空心超順磁性四氧化三鐵納米微粒的製備方法
2023-06-19 20:21:46
專利名稱：空心超順磁性四氧化三鐵納米微粒的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種空心納米微粒的製備方法，具體涉及一種空心超順磁性四氧化三鐵納米微粒的製備方法。
背景技術：
空心四氧化三鐵磁性納米微粒是一種新穎的材料，由於在生物、醫藥、功能材料等諸多有很重要的應用，因而越來越受到人們的重視。近年已有一些關於製備空心四氧化三鐵微粒的報導，例如將四氧化三鐵納米粒子採用物理或者化學的方法吸附在高分子微球表面然後高溫灼燒得到空心結構(Chem Mater，2001，13109～116)，這些方法的缺點是步驟繁瑣，所得到的空心四氧化三鐵微粒粒徑較大。
發明內容
本發明的目的在於提供一種操作簡單，反應條件溫和、成本低廉的空心超順磁性四氧化三鐵納米微粒的製備方法，本發明所說的「空心」指四氧化鐵生成了球殼結構。
為實現這樣的目的，本發明的技術方案中，利用聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物作為模板，採用化學共沉澱法製備空心超順磁性四氧化三鐵納米微粒。將聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物、二價鐵鹽和三價鐵鹽溶解在水中，再加入鹼溶液，在50～90℃條件下反應並經過相應工藝處理後得到分散性能良好、顆粒大小均勻的空心超順磁性四氧化三鐵納米微粒。納米微粒平均粒徑為55～75nm，殼的厚度為5nm左右。
聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯系列嵌段共聚物是商品化的大分子表面活性劑，具有很多產品型號，例如BASF公司生產的F127和F123NF的平均分子量均為12600。
空心超順磁性四氧化三鐵納米微粒的製備方法如下採用聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物作為模板，將聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物溶解在水中，聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物的濃度範圍為1.0×10-5～0.08mol/l，將二價鐵鹽和三價鐵鹽也溶解在上述得到的水溶液中，Fe2+的濃度範圍為0.0001mol/l～1mol/l，Fe2+和Fe3+摩爾比為1∶2；將所得到的混合溶液升溫至50～90℃，在氮氣保護下電動攪拌，迅速加入鹼溶液，OH-與Fe3+摩爾比為10∶1，立即產生黑色粒子；電動攪拌0.5～15h後冷卻至室溫，再陳化0.5～15h，將製得的黑色粒子用磁鐵分離，並用去離子水反覆洗滌，然後在超聲波作用下重新分散在去離子水中得到懸浮液。將懸浮液用離心機離心分離，棄去下層沉澱，用直徑為小於0.2μ的過濾裝置過濾除去粗大粒子得到分散在水中的空心超順磁性四氧化三鐵納米微粒。
本發明所用的聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物平均分子量在1200～30000之間，本發明所用的二價鐵鹽和三價鐵鹽是指它們的的鹽酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽及其水合物。
本發明的優良效果是①採用無毒、無刺激、無免疫原性的聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物作為模板，所得到的空心超順磁性四氧化三鐵納米微粒適合應用於生物及醫藥領域。
②製備步驟十分簡單，成本低廉，對環境不造成汙染。
③製備的空心超順磁性四氧化三鐵納米微粒在水中分散良好，顆粒大小均勻，平均粒徑為55～75nm，殼的厚度為5nm左右。
圖1是空心超順磁性四氧化三鐵納米微粒的X-射線衍射圖。
圖2是空心超順磁性四氧化三鐵納米微粒的透射電子顯微鏡照片。
具體實施例方式下面的實施例是對本發明的進一步說明，而不是限制本發明的範圍。
實施例1將1克F127溶於100ml去離子水中，加入到250ml三口燒瓶中，再將0.005molFeCl2·4H2O和0.01mol的FeCl3·6H2O也溶解在上述得到的水溶液中。升溫至80℃，通入氮氣，電動攪拌30min。迅速向三口燒瓶中加入100ml濃度為1mol/l的NaOH溶液，立即產生黑色粒子，電動攪拌6h後冷卻至室溫，再陳化6h，將製得的黑色粒子用磁鐵分離，並用去離子水反覆洗滌，然後在超聲波作用下重新分散在100ml去離子水中得到懸浮液。將懸浮液在2000r/min轉速下離心分離30min後，棄去下層沉澱，然後用孔徑為0.2μ的過濾裝置過濾除去粗大粒子得到分散在水中的空心超順磁性四氧化三鐵納米微粒。
可以觀察到，當上述實驗製得的樣品置於外加磁場中時，納米微粒迅速發生沉降，當不加磁場時，短時間內觀察不到納米微粒沉降，這種現象表明上述製得的樣品的確具有超順磁性。
產物的X-射線衍射圖如圖1，由圖1可見生成了結晶性能良好的反尖晶石結構的四氧化三鐵，沒有觀察到三氧化二鐵等雜質峰的出現。
實施例2將4克F127溶於100ml去離子水中，加入到250ml三口燒瓶中，再將0.005molFeCl2·4H20和0.01mol的FeCl3·6H2O也溶解在上述得到的水溶液中，升溫至80℃，通入氮氣，電動攪拌30min。迅速加入100ml濃度為1mol/l的NaOH溶液，立即產生黑色粒子，電動攪拌6h後冷卻至室溫，再陳化6h，將製得的黑色粒子用磁鐵分離，並用去離子水反覆洗滌，然後在超聲波作用下重新分散在100ml去離子水中得到懸浮液。將懸浮液在2000r/min轉速下離心分離30min後，棄去下層沉澱，然後用孔徑為0.2μ的過濾裝置過濾除去粗大粒子得到分散在水中的空心超順磁性四氧化三鐵納米微粒。
產物的透射電子顯微鏡照片如圖2，由圖2可見所製備的四氧化三鐵超順磁性納米微粒具有空心結構，分散良好、粒徑均勻，顆粒大小平均為55～75nm，殼的厚度為5nm左右。
實施例3將2克F127NF溶於100ml去離子水中，加入到250ml三口瓶中，再將0.01mol的FeCl2·4H2O和0.02mol的FeCl3·6H2O也溶解在上述得到的水溶液中，升溫至90℃，通入氮氣，電動攪拌15min。迅速加入濃度為的2mol/l的NaOH溶液100ml，立即產生黑色粒子，攪拌10h後冷卻至室溫，再陳化5h，將製得的黑色粒子用磁鐵分離，並反覆用去離子水反覆洗滌，然後在超聲波作用下重新分散在100ml去離子水中得到懸浮液。將產物在2000r/min轉速下離心分離30min後，棄去下層沉澱，然後用孔徑為0.2μ的過濾裝置過濾除去粗大粒子得到分散在水中的空心超順磁性四氧化三鐵納米微粒。
權利要求
1.空心超順磁性四氧化三鐵納米微粒的製備方法，其特徵在於採用聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物作為模板，將聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物溶解在水中，聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物的濃度範圍為1.0×10-5～0.08mol/l，將二價鐵鹽和三價鐵鹽也溶解在上述得到的水溶液中，Fe2+的濃度範圍為0.0001mol/l～1mol/l，Fe2+和Fe3+的摩爾比為1∶2；將所得到的混合溶液升溫至50～90℃，在氮氣保護下電動攪拌，迅速加入鹼溶液，OH-與Fe3+摩爾比為10∶1，立即產生黑色粒子；電動攪拌0.5～15h後冷卻至室溫，再陳化0.5～15h，將製得的黑色粒子用磁鐵分離，並用去離子水反覆洗滌，然後在超聲波作用下重新分散在去離子水中得到懸浮液，將懸浮液用離心機離心分離，棄去下層沉澱，用直徑為小於0.2μ的過濾裝置過濾除去粗大粒子得到分散在水中的空心超順磁性四氧化三鐵納米微粒。
2.根據權利要求1中所述的空心超順磁性四氧化三鐵納米微粒的製備方法，其特徵在於聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物的平均分子量在1200～30000之間。
3.根據權利要求1中所述的空心超順磁性四氧化三鐵納米微粒的製備方法，其特徵在於二價鐵鹽和三價鐵鹽包括它們的鹽酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽。
全文摘要
一種空心超順磁性四氧化三鐵納米微粒的製備方法，其特徵是利用聚氧乙烯－聚氧丙烯－聚氧乙烯三嵌段共聚物作為模板，採用共沉澱法製備空心超順磁性四氧化三鐵納米微粒。本發明操作步驟簡單、成本低廉、所製得的空心超順磁性四氧化三鐵納米微粒在水中分散良好、粒徑均勻一致，大小平均為55～75nm，殼的厚度為5nm左右，適合應用於生物、醫藥、材料等領域。
文檔編號H01F1/032GK1528675SQ03151300
公開日2004年9月15日 申請日期2003年9月29日 優先權日2003年9月29日
發明者馬文哲, 侯萍娟, 錢雪峰, 朱子康 申請人:上海交通大學