狀 的Fe3O4磁性納米顆粒。從實施例2製得樣品的透射電鏡圖4可以看出，Fe3O4磁性納米顆粒粒徑為300nm，具有良好的單分散性，且粒徑大小均一；從實施例2製得的產品在水中的分散圖5可以看 出，由於Fe304磁性納米顆粒表面包有PEI，所以具有很好的水溶性；從實施例2製得的產品 的磁響應圖6可以看出，該產品具有很好的磁性。實施例3(a)將硝酸鐵加入到乙二醇溶液中，配製成濃度為3g/L的澄清溶液；(b)在上述含有3g/L硝酸鐵的乙二醇溶液中加入150g/L平均分子量為8000的 PEI和400g/L的醋酸鉀；(c)將上述步驟(b)得到的溶液通過磁子攪拌1小時，使其混合均勻，將溶液放入 密閉的反應釜中，在250°C條件下進行溶劑熱反應，加熱50小時。(d)將得到的產品用乙醇洗滌多次5次，在溫度為80°C的烘箱中烘乾，得到黑色粉 末狀的Fe304磁性納米顆粒。從實施例3製得樣品的透射電鏡圖7可以看出，Fe304磁性納米顆粒粒徑為60nm， 具有良好的單分散性，且粒徑大小均一；從實施例3製得的產品在水中的分散圖8可以看 出，由於Fe304磁性納米顆粒表面包有PEI，所以具有很好的水溶性；從實施例3製得的產品 的磁響應圖9可以看出，該產品具有很好的磁性。
權利要求
聚乙烯亞胺包覆的四氧化三鐵磁性納米顆粒的合成方法，其特徵在於包括如下步驟(a)將水溶性三價鐵鹽加入到乙二醇中，配製成濃度為2.7～54g/L的澄清溶液；(b)在上述步驟(a)得到的溶液中加入聚乙烯亞胺和醋酸鹽，使得聚乙烯亞胺的濃度和醋酸鹽的濃度分別為2～200g/L和7.2～720g/L；(c)將上述步驟(b)得到的溶液攪拌使其混合均勻，然後放入密閉的反應釜中，在200～280℃條件下進行溶劑熱反應5～60小時；分離出沉澱物；(d)將步驟(c)得到的沉澱物用乙醇洗滌，在溫度為50～80℃的烘箱中烘乾，得到黑色粉末狀的聚乙烯亞胺包覆的四氧化三鐵磁性納米顆粒。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述水溶性三價鐵鹽為硝酸鐵、硫酸鐵或 者氯化鐵。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於所述醋酸鹽為醋酸鈉、醋酸鉀或醋酸鎂。
4.由權利要求1方法所製備的聚乙烯亞胺包覆的四氧化三鐵磁性納米顆粒。
全文摘要
本發明涉及聚乙烯亞胺包覆的四氧化三鐵磁性納米顆粒，由下法製得將水溶性三價鐵鹽加入到乙二醇中然後加入聚乙烯亞胺和醋酸鹽，並放入密閉的反應釜中，在200～280℃條件下進行溶劑熱反應5～60小時；分離出沉澱物；將得到的沉澱物用乙醇洗滌，烘乾，得到黑色粉末狀的聚乙烯亞胺包覆的四氧化三鐵磁性納米顆粒。本發明提供的方法不需要苛刻的設備條件、操作安全簡便、原料簡單且生產成本較低、工藝重現性好、可操作性強、反應條件簡單、能夠實現放大生產。所製備的Fe3O4磁性納米顆粒具備結構性質穩定、粒徑可調且粒徑分布窄、磁性好、具有水溶性和生物相容性等優點。合成的產品能夠在化學、生物、環境、醫學等領域得到的廣泛的應用。
文檔編號H01F41/00GK101819871SQ20101015253
公開日2010年9月1日 申請日期2010年4月15日 優先權日2010年4月15日
發明者何瑜, 劉傑, 廖春花, 張淑嫻, 杜小蘭, 湯興國 申請人:武漢嘉特利佰聯創科技有限公司