專利名稱：微米Fe₃O₄表面包覆納米SiO₂復(fù)合粒子的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合粒子的制備方法，具體涉及一種微米FeA表面包覆納米 Si02復(fù)合粒子的制備方法。
背景技術(shù)：
由于現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展和城市人口的增加，生活用水和工業(yè)用水量急劇增加。 但是大量污水沒有進(jìn)行處理直接排放或是污水處理的效果不達(dá)標(biāo)，嚴(yán)重污染了環(huán)境，可見 污水的處理有很重要的意義。 文獻(xiàn)《鐵鹽絮凝劑磁絮體形成的最佳參數(shù)及性能研究》提出了一種處理污水的好 方法通過添加絮凝劑和磁粉可以明顯改善污水處理效果，使污水出水剩余濁度得到明顯 的降低，絮體更密實(shí)，尺寸和密度增加，加磁絮凝可以大大縮短沉降所需時(shí)間，提高絮凝效 果，且易于實(shí)現(xiàn)固液磁分離。但是磁粉的抗氧化、抗酸能力卻很差，在潮濕的環(huán)境里容易氧 化，且與絮體污泥結(jié)合牢固，很難分離，不利于磁種回收利用，造成了很大的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供微米？6304表 面包覆納米Si02復(fù)合粒子的制備方法，利用該方法制備出的復(fù)合粒子具有良好的化學(xué)穩(wěn)定 性、耐酸性和抗氧化性。 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是微米Fe3(^表面包覆納米Si(^ 復(fù)合粒子的制備方法，該復(fù)合粒子的制備方法如下稱取20g-30g的Fe304微米粒子分散于 100mL-300mL的無水乙醇中，加入0. lmL 0. 3mL分散劑，超聲分散20-60分鐘，然后將分 散后的Fe304微米粒子的無水乙醇溶液轉(zhuǎn)入500mL的四口燒瓶中，用恒壓滴液漏斗逐滴滴加 堿溶液，并調(diào)節(jié)該溶液的pH值為9. 5-11，逐滴加入40mL-90mL的正硅酸乙酯，在電動(dòng)攪拌 器上攪拌并進(jìn)行水浴加熱，水浴溫度為50-7(TC，反應(yīng)時(shí)間為5-6h ;反應(yīng)完畢后，在磁場(chǎng)吸 引的條件下，將反應(yīng)后的溶液用蒸餾水反復(fù)洗滌，直至蒸餾水不再變渾濁，把得到的沉淀放 入100-13(TC的恒溫干燥箱中干燥6-8h，最后研細(xì)得到微米四氧化三鐵表面包覆納米二氧 化硅的復(fù)合粒子Fe304/Si02。 上述步驟中所述的磁性四氧化三鐵的粒徑為75 ii m-150 y m。
上述步驟中所述的分散劑為油酸。 上述步驟中所述的堿溶液為氨水和氫氧化鈉中的一種或兩種。 上述步驟中所述正硅酸乙酯在反應(yīng)溶液中的反應(yīng)濃度為0. 40mol/L-2. 0Omol/L。 本發(fā)明利用二氧化硅的穩(wěn)定性制得的微米四氧化三鐵表面包覆納米二氧化硅的
復(fù)合粒子，可以提高四氧化三鐵的耐酸性和抗氧化性。 本發(fā)明對(duì)微米磁種進(jìn)行了表面改性，采用液相沉積法制備了磁性復(fù)合粒子，就是 在乙醇溶劑中以堿液催化正硅酸乙酯在磁性粒子表面修飾Si02，制備的磁性復(fù)合粒子的抗 氧化性、耐酸性有了很大的提高，而且制備的磁性復(fù)合粒子與絮體污泥易于分離，有利于磁粉的回收利用。 用二氧化硅對(duì)微米級(jí)四氧化三鐵進(jìn)行改性的優(yōu)點(diǎn) 二氧化硅(Si02)具有良好的生物相容性及抗分解能力，在FeA表面包覆一層 Si(^后，能極大地降低？6304粒子的零電點(diǎn)和屏蔽偶極子的相互作用，使粒子具有良好的水 溶性、化學(xué)穩(wěn)定性及生物相容性，且Si(^表面存有豐富的羥基，可使復(fù)合粒子容易進(jìn)一步生 物功能化。通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察結(jié)果表明二氧化硅幾乎全部包覆在微米四氧 化三鐵的表面，包覆效果良好，而Si02本身的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，不溶于水也不 和水反應(yīng)，是酸性氧化物，不和一般酸反應(yīng)，所以Si02的包覆大大提高了 Fe304/Si02復(fù)合粒 子的化學(xué)穩(wěn)定性、耐酸性和抗氧化性。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)利用該方法制備的微米Fe30"納米Si(^復(fù)
合粒子，極大地降低？6304粒子的零電點(diǎn)和屏蔽偶極子的相互作用，使？6304粒子具有良好的
水溶性、化學(xué)穩(wěn)定性以及生物相容性，提高了微米四氧化三鐵的耐酸性和抗氧化性，該復(fù)合
粒子的耐酸性好于純的微米四氧化三鐵，同時(shí)Si02本身物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)均十分穩(wěn)定，
不溶于水也不和水反應(yīng)，是酸性氧化物，不和一般酸反應(yīng)，有利于后續(xù)磁分離工作進(jìn)行，而
且制備的磁性復(fù)合粒子與絮體污泥易于分離，有利于磁粉的回收利用。 下面通過實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 稱取20g粒徑大小為75 ii m的Fe304分散于100mL無水乙醇中，加入0. lmL油酸， 超聲分散20分鐘，然后將分散后的Fe304微米粒子的無水乙醇溶液轉(zhuǎn)入500mL的四口燒瓶 中，用恒壓滴液漏斗逐滴滴加堿溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH值為IO，逐步滴加入40mL的TEOS，在 電動(dòng)攪拌器上攪拌并進(jìn)行水浴加熱，水浴溫度為5(TC，反應(yīng)時(shí)間為6h ;反應(yīng)完畢后，在磁場(chǎng) 吸引的條件下，將反應(yīng)后的溶液用蒸餾水反復(fù)洗滌，直至蒸餾水不再變渾濁，把得到的沉淀 放入10(TC的恒溫干燥箱中干燥8h，最后研細(xì)得到微米四氧化三鐵表面包覆納米二氧化硅 的復(fù)合粒子Fe30/Si(V
實(shí)施例2 稱取20g粒徑大小為100iim的Fe304分散于lOOmL無水乙醇中，加入O. 2mL油酸， 超聲分散40分鐘，然后將分散后的Fe304微米粒子的無水乙醇溶液轉(zhuǎn)入500mL的四口燒瓶 中，用恒壓滴液漏斗逐滴滴加堿溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH值為IO，逐步滴加入40mL的TEOS，在 電動(dòng)攪拌器上攪拌并進(jìn)行水浴加熱，水浴溫度為5(TC，反應(yīng)時(shí)間為6h ;反應(yīng)完畢后，在磁場(chǎng) 吸引的條件下，將反應(yīng)后的溶液用蒸餾水反復(fù)洗滌，直至蒸餾水不再變渾濁，把得到的沉淀 放入12(TC的恒溫干燥箱中干燥7h，最后研細(xì)得到微米四氧化三鐵表面包覆納米二氧化硅 的復(fù)合粒子Fe30/Si(V
實(shí)施例3 稱取20g粒徑大小為150iim的FeA分散于lOOmL無水乙醇中，加入O. 2mL油酸， 超聲分散60分鐘，然后將分散后的Fe304微米粒子的無水乙醇溶液轉(zhuǎn)入500mL的四口燒瓶 中，用恒壓滴液漏斗逐滴滴加堿溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH值為IO，逐步滴加入50mL的TEOS，在 電動(dòng)攪拌器上攪拌并進(jìn)行水浴加熱，水浴溫度為5(TC，反應(yīng)時(shí)間為6h ;反應(yīng)完畢后，在磁場(chǎng)
4吸引的條件下，將反應(yīng)后的溶液用蒸餾水反復(fù)洗滌，直至蒸餾水不再變渾濁，把得到的沉淀 放入13(TC的恒溫干燥箱中干燥6h，最后研細(xì)得到微米四氧化三鐵表面包覆納米二氧化硅 的復(fù)合粒子Fe3(VSi0"
實(shí)施例4 稱取20g粒徑大小為100iim的Fe304分散于200mL無水乙醇中，加入0. 2mL油酸， 超聲分散30分鐘，然后將分散后的Fe304微米粒子的無水乙醇溶液轉(zhuǎn)入500mL的四口燒瓶 中，用恒壓滴液漏斗逐滴滴加堿溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH值為IO，逐步滴加入50mL的TEOS，在 電動(dòng)攪拌器上攪拌并進(jìn)行水浴加熱，水浴溫度為5(TC，反應(yīng)時(shí)間為6h ;反應(yīng)完畢后，在磁場(chǎng) 吸引的條件下，將反應(yīng)后的溶液用蒸餾水反復(fù)洗滌，直至蒸餾水不再變渾濁，把得到的沉淀 放入10(TC的恒溫干燥箱中干燥6. 5h，最后研細(xì)得到微米四氧化三鐵表面包覆納米二氧化 硅的復(fù)合粒子Fe30/Si(^。
實(shí)施例5 稱取20g粒徑大小為100iim的Fe304分散于300mL無水乙醇中，加入0. 3mL油酸， 超聲分散30分鐘，然后將分散后的Fe30 4微米粒子的無水乙醇溶液轉(zhuǎn)入500mL的四口燒瓶 中，用恒壓滴液漏斗逐滴滴加堿溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH值為IO，逐步滴加入50mL的TEOS，在 電動(dòng)攪拌器上攪拌并進(jìn)行水浴加熱，水浴溫度為5(TC，反應(yīng)時(shí)間為6h ;反應(yīng)完畢后，在磁場(chǎng) 吸引的條件下，將反應(yīng)后的溶液用蒸餾水反復(fù)洗滌，直至蒸餾水不再變渾濁，把得到的沉淀 放入IO(TC的恒溫干燥箱中干燥8h，最后研細(xì)得到微米四氧化三鐵表面包覆納米二氧化硅 的復(fù)合粒子Fe30/Si(V
實(shí)施例6 稱取20g粒徑大小為100iim的Fe304分散于lOOmL無水乙醇中，加入O. 2mL油酸， 超聲分散30分鐘，然后將分散后的Fe304微米粒子的無水乙醇溶液轉(zhuǎn)入500mL的四口燒瓶 中，用恒壓滴液漏斗逐滴滴加堿溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH值為9. 5，逐步滴加入50mL的TEOS，在 電動(dòng)攪拌器上攪拌并進(jìn)行水浴加熱，水浴溫度為5(TC，反應(yīng)時(shí)間為6h ;反應(yīng)完畢后，在磁場(chǎng) 吸引的條件下，將反應(yīng)后的溶液用蒸餾水反復(fù)洗滌，直至蒸餾水不再變渾濁，把得到的沉淀 放入IO(TC的恒溫干燥箱中干燥6. 5h，最后研細(xì)得到微米四氧化三鐵表面包覆納米二氧化 硅的復(fù)合粒子Fe30/Si(^。
實(shí)施例7 稱取20g粒徑大小為100iim的FeA分散于lOOmL無水乙醇中，加入O. 2mL油酸， 超聲分散30分鐘，然后將分散后的Fe304微米粒子的無水乙醇溶液轉(zhuǎn)入500mL的四口燒瓶 中，用恒壓滴液漏斗逐滴滴加堿溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH值為ll，逐步滴加入50mL的TEOS，在 電動(dòng)攪拌器上攪拌并進(jìn)行水浴加熱，水浴溫度為5(TC，反應(yīng)時(shí)間為6h ;反應(yīng)完畢后，在磁場(chǎng) 吸引的條件下，將反應(yīng)后的溶液用蒸餾水反復(fù)洗滌，直至蒸餾水不再變渾濁，把得到的沉淀 放入10(TC的恒溫干燥箱中干燥6. 5h，最后研細(xì)得到微米四氧化三鐵表面包覆納米二氧化 硅的復(fù)合粒子Fe30/Si(^。
實(shí)施例8 稱取20g粒徑大小為100 y m的Fe 304分散于100mL無水乙醇中，加入0. 2mL油酸， 超聲分散30分鐘，然后將分散后的Fe304微米粒子的無水乙醇溶液轉(zhuǎn)入500mL的四口燒瓶 中，用恒壓滴液漏斗逐滴滴加堿溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH值為IO，逐步滴加入50mL的TEOS，在電動(dòng)攪拌器上攪拌并進(jìn)行水浴加熱，水浴溫度為6(TC，反應(yīng)時(shí)間為5. 5h ;反應(yīng)完畢后，在磁 場(chǎng)吸引的條件下，將反應(yīng)后的溶液用蒸餾水反復(fù)洗滌，直至蒸餾水不再變渾濁，把得到的沉 淀放入IO(TC的恒溫干燥箱中干燥6. 5h，最后研細(xì)得到微米四氧化三鐵表面包覆納米二氧 化硅的復(fù)合粒子Fe304/Si02。
實(shí)施例9 稱取20g粒徑大小為100iim的FeA分散于lOOmL無水乙醇中，加入O. 2mL油酸， 超聲分散30分鐘，然后將分散后的Fe304微米粒子的無水乙醇溶液轉(zhuǎn)入500mL的四口燒瓶 中，用恒壓滴液漏斗逐滴滴加堿溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH值為IO，逐步滴加入50mL的TEOS，在 電動(dòng)攪拌器上攪拌并進(jìn)行水浴加熱，水浴溫度為7(TC，反應(yīng)時(shí)間為5h ;反應(yīng)完畢后，在磁場(chǎng) 吸引的條件下，將反應(yīng)后的溶液用蒸餾水反復(fù)洗滌，直至蒸餾水不再變渾濁，把得到的沉淀 放入IO(TC的恒溫干燥箱中干燥6. 5h，最后研細(xì)得到微米四氧化三鐵表面包覆納米二氧化 硅的復(fù)合粒子Fe30/Si(^。
實(shí)施例10 稱取25g粒徑大小為100iim的Fe304分散于lOOmL無水乙醇中，加入O. 2mL油酸， 超聲分散30分鐘，然后將分散后的Fe304微米粒子的無水乙醇溶液轉(zhuǎn)入500mL的四口燒瓶 中，用恒壓滴液漏斗逐滴滴加堿溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH值為IO，逐步滴加入60mL的TEOS，在 電動(dòng)攪拌器上攪拌并進(jìn)行水浴加熱，水浴溫度為5(TC，反應(yīng)時(shí)間為6h ;反應(yīng)完畢后，在磁場(chǎng) 吸引的條件下，將反應(yīng)后的溶液用蒸餾水反復(fù)洗滌，直至蒸餾水不再變渾濁，把得到的沉淀 放入IO(TC的恒溫干燥箱中干燥6. 5h，最后研細(xì)得到微米四氧化三鐵表面包覆納米二氧化 硅的復(fù)合粒子Fe30/Si(^。
實(shí)施例11 稱取30g粒徑大小為100iim的Fe304分散于lOOmL無水乙醇中，加入O. 2mL油酸， 超聲分散30分鐘，然后將分散后的Fe304微米粒子的無水乙醇溶液轉(zhuǎn)入500mL的四口燒瓶 中，用恒壓滴液漏斗逐滴滴加堿溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH值為IO，逐步滴加入90mL的TEOS，在 電動(dòng)攪拌器上攪拌并進(jìn)行水浴加熱，水浴溫度為5(TC，反應(yīng)時(shí)間為6h ;反應(yīng)完畢后，在磁場(chǎng) 吸引的條件下，將反應(yīng)后的溶液用蒸餾水反復(fù)洗滌，直至蒸餾水不再變渾濁，把得到的沉淀 放入IO(TC的恒溫干燥箱中干燥6. 5h，最后研細(xì)得到微米四氧化三鐵表面包覆納米二氧化 硅的復(fù)合粒子Fe30/Si(^。 以上實(shí)例制得的Fe304/Si02復(fù)合粒子用0. 12mol/L-12mol/L的鹽酸來檢驗(yàn)復(fù)合粒 子的耐酸性，純微米級(jí)四氧化三鐵在鹽酸溶液中放置2-3天后由無色變?yōu)榱咙S色，而微米 Fe304表面包覆納米Si02復(fù)合粒子在鹽酸溶液中放置11-13天后，才開始發(fā)生變色，由此可 見Fe^/Si(^復(fù)合粒子耐酸性明顯提高；四氧化三鐵放在潮濕的環(huán)境下，容易由黑色變成 黃色，而微米Fe304表面包覆納米Si02復(fù)合粒子在潮濕的環(huán)境下不易變色，說明Fe304/Si02 復(fù)合粒具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性，不易被氧化；通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察 結(jié)果表明二氧化硅幾乎全部包覆在微米四氧化三鐵的表面，包覆效果良好。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明 技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技 術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
微米Fe3O4表面包覆納米SiO2復(fù)合粒子的制備方法，其特征在于制備過程為稱取20g-30g的四氧化三鐵微米粒子分散于100mL-300mL的無水乙醇中，加入0.1mL～0.3mL分散劑，超聲分散20-60分鐘，然后將分散后的四氧化三鐵微米粒子的無水乙醇溶液轉(zhuǎn)入500mL的四口燒瓶中，用恒壓滴液漏斗逐滴滴加堿溶液，并調(diào)節(jié)該溶液的pH值為9.5-11，逐滴加入40mL-90mL的正硅酸乙酯，在電動(dòng)攪拌器上攪拌并進(jìn)行水浴加熱，水浴溫度為50-70℃，反應(yīng)時(shí)間為5-6h；反應(yīng)完畢后，在磁場(chǎng)吸引的條件下，將反應(yīng)后的溶液用蒸餾水反復(fù)洗滌，直至蒸餾水不再變渾濁，把得到的沉淀放入100-130℃的恒溫干燥箱中干燥6-8h，最后研細(xì)得到微米四氧化三鐵表面包覆納米二氧化硅的復(fù)合粒子。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微米？6304表面包覆納米Si02復(fù)合粒子的制備方法，其特征 在于，所述四氧化三鐵微米粒子的粒徑為75 m-150 m。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微米？6304表面包覆納米Si02復(fù)合粒子的制備方法，其特征 在于，所述分散劑為油酸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微米？6304表面包覆納米Si02復(fù)合粒子的制備方法，其特征 在于，所述堿溶液為氨水和氫氧化鈉中的一種或兩種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微米？6304表面包覆納米Si02復(fù)合粒子的制備方法，其特征 在于，所述正硅酸乙酯在反應(yīng)溶液中的反應(yīng)濃度為0. 40mol/L-2. 0Omol/L。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微米Fe3O4表面包覆SiO2復(fù)合粒子的制備方法，采用液相沉積法，將四氧化三鐵微米粒子分散于正硅酸乙酯的乙醇溶液中超聲分散，用堿溶液來調(diào)節(jié)該溶液的pH值，經(jīng)過水解、縮聚、洗滌和干燥制得微米四氧化三鐵表面包覆納米二氧化硅的復(fù)合粒子Fe3O4/SiO2。該方法制備的Fe3O4/SiO2復(fù)合粒子，極大地降低了Fe3O4粒子的零電點(diǎn)和屏蔽偶極子的相互作用，同時(shí)SiO2本身物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)均十分穩(wěn)定，不溶于水也不和水反應(yīng)，是酸性氧化物，不和一般酸反應(yīng)，所以制得的復(fù)合粒子使Fe3O4粒子具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性以及生物相容性，提高了四氧化三鐵的耐酸性和抗氧化性，實(shí)驗(yàn)證明該復(fù)合粒子的耐酸性好于純的磁種四氧化三鐵，有利于后續(xù)磁分離工作的進(jìn)行。
文檔編號(hào)H01F1/12GK101789299SQ20101001370
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月13日
發(fā)明者喬春苗, 劉寺意, 魯禮民 申請(qǐng)人:西安恒旭科技發(fā)展有限公司