專利名稱：分散納米Fe的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種高分散納米Fe3O4顆粒的制備方法，屬于Fe3O4顆粒的制備方法的創(chuàng)新技術(shù)。
現(xiàn)有Fe3O4顆粒的制備方法，一般是用FeCl2與FeCl3的混合液與NaOH溶液反應(yīng)而制得Fe3O4顆粒，其存在的缺點是FeCl2價格貴，生產(chǎn)成本高，且在制備過程中介入的Na+難于清洗，此外反應(yīng)需在加熱的狀況下進行，生產(chǎn)工藝復(fù)雜；另外，其在制備過程中沒有采用磁吸和清洗相結(jié)合的工藝和氣體保護工藝，生成的Fe3O4顆粒也沒有保存在礦物油中，因此，制得的Fe3O4顆粒難于達到最佳的顆粒分散效果。
本發(fā)明的目的在于克服上述缺點而提供一種不僅可以節(jié)約生產(chǎn)成本，而且可簡化生產(chǎn)工藝，且制得的Fe3O4顆粒能達到最佳的顆粒分散效果的高分散納米Fe3O4顆粒的制備方法。
本發(fā)明的制備方法按如下步驟進行(1)配備Fe+2與Fe+3的混合液根據(jù)環(huán)境溫度配出接近飽和的FeCl2和FeSO4水溶液，按摩爾比Fe+2∶Fe+3＝1∶1.5～2將兩種溶液混合制成Fe+2與Fe+3的混合液；(2)反應(yīng)生成Fe3O4采用雙管齊下的方法按摩爾比Fe+2∶Fe+3∶OH-1＝1∶1.5～1.8∶12～16的比例關(guān)系加入混合液和氨水，同時高速攪拌，控制攪拌速度大于1200轉(zhuǎn)/分，1～3分鐘后立即加入蒸餾水；
(3)清洗處理反應(yīng)后的溶液采用磁吸和攪拌相配合的方法反復(fù)清洗，至少用蒸餾水反復(fù)清洗4次以上，去除Cl-1、SO4-2等雜質(zhì)，得到新鮮的顆粒表面；(4)顆粒改性在清洗好的顆粒中按體積比1∶3～5加入氨水和蒸餾水，保持PH值9～10，邊攪拌邊加熱，并按顆粒和高級脂肪酸混合物的體積比例關(guān)系1∶1.5～3加入，保持溫度在70～90℃之間，并用惰性氣體保護，延續(xù)40～60分鐘。
上述步驟(4)所得到的顆?？刹捎萌缦路椒ㄟM行分散并儲存?zhèn)溆孟扔帽⒁掖蓟蚣状济撍?，?0～70°真空烘干，然后在攪拌或超聲作用下將其分散在礦物油中。
上述步驟(4)所得到的顆粒還可采用如下方法進行分散并儲存?zhèn)溆弥苯訉⑵浞稚⒃诘V物油中，反復(fù)置換脫水，最后可用離心機將所制得的礦物油基Fe3O4磁性液體作離心處理，保持轉(zhuǎn)速高于5000轉(zhuǎn)/分，去除大顆粒，以保證Fe3O4納米顆粒高度分散地穩(wěn)定儲存在所選擇的礦物油中。
上述步驟(4)中所用的惰性氣體為氬氣或氮氣。
下面結(jié)合實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的具體方法實施例1本發(fā)明的制備方法按如下步驟進行(1)配備Fe+2與Fe+3的混合液取100克FeSO4.7H2O配成20％的FeSO4的溶液，按照按Fe+2∶Fe+3＝1∶1.7配比，考慮Fe+2部分氧化，稱量180克FeCl3.6H2O，配成15％的FeCl3溶液，把溶解了的FeSO4溶液和FeCl3溶液混合制成Fe+2與Fe+3的混合液；
(2)反應(yīng)生成Fe3O4取340ml濃度為25％的氨水，把混合液和氨水按比例采取雙管齊下的方式注入三口燒瓶，同時高速攪拌，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速1300轉(zhuǎn)/分，攪拌2分鐘反應(yīng)生成Fe3O4后，立即加入400ml的蒸餾水，以避免納米晶粒聚集和長大，并起到降溫和利于攪拌等作用；(3)清洗處理反應(yīng)后的溶液采用磁吸和攪拌相配合的方法反復(fù)清洗，在攪拌條件下向其中加入蒸餾水，反復(fù)清洗6次，每次加蒸餾水500ml，攪拌持續(xù)時間10分鐘，攪拌速度400轉(zhuǎn)/分，以去除Cl-1、SO4-2等雜質(zhì)，得到新鮮的顆粒表面；(4)顆粒改性在清洗好的顆粒中按體積比1∶4加入氨水和蒸餾水，調(diào)節(jié)PH值為9.5，邊攪拌邊加熱，攪拌速度約400轉(zhuǎn)/分，加入油酸和硬脂酸混合物15ml，保持溫度在85℃，持續(xù)50分鐘，整個過程通氬氣保護。
上述步驟(4)所得到的顆?？刹捎萌缦路椒ㄟM行分散并儲存?zhèn)溆孟仍诖艌龅淖饔孟率笷e3O4顆粒下沉，除去上面的水分，然后在其中加丙酮500ml，攪拌，再在磁場的作用下使Fe3O4顆粒下沉，除去上面大部分丙酮和水的混合物，接著把丙酮脫水后的Fe3O4顆粒真空干燥，保持溫度60℃，直到去除其中水分，將其分散到500ml的辛烷中；用離心機將分散到礦物油中的Fe3O4顆粒作離心處理，保持轉(zhuǎn)速大于5000轉(zhuǎn)/分，去除大顆粒，得到高度分散的Fe3O4納米顆粒。
實施例2本發(fā)明的制備方法按如下步驟進行(1)配備Fe+2與Fe+3的混合液取100克FeSO4.7H2O配成20％的FeSO4的溶液，按照Fe+2∶Fe+3＝1∶1.7配比，考慮Fe+2部分氧化，稱量180克FeCl3.6H2O，配成15％的FeCl3溶液，把溶解了的FeSO4溶液和FeCl3溶液混合制成Fe+2與Fe+3的混合液；(2)反應(yīng)生成Fe3O4取360ml濃度為25％的氨水，把混合液和氨水按比例采取雙管齊下的方式注入三口燒瓶。同時高速攪拌，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速1350轉(zhuǎn)/分，攪拌3分鐘反應(yīng)生成Fe3O4后，立即加入430ml的蒸餾水，以避免納米晶粒聚集和長大，并起到降溫和利于攪拌等作用；(3)清洗處理反應(yīng)后的溶液采用磁吸和攪拌相配合的方法反復(fù)清洗，在攪拌條件下向其中加入蒸餾水，反復(fù)清洗5次，每次加蒸餾水520ml，攪拌持續(xù)時間10分鐘，攪拌速度420轉(zhuǎn)/分，以去除Cl-1、SO4-2等雜質(zhì)，得到新鮮的顆粒表面；(4)顆粒改性在清洗好的顆粒中按體積比1∶4加入氨水和蒸餾水，調(diào)節(jié)PH值為9.5，邊攪拌邊加熱，攪拌速度約420轉(zhuǎn)/分。加入油酸和硬脂酸混合物18ml，保持溫度在80℃，持續(xù)55分鐘，整個過程通氮氣保護。
上述步驟(4)所得到的顆?？刹捎萌缦路椒ㄟM行分散并儲存?zhèn)溆迷诖艌龅淖饔孟率笷e3O4顆粒下沉，除去上面的水分，把仍含有水的Fe3O4顆粒直接分散到520ml的辛烷中，用分液漏斗去除殘余的水；再用離心機將分散到礦物油中的Fe3O4顆粒作離心處理，保持轉(zhuǎn)速大于5000轉(zhuǎn)/分，去除大顆粒，得到高度分散的Fe3O4納米顆粒。
本發(fā)明與傳統(tǒng)方法相比具有如下優(yōu)點①Fe+2和Fe+3濃度按合理比例配制，避免了Fe+2或Fe+3單方過剩的現(xiàn)象，
且用價格便宜的FeSO4代替FeCl2與FeCl3反應(yīng)，不僅得到了同樣的效果，而且節(jié)約了生產(chǎn)成本；②在Fe3O4顆粒制備過程中用氨水代替?zhèn)鹘y(tǒng)的NaOH溶液，首先是避免Na+的介入，而溶液中的NH4+很容易生成NH3揮發(fā)掉，易于清洗；此外反應(yīng)在常溫下進行，不需加熱，簡化了生產(chǎn)工藝；③在生成Fe3O4顆粒和表面改性前，增加了磁吸和清洗相結(jié)合的工藝和氣體保護工藝，一方面防止殘留在溶液中的Cl-1、SO4-2吸附在顆粒表面，影響下一步油酸根離子在Fe3O4顆粒的吸附，另一方面防止了油酸氧化；④用2種高級脂肪酸的混合物作為表面活性劑，以保證在顆粒表面形成一層較為致密的單分子包附層，達到最佳的顆粒分散效果；⑤在脫水過程中除了丙酮或乙醇清洗，真空干燥傳統(tǒng)工藝外，采用辛烷置換工藝，能較完全脫去其中水分，并使Fe3O4顆粒得到較完全分散；脫水后的顆粒通過膠溶的方法保存在礦物油中，得到顆粒粒徑在5～15nm、高度分散的Fe3O4顆粒。
本發(fā)明對Fe3O4顆粒的合成和改性工藝進行了優(yōu)化，特別是對原料配比、反應(yīng)過程、顆粒改性和分散等工藝進行了規(guī)范化處理。因此，用本發(fā)明的制備方法不僅可以節(jié)約生產(chǎn)成本，而且可簡化生產(chǎn)工藝，且制得的Fe3O4顆粒能達到最佳的顆粒分散效果，可為小規(guī)模并規(guī)范化生產(chǎn)具有廣泛用途的磁性液體提供高分散的磁性顆粒。本發(fā)明是一種方便實用，社會效益及經(jīng)濟效益均較顯著的高分散納米Fe3O4顆粒的制備方法。
權(quán)利要求
1.高分散納米Fe3O4顆粒的制備方法，其特征在于按如下步驟進行(1)配備Fe+2與Fe+3的混合液根據(jù)環(huán)境溫度配出接近飽和的FeCl2和FeSO4水溶液，按摩爾比Fe+2∶Fe+3＝1∶1.5～2將兩種溶液混合制成Fe+2與Fe+3的混合液；(2)反應(yīng)生成Fe3O4采用雙管齊下的方法按摩爾比Fe+2∶Fe+3∶OH-1＝1∶1.5～1.8∶12～16的比例關(guān)系加入混合液和氨水，同時高速攪拌，控制攪拌速度大于1200轉(zhuǎn)/分，1～3分鐘后立即加入蒸餾水；(3)清洗處理反應(yīng)后的溶液采用磁吸和攪拌相配合的方法反復(fù)清洗，至少用蒸餾水反復(fù)清洗4次以上，去除Cl-1、SO4-2等雜質(zhì)，得到新鮮的顆粒表面；(4)顆粒改性在清洗好的顆粒中按體積比1∶3～5加入氨水和蒸餾水，保持PH值9～10，邊攪拌邊加熱，并按顆粒和高級脂肪酸混合物的體積比例關(guān)系1∶1.5～3加入，保持溫度在70～90℃之間，并用惰性氣體保護，延續(xù)40～60分鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高分散納米Fe3O4顆粒的制備方法，其特征在于上述步驟(4)所得到的顆?？刹捎萌缦路椒ㄟM行分散并儲存?zhèn)溆孟扔帽⒁掖蓟蚣状济撍?，?0～70°真空烘干，然后在攪拌或超聲作用下將其分散在礦物油中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分散納米Fe3O4顆粒的制備方法，其特征在于上述步驟(4)所得到的顆?？刹捎萌缦路椒ㄟM行分散并儲存?zhèn)溆弥苯訉⑵浞稚⒃诘V物油中，反復(fù)置換脫水，最后可用離心機將所制得的礦物油基Fe3O4磁性液體作離心處理，保持轉(zhuǎn)速高于5000轉(zhuǎn)/分，去除大顆粒，以保證Fe3O4納米顆粒高度分散地穩(wěn)定儲存在所選擇的礦物油中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的高分散納米Fe3O4顆粒的制備方法，其特征在于上述礦物油為辛烷、環(huán)己烷、溶劑汽油或煤油等。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高分散納米Fe3O4顆粒的制備方法，其特征在于上述步驟(3)中蒸餾水反復(fù)清洗的次數(shù)為5～6次。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高分散納米Fe3O4顆粒的制備方法，其特征在于上述步驟(1)中可按摩爾比Fe+2∶Fe+3＝1∶1.5～1.8將FeCl2和FeSO4兩種水溶液混合制成Fe+2與Fe+3的混合液。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高分散納米Fe3O4顆粒的制備方法，其特征在于上述步驟(4)中所用的惰性氣體為氬氣或氮氣。
全文摘要
本發(fā)明是一種高分散納米Fe
文檔編號C01G49/08GK1365951SQ01107440
公開日2002年8月28日 申請日期2001年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月15日
發(fā)明者沈輝 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所