改性四氧化三鐵磁流體及其製備方法

2023-12-05 17:36:56 1

專利名稱：改性四氧化三鐵磁流體及其製備方法
技術領域：
本發明涉及兩種方法改性鐵氧化物納米磁流體及其製備方法。
背景技術：
近幾年來，四氧化三鐵納米材料由於其合成尺寸和形貌可控及其複合物在很多領 域具有廣泛應用而成為了磁性納米材料研究中的熱點。因其超順磁性、高矯頑力、低居裡溫 度、寬頻帶強吸收等一系列獨特性能，在隱身吸波材料、磁記錄材料、磁製冷材料等方面具 有廣泛的應用。隨著研究的深入、學科間的交叉滲透，應用於藥物釋放、生物大分子分離等 生物醫學和分離工程相關領域的可進行性能設計的多功能的磁性複合微球的製備及研究 成為熱點，而磁性納米粒子的表面性質和分散狀態對磁性複合微球的製備及功能化過程有 著顯著的影響。 近年來，研究者已經發展出多種不同的合成方法，如共沉澱法、微乳液法、超聲輻 射法、水熱有機金屬化合物熱分解法等。製備出了不同尺寸的納米磁流體，但是製備出的磁 性粒子存在反應條件苛刻、粒徑偏大、易團聚、產物不純等問題，限制了其在生物醫藥領域 的應用。本發明採用較低反應溫度、後期改性處理製備得到粒徑在十幾納米左右的能穩定 保存的磁流體，進一步提高了磁流體的應用能力。

發明內容
本發明目的在於提供改性帶不同表面電荷的鐵氧化物納米磁流體及其製備方法。
為達到上述目的，本發明採用如下技術方案 —種鐵氧化物納米磁流體，其特徵在於組分為四氧化三鐵，磁粒子粒徑為8-17nm。 分別採用檸檬酸三鈉和硝酸改性四氧化三鐵磁粒子後，可以使磁粒子表面分別帶上負電荷 和正電荷，從而使磁性粒子在水中穩定分散成為超順磁性的磁流體，在外加磁場作用下可 以定向聚集。 —種改性鐵氧化物納米磁流體的製備方法，其特徵在於，該方法的具體步驟如 下 a.將10 100mL含三價鐵鹽和二價鐵鹽的溶液轉入三口燒瓶中，加入氨水調節 pH至9-10，抽真空後充入氮氣保護，所述可溶性三價鐵鹽為FeCl3 6H20，濃度為0. 8 5. 2mol/L，二價鐵鹽濃度為FeS04 *71120，濃度為04mol/L 26mol/L，氨水濃度為25 28% (質量百分比)。 b.在70-10(TC攪拌的條件下反應1 4小時後得到粒徑為8-17nm的四氧化三鐵 粒子，對產物分離並用乙醇、去離子水多次洗滌至pH為中性。 c.將四氧化三鐵粒子加入100 300mL、0. 5 3mol/L檸檬酸三鈉溶液中，室溫攪 拌反應0.5 2h後，用乙醇、去離子水多次洗滌至pH為中性，得到表面帶負電的改性四氧 化三鐵磁流體；或者，將四氧化三鐵粒子加入100-300mL、0. 4 6mol/L硝酸溶液中，室溫攪 拌反應0.5 2h後，用乙醇、去離子水多次洗滌至pH為中性，得到表面帶正電的改性四氧化三鐵磁流體。 本發明製備的鐵氧化物納米磁流體，粒徑在8-17nm，遠遠小於現有的磁性粒 子。用檸檬酸三鈉改性的四氧化三鐵粒子，其表面帶負電，Zeta電位測定表面電位 在-8. 6 -23. 9mV。用硝酸改性的四氧化三鐵粒子，其表面帶正電，Zeta電位測定表面電 位在+6. 7 +18. 5mV。 同現有技術相比，由於本發明採用較低的合成溫度，氮氣保護防止了二價鐵鹽的 氧化，製備得到的磁粒子粒徑小而均勻，表面帶電能長期穩定分散而不團聚，是一種在磁場 存在下能定向移動的超順磁粒子，由於其優異的性能而拓寬了鐵氧化物磁流體在生物醫藥 領域的應用。
具體實施例方式
實施例1 :將0. 8mol/L三價鐵鹽和0. 4mol/L 二價鐵鹽溶於45mL去離子水中，三 價鐵鹽為FeCl3 61120，二價鐵鹽為FeS04 7H20，轉移入三口燒瓶後，抽真空充入氮氣，加入 25% 28% (質量百分比)氨水調節體系pH至9，10(TC攪拌反應lh，乙醇、去離子水洗除 去多餘未反應鐵鹽離子。 將反應得到的四氧化三鐵均分成兩份，第一份分散於200mL、3mol/L檸檬酸三鈉 溶液中lh後，用乙醇、去離子水多次洗滌至pH為中性，得到表面電位為-19. OmV的磁流體。 第二份分散於200mL、6mol/L硝酸溶液中lh後，用乙醇、去離子水多次洗滌至pH為中性，得 到表面電位為+18. 5mV的磁流體。改性後得到的磁流體粒徑為8nm。 實施例2 :將1. 4mol/L三價鐵鹽和0. 7mol/L 二價鐵鹽溶於60mL去離子水中，三 價鐵鹽為FeCl3 61120，二價鐵鹽為FeS04 7H20，轉移入三口燒瓶後，抽真空充入氮氣，加入 25% 28% (質量百分比)氨水調節體系pH至9，9(TC攪拌反應lh，乙醇、去離子水洗除去 多餘未反應鐵鹽離子。 將反應得到的四氧化三鐵均分成兩份，第一份分散於150mL、2. 5mol/L檸檬酸三 鈉溶液中1. 5h後，用乙醇、去離子水多次洗滌至pH為中性，得到表面電位為-15. 6mV的磁 流體。第二份分散於150mL、3. 5mol/L硝酸溶液中1. 5h後，用乙醇、去離子水多次洗滌至pH 為中性，得到表面電位為+13. 3mV的磁流體。改性後得到的磁流體粒徑為llnm。
實施例3 :將2. 6mol/L三價鐵鹽和1. 3mol/L 二價鐵鹽溶於25mL去離子水中，三 價鐵鹽為FeCl3 61120，二價鐵鹽為FeS04 7H20，轉移入三口燒瓶後，抽真空充入氮氣，加入 25% 28% (質量百分比)氨水調節體系pH至9，95t:攪拌反應1.5h，乙醇、去離子水洗除 去多餘未反應鐵鹽離子。 將反應得到的四氧化三鐵均分成兩份，第一份分散於300mL、2mol/L檸檬酸三鈉 溶液中2h後，用乙醇、去離子水多次洗滌至pH為中性，得到表面電位為-23. 9mV的磁流體。 第二份分散於300mL、4mol/L硝酸溶液中2h後，用乙醇、去離子水多次洗滌至pH為中性，得 到表面電位為+17. lmV的磁流體。改性後得到的磁流體粒徑為12nm。
實施例4 :將4. Omol/L三價鐵鹽和2. Omol/L 二價鐵鹽溶於100mL去離子水中，三 價鐵鹽為FeCl3 61120，二價鐵鹽為FeS04 7H20，轉移入三口燒瓶後，抽真空充入氮氣，加入 25% 28% (質量百分比)氨水調節體系pH至9，85t:攪拌反應3h，乙醇、去離子水洗除去 多餘未反應鐵鹽離子。
4
將反應得到的四氧化三鐵均分成兩份，第一份分散於100mL、0. 5mol/L檸檬酸三 鈉溶液中0. 5h後，用乙醇、去離子水多次洗滌至pH為中性，得到表面電位為-8. 6mV的磁流 體。第二份分散於lOOmLU. 5mol/L硝酸溶液中0. 5h後，用乙醇、去離子水多次洗滌至pH 為中性，得到表面電位為+9. 7mV的磁流體。改性後得到的磁流體粒徑為15nm。
實施例5 :將5. 2mol/L三價鐵鹽和2. 6mol/L 二價鐵鹽溶於80mL去離子水中，三 價鐵鹽為FeCl3 61120，二價鐵鹽為FeS04 7H20，轉移入三口燒瓶後，抽真空充入氮氣，加入 25% 28% (質量百分比)氨水調節體系pH至9，7(TC攪拌反應4h，乙醇、去離子水洗除去 多餘未反應鐵鹽離子。 將反應得到的四氧化三鐵均分成兩份，第一份分散於150mL、1.0mol/L檸檬酸三 鈉溶液中lh後，用乙醇、去離子水多次洗滌至pH為中性，得到表面電位為-9. 0mV的磁流 體。第二份分散於100mL、0.4mol/L硝酸溶液中lh後，用乙醇、去離子水多次洗滌至pH為 中性，得到表面電位為+6. 7mV的磁流體。改性後得到的磁流體粒徑為17nm。
權利要求
一種改性四氧化三鐵磁流體，其特徵在於該磁流體為磁性粒子在水中穩定分散，磁粒子的組分為四氧化三鐵，磁粒子粒徑為8～17nm，分別採用檸檬酸三鈉或者硝酸改性四氧化三鐵磁粒子，改性後，磁粒子表面分別帶上負電荷或者正電荷。
2. —種用於權利要求1所述的改性四氧化三鐵磁流體的製備方法，其特徵在於該方法 的具體步驟如下a. 將10 lOOmL含三價鐵鹽和二價鐵鹽的溶液轉入三口燒瓶中，加入氨水調節pH至 9 IO，抽真空後充入氮氣保護，所述三價鐵鹽為FeCl3 61120，濃度為0. 8 5. 2mol/L，二 價鐵鹽為FeS04 71120，濃度為0. 4 2. 6mol/L，氨水的質量百分濃度為25 28% ;b. 在70 IO(TC攪拌的條件下反應1 4小時後得到粒徑為8 17nm的四氧化三鐵 粒子，對產物分離並用乙醇、去離子水多次洗滌至pH為中性；c. 將四氧化三鐵粒子加入100 300mL、0. 05 3mol/L檸檬酸三鈉溶液中，室溫攪拌 反應0.5 2h後，用乙醇、去離子水多次洗滌至pH為中性，得到表面帶負電的改性四氧化 三鐵磁流體；或者，將四氧化三鐵粒子加入100 300mL、0. 4 6mol/L硝酸溶液中，室溫攪 拌反應0.5 2h後，用乙醇、去離子水多次洗滌至pH為中性，得到表面帶正電的改性四氧 化三鐵磁流體。
全文摘要
本發明製備的四氧化三鐵納米磁流體，粒徑在8-17nm。用檸檬酸三鈉改性的四氧化三鐵粒子，其表面帶負電，Zeta電位測定表面電位在-8.6～-23.9mV。而用硝酸改性的四氧化三鐵粒子，其表面帶正電，Zeta電位測定表面電位在+6.7～+18.5mV。同現有技術相比，由於本發明採用較低的合成溫度，氮氣保護防止了二價鐵鹽的氧化，製備得到的磁粒子粒徑小而均勻，表面帶電能長期穩定分散而不團聚，是一種在磁場存在下能定向移動的超順磁粒子。製備方法為氮氣保護條件下，用氨水調節含三價鐵鹽與二價鐵鹽溶液的pH至9-10，70～100℃攪拌條件下反應1～4h後，用乙醇及去離子水多次洗滌至pH為中性。將製備得到的納米磁性四氧化三鐵分散於檸檬酸三鈉溶液或者硝酸溶液中，丙酮、去離子多次洗滌後得到帶負電或者帶正電的磁流體。
文檔編號H01F41/00GK101763930SQ201010023129
公開日2010年6月30日 申請日期2010年1月21日 優先權日2010年1月21日
發明者尹靜波, 張瑛, 朱捷, 範寅清, 鄭嬿珍, 顏世峰 申請人:上海大學