一種水基酸性鈷鐵氧體CoFe的製作方法

2023-06-06 10:20:46

專利名稱：一種水基酸性鈷鐵氧體CoFe的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種水基酸性鈷鐵氧體CoFe2O4磁性液體的製備方法。
背景技術：
磁性液體又稱為磁流體，是由強磁性微粒和基液(也稱載液)組成的具有磁性和液體流動性的均勻懸浮液體。作為新型的功能材料，具有光學性質、流變學性質、磁學性質等可受外磁場調控的特點，在工程技術、醫學、生物等許多領域有著廣泛的應用前景。
常溫下，磁性微粒的密度一般大於液體，在重力作用下，容易出現微粒與基液分離的沉澱。為了獲得微粒穩定懸浮的磁性液體，磁性微粒必須為納米量級。這樣，當微粒分散於基液中時，由於無規布朗運動大於重力沉降作用，才可能保證磁性微粒穩定的懸浮於基液中。但是，納米微粒由於表面能大，具有自發聚集形成大微粒的趨勢。隨著微粒增大，無規布朗運動減弱，重力效應變強，從而造成無規布朗運動小於重力作用，微粒隨之發生沉澱。強磁性納米微粒之間還存在靜磁相互作用，這也會加劇聚集形成大微粒。因此，磁性液體的製備方法中主要包括強磁性納米微粒的製取和團聚作用的阻止。已知的磁性液體根據克服由於聚集而導致沉降的不同機制可分為兩類一類是磁性微粒表面包裹一層長鏈的表面活性劑以克服微粒之間的團聚作用；另一類是磁性微粒表面吸附氫離子(H+)或氫氧根離子(OH-)，通過靜電排斥作用來克服微粒間的團聚作用。這兩類磁性液體的製備都需在製取磁性納米微粒後，要對微粒進行特殊處理，才能合成磁性液體，其製備過程都比較複雜，成本較高，廢棄物的有害成分(主要是酸或鹼)濃度較高、量較大。

發明內容
本發明的目的在於提出了一種新的水基酸性鈷鐵氧體CoFe2O4磁性液體的製備方法，在磁性納米微粒的製取至磁性液體的獲得沒有複雜的微粒特殊處理的中間過程，因此製備方法簡單，成本低廉，廢棄物較少且有害成分濃度較低。
本發明的具體製備方法如下第I步 配置FeCl3水溶液(溶液1)、Co(NO3)2水溶液(溶液2)，並按每升Co(NO3)2加2-8摩爾HCl的比例加入HCl，另外配置NaOH水溶液(溶液3)。
第II步 先根據Fe、Co摩爾比為2∶1選取適量的溶液1和溶液2，將溶液1倒入溶液2中得到溶液2′。再根據溶液2′與溶液3的體積比為1∶5-15選取適量的溶液3，在攪拌下將溶液2′快速倒入溶液3中得到溶液3′。
第III步 首先在攪拌下加熱溶液3′至沸騰。保持沸騰0.5-1.5分鐘，然後停止加熱，自然冷卻至室溫。冷卻過程中，底部逐漸有黑色沉澱析出。1小時後，上部溶液變為清亮液體，下部為黑色CoFe2O4微粒沉澱。
第IV步 倒掉清液，留下沉澱物，加入約5倍體積的0.01M HNO3於沉澱物中，攪動0.5-2.0分鐘，然後離心分離(1000-1200轉/分)，倒去上部清液。此過程多次進行，直至離心後的上部清液的pH＝7～8。
第V步 根據所需配置磁性液體的微粒體積比φV，加入相應濃度C的HNO3水溶液於清洗後的微粒中，充分攪拌混合，便可得到磁性液體。φV與C的關係見公式(2)。
在此種水基磁性液體中，CoFe2O4納米微粒由於酸蝕形成表面疏鬆的帶電粘性層。這個表層阻止了微粒之間的團聚，從而使微粒在布朗運動作用下懸浮於基液中形成穩定的磁性液體。
本發明的技術關鍵1.第I～III步驟攪拌必須充分，以利於鐵氧體微粒的形成。2.合成時基液的酸濃度的選擇合適。酸濃度過高，會使CoFe2O4微粒嚴重分解，以致不能形成磁性液體；酸的濃度過低，不能產生有效的帶電錶面粘性層以克服微粒間的團聚，微粒將因團聚而沉降。基液的酸濃度選擇通過H+與金屬原子(Co、Fe)的摩爾比確定Q=[H+][Fe(III)+Co(II)]---(1)]]>酸濃度C的選擇為 式中φV為磁性液體中的微粒體積分數 (2)式表明，根據欲合成磁性液體的不同微粒體積分數，應選擇不同的基液的HNO3濃度。設微粒體積為V，則配製一定φV的磁性液體所需體積V′為V=1-VVV---(4)]]>在本發明中，(2)式和(4)式兩個關係式說明了若微粒體積V一定，可設計合成不同φV的磁性液體。由於在此製備方法中Q值是恆定的，因此磁性液體的pH值也是恆定的。實驗表明，pH恆為2.7。
本發明所具有的優點是1、本法在磁性納米微粒的製取至磁性液體的獲得沒有複雜的微粒特殊處理的中間過程，因此製備方法簡單，易於流水作業，成本低廉。
2本法中磁性液體的基本參數φV只與基液的酸濃度C相關，可方便的製取不同φV的磁性液體。
3本法中影響磁性液體產物的性能的因素少，敏感度低，易於保持產物性質的一致性。
4本法置備磁性液體的過程中，廢棄物少，酸、鹼濃度低，對環境幾乎無影響。
5本法置備的磁性液體可能在生物、醫藥、工程領域及改造傳統產業中產生應用價值。


圖1是本發明水基酸性鈷鐵氧體CoFe2O4磁性液體的製備流程圖。
具體實施例方式
下面結合製備流程圖和實例對本發明做進一步說明。
實施例1(I)配液溶液1 用FeCl3·6H2O(純度98.06％)配置1M濃度的FeCl3水溶液。
溶液2 用Co(NO3)2·H2O(純度97.00％)配置2M濃度的Co(NO3)2水溶液，並按[5M HCl/1升Co(NO3)2水溶液]比例加入適量的HCl。
溶液3 用NaOH(純度96.00％)配置0.7M濃度的NaOH水溶液。(II)混合按Fe與Co的摩爾比為2∶1的比率選取溶液1和溶液2，將溶液1倒入溶液2中，得到溶液2′。
按溶液2′與溶液3的體積比為1∶11的比率選取溶液3。攪拌條件下將溶液2′快速(不超過10秒)倒入溶液3中。繼續攪拌10分鐘後得溶液3′。(III)反應在攪拌條件下，將溶液3′升溫至沸騰，保持沸騰1分鐘。隨後停止加熱及攪拌，自然冷卻至室溫，冷卻過程中逐漸出現黑色CoFe2O4微粒沉澱。1小時後，沉澱完全分層上部為清液，下部為黑色沉澱物。(IV)清洗倒掉反應產物中的上部清液，保留下沉澱物。加入體積5倍於沉澱物的0.01M HNO3水溶液，攪動0.5分鐘。離心分離(轉速為1000～1200轉/分)3分鐘後倒掉上部清液。反覆數次，直至離心後的上部清液的pH＝7～8。(V)合成根據所需配置的磁性液體φV，以及已獲得的微粒的體積，由(2)式確定基液的濃度C，由(4)式選擇基液的量V′。然後將基液加於清洗後的微粒中，充分攪拌混合，便得到穩定的磁性液體。
權利要求
1.一種水基酸性鈷鐵氧體CoFe2O4磁性液體的製備方法第I步 配置FeCl3水溶液1、Co(NO3)2水溶液2，並按每升Co(NO3)2加2-8摩爾HCl的比例加入HCl，另外配置NaOH水溶液3；第II步 先根據Fe、Co摩爾比為2∶1選取溶液1和溶液2，將溶液1倒入溶液2中得到溶液2′；再根據溶液2′與溶液3的體積比為1∶5～15選取溶液3，在攪拌下將溶液2′快速倒入溶液3中得到溶液3′；第III步 首先在攪拌下加熱溶液3′至沸騰；保持沸騰0.5～1.5分鐘，然後停止加熱，自然冷卻至室溫；1小時後，上部溶液變為清亮液體，下部為黑色CoFe2O4微粒沉澱；第IV步 倒掉清液，留下沉澱物，加入約5倍體積的0.01M HNO3於沉澱物中，攪動0.5～2分鐘，然後離心分離(1000-1200轉/分)，倒去上部清液；此過程多次進行，直至離心後的上部清液的pH＝7～8；第V步 根據所需配置磁性液體的微粒體積比φV，加入相應濃度C的HNO3水溶液於清洗後的微粒中，充分攪拌混合，便可得到磁性液體。φV與C的關係見公式 其中Q為氫離子與鈷鐵原子的比值，是本法置備磁性液體的品質因素。
全文摘要
本發明提出了一種新的水基酸性鈷鐵氧體CoFe
文檔編號H01F1/44GK1413945SQ0213386
公開日2003年4月30日 申請日期2002年9月29日 優先權日2002年9月29日
發明者李建, 戴大臨 申請人:西南師範大學