一種單分散二氧化硅/四氧化三鐵磁性復(fù)合顆粒的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種單分散二氧化硅/四氧化三鐵磁性復(fù)合顆粒的制備方法，屬于磁性顆粒領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)制備S12的方法主要有兩種:從礦石資源獲得的硅酸鹽(俗稱水玻璃)作為硅源，再由水玻璃經(jīng)過酸處理得到二氧化硅，制備過程采用高溫高壓的反應(yīng)裝置，原來使用強(qiáng)堿或堿性鹽，腐蝕性高、能耗大、成本高已經(jīng)成為人們愈加關(guān)注的問題。有機(jī)硅(如正硅酸甲酯、正硅酸乙酯)為原料，在酸或堿作催化劑的條件下水解得二氧化硅，但是原料的毒性較大、難于儲(chǔ)存和運(yùn)輸、對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求高且較難清洗和處理。因此，非常有必要開發(fā)新型環(huán)保的合成路線以及尋找石英砂以外的硅源。
[0003]稻殼中的二氧化硅為非晶態(tài)，在常壓下加熱即可溶出。為了提高稻殼的綜合利用率和其中二氧化硅的價(jià)值，帶來更豐厚的經(jīng)濟(jì)效益，可以作為規(guī)模生產(chǎn)的工藝途徑有兩種:一種途徑是熱解稻殼獲得熱能，再將熱解后的稻殼灰的主要成分分離制備成活性炭和二氧化硅產(chǎn)品；另一種途徑是將稻殼處理直接水解得糖酸液和二氧化硅，再將糖酸液制備成膠體碳及活性炭等廣品。
[0004]無機(jī)材料如二氧化硅可以作為保護(hù)殼層包裹在四氧化三鐵表面。其中二氧化硅這種無機(jī)材料應(yīng)用最廣泛。二氧化硅殼層防止四氧化三鐵在溶劑中的團(tuán)聚，提高了化學(xué)穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題:針對(duì)目前制備單分散二氧化硅反應(yīng)過程異常復(fù)雜，合成出的S12表面能高，容易團(tuán)聚，不易分散在有機(jī)溶劑問題，提供了一種單分散二氧化硅/四氧化三鐵磁性復(fù)合顆粒的制備方法，本發(fā)明將稻殼中的無定型二氧化硅與堿反應(yīng)，得水玻璃，利用水玻璃制備得硅酸溶膠，再對(duì)四氧化三鐵粉末表面進(jìn)行親水改性，將改性后的四氧化三鐵與硅酸溶膠混合，加入乙醇溶液和氨水進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后用鼓風(fēng)干燥箱加熱先去除大量的水，最后用冷凍干燥得磁性復(fù)合顆粒，本發(fā)明利用二氧化硅作為保護(hù)殼層包裹在四氧化三鐵表面，不僅有效的防止四氧化三鐵在溶劑發(fā)生團(tuán)聚，提高四氧化三鐵的化學(xué)穩(wěn)定性，而且用檸檬酸鈉為改性劑對(duì)四氧化鐵表面進(jìn)行親水改性，使其更易分散在硅酸溶膠中，更容易被二氧化硅包覆。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
(1)稱取100?200g干燥的稻殼，將其放入管式爐中，設(shè)置溫度在500?600°C，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下進(jìn)行高溫?zé)峤??4h，熱解后取出，按固液比1:5將稻殼加入質(zhì)量濃度45%的硫酸中浸泡，將浸泡的混合物移入鍋爐中，加熱煮沸2?3h，將煮沸后的混合物冷卻至室溫，抽濾得濾渣，并用蒸餾水沖洗至濾液為中性，將濾渣置于烘箱中在50?60°C下干燥完全；
(2)稱取30?50g上述烘干后的稻殼，將其按固液比1:4加入質(zhì)量濃度5%的氫氧化鈉溶液進(jìn)行浸泡30?40min，將浸泡后的混合液加入三口燒瓶中，并加熱至回流，回流2?3h后冷卻至室溫，將燒瓶中的混合物抽濾，得濾液，即為水玻璃溶液，將水玻璃溶液裝入三口燒瓶中，在55?60 °C和0.08?0.09MPa下進(jìn)行減壓脫水I?2h，得水玻璃濃縮液；
(3)量取15?20mL上述水玻璃濃縮液，向其中加入0.1?0.3g十六烷基三甲基溴化銨，超聲分散15?25min，將分散后的液體裝入三口燒瓶中，放入水浴鍋中，設(shè)置溫度為70?80°C，再加入1?12mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)45%乙醇溶液，攪拌1?15min，攪拌后用質(zhì)量濃度10%鹽酸調(diào)節(jié)pH值為6.0?6.5，繼續(xù)攪拌反應(yīng)3?4h得娃酸溶膠，備用；
(4)稱取0.8?0.9g四氧化三鐵粉末，將其超聲分散在80?10mL檸檬酸鈉溶液中，分散同時(shí)通入氮?dú)?，得到四氧化三鐵懸浮液，將懸浮液裝入三口燒瓶中，并放入水浴中，在65?75°C下機(jī)械攪拌8?10h，攪拌后自然冷卻到室溫，用磁鐵將產(chǎn)物分離，分離后按固液比1:3加入到無水乙醇中，攪拌后過濾，再將濾渣按固液比1: 5重新分散在去離子水中，離心分離得改性四氧化三鐵；
(5)將上述改性的四氧化三鐵按固液比1:5加入到步驟(3)的硅酸溶膠中，移入不銹鋼反應(yīng)釜中，并按體積比1:3加入質(zhì)量濃度65%的乙醇溶液和按體積比1:1加入質(zhì)量濃度15%氨水，控制反應(yīng)釜溫度為45?60°C，在600?800r/min下攪拌反應(yīng)10?12h，反應(yīng)時(shí)通入氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)；
(6)上述反應(yīng)結(jié)束后，將釜中的產(chǎn)物取出先放入70?80°C的鼓風(fēng)干燥箱中，加熱3?4h，加熱結(jié)束后，自然降至室溫，去除其中大量的水，最后進(jìn)行冷凍干燥使產(chǎn)物全部脫水為止，收集，即可。
[0007]本發(fā)明制備得到的磁性復(fù)合顆粒顏色為黑色顆粒，包顆粒呈球狀，表面光滑平整，分散性良好，顆粒直徑為380?450nm，磁化強(qiáng)度為20?25emu/g。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明利用二氧化硅作為保護(hù)殼層包裹在四氧化三鐵表面，不僅有效的防止四氧化三鐵在溶劑發(fā)生團(tuán)聚，提高四氧化三鐵的化學(xué)穩(wěn)定性；
(2)本發(fā)明用檸檬酸鈉為改性劑對(duì)四氧化鐵表面進(jìn)行親水改性，使其更易分散在硅酸溶膠中，顆粒更容易被二氧化硅包覆。
【具體實(shí)施方式】
[0009]首先稱取100?200g干燥的稻殼，將其放入管式爐中，設(shè)置溫度在500?600°C，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下進(jìn)行高溫?zé)峤??4h，熱解后取出，按固液比1:5將稻殼加入質(zhì)量濃度45%的硫酸中浸泡，將浸泡的混合物移入鍋爐中，加熱煮沸2?3h，將煮沸后的混合物冷卻至室溫，抽濾得濾渣，并用蒸餾水沖洗至濾液為中性，將濾渣置于烘箱中在50?60°C下干燥完全;稱取30?50g烘干后的稻殼，將其按固液比1:4加入質(zhì)量濃度5%的氫氧化鈉溶液進(jìn)行浸泡30?40min，將浸泡后的混合液加入三口燒瓶中，并加熱至回流，回流2?3h后冷卻至室溫，將燒瓶中的混合物抽濾，得濾液，即為水玻璃溶液，將水玻璃溶液裝入三口燒瓶中，在55?60°C和0.08?0.09MPa下進(jìn)行減壓脫水I?2h，得水玻璃濃縮液;量取15?20mL水玻璃濃縮液，向其中加入0.1?0.3g十六烷基三甲基溴化銨，超聲分散15?25min，將分散后的液體裝入三口燒瓶中，放入水浴鍋中，設(shè)置溫度為70?80°C，再加入10?12mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)45%乙醇溶液，攪拌10?15min，攪拌后用質(zhì)量濃度10%鹽酸調(diào)節(jié)pH值為6.0?6.5，繼續(xù)攪拌反應(yīng)3?4h得硅酸溶膠，備用；稱取0.8?0.9g四氧化三鐵粉末，將其超聲分散在80?10mL檸檬酸鈉溶液中，分散同時(shí)通入氮?dú)?，得到四氧化三鐵懸浮液，將懸浮液裝入三口燒瓶中，并放入水浴中，在65?75°C下機(jī)械攪拌8?10h，攪拌后自然冷卻到室溫，用磁鐵將產(chǎn)物分離，分離后按固液比
I: 3加入到無水乙醇中，攪拌后過濾，再將濾渣按固液比1:5重新分散在去離子水中，離心分離得改性四氧化三鐵;將改性的四氧化三鐵按固液比1:5加入到硅酸溶膠中，移入不銹鋼反應(yīng)釜中，并按體積比1: 3加入質(zhì)量濃度65%的乙醇溶液和按體積比1:1加入質(zhì)量濃度15%氨水，控制反應(yīng)釜溫度為45?60°C，在600?800r/min下攪拌反應(yīng)10?12h，反應(yīng)時(shí)通入氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù);反應(yīng)結(jié)束后，將釜中的產(chǎn)物取出先放入70?800C的鼓風(fēng)干燥箱中，加熱3?4h，加熱結(jié)束后，自然降至室溫，去除其中大量的水，最后進(jìn)行冷凍干燥使產(chǎn)物全部脫水為止，收集，即可。
[0010]實(shí)例I
首先稱取10g干燥的稻殼，將其放入管式爐中，設(shè)置溫度在500°C，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下進(jìn)行高溫?zé)峤?h，熱解后取出，按固液比1:5將稻殼加入質(zhì)量濃度45%的硫酸中浸泡，將浸泡的混合物移入鍋爐中，加熱煮沸2h，將煮沸后的混合物冷卻至室溫，抽濾得濾渣，并用蒸餾水沖洗至濾液為中性，將濾渣置于烘箱中在50°C下干燥完全;稱取30g烘干后的稻殼，將其按固液比I: 4加入質(zhì)量濃度5%的氫氧化鈉溶液進(jìn)行浸泡30min，將浸泡后的混合液加入三口燒瓶中，并加熱至回流，回流2h后冷卻至室溫，將燒瓶中的混合物抽濾，得濾液，即為水玻璃溶液，將水玻璃溶液裝入三口燒瓶中，在55 °C和0.08MPa下進(jìn)行減壓脫水Ih，得水玻璃濃縮液；量取15mL水玻璃濃縮液，向其中加入0.1g十六烷基三甲基溴化銨，超聲分散15min，將分散后的液體裝入三口燒瓶中，放入水浴鍋中，設(shè)置溫度為70°C，再加入1mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)45%乙醇溶液，攪拌1min，攪拌后用質(zhì)量濃度10%鹽酸調(diào)節(jié)pH值為6.0，繼續(xù)攪拌反應(yīng)3h得硅酸溶膠，備用；稱取0.8g四氧化三鐵粉末，將其超聲分散在80mL梓檬酸鈉溶液中，分散同時(shí)通入氮?dú)猓玫剿难趸F懸浮液，將懸浮液裝入三口燒瓶中，并放入水浴中，在65