本發(fā)明涉及一種粒徑可控fe3o4納米粉的制備方法及其在油水分離中的應(yīng)用，屬于無(wú)機(jī)納米粉體材料制備以及油水分離技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

四氧化三鐵納米材料(fe3o4nms)具有廉價(jià)以及良好的磁學(xué)性能，在磁流體發(fā)電、靶向治療、負(fù)載催化劑回收以及污水處理等方面應(yīng)用廣泛。國(guó)內(nèi)外研究者在fe3o4納米粉體的制備、形態(tài)控制及其實(shí)際應(yīng)用等方面研究較多。水熱法是獲得fe3o4納米粉體一種重要方法，該法得到的fe3o4顆粒的形狀一般規(guī)則。同時(shí)，水熱法所需反應(yīng)設(shè)備較簡(jiǎn)單。因此，水熱法在制備fe3o4納米粉體方面應(yīng)用廣泛。

水熱法制備fe3o4納米材料通常是以fecl3.6h2o為鐵源，采用諸如乙二醇、冬氨酸、維生素c、檸檬酸鈉和水合肼等還原劑，在反應(yīng)釜中進(jìn)行的。然而，由于所采用的還原劑的種類不同，最終所得到的fe3o4納米粉體的形態(tài)和性能的差異也很大。例如，使用乙二醇和檸檬酸鈉時(shí)，一般多數(shù)得到是fe3o4微球，其直徑約為200～800nm。此外，fe³⁺和還原劑通常需要在中性或堿性體系中才能生成fe3o4物相。因此，各種制備方法均無(wú)法做到粒徑可控。

另外，針對(duì)fe3o4納米材料在油水分離中的應(yīng)用，目前未見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足之處，提供一種制備原理新穎、操作簡(jiǎn)單、成本低廉、性能可控、可以批量生產(chǎn)的粒徑可控fe3o4納米粉的制備方法及其在油水分離中的應(yīng)用。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種粒徑可控fe3o4納米粉的制備方法，包括如下步驟：

1)、將0.3～0.4g的fecl3.6h2o和0.1～1g的甘露醇溶于60ml去離子水中超聲使其完全溶解；

2)、用naoh溶液調(diào)節(jié)溶液的ph值，使其達(dá)到3～11；

3)、將調(diào)配好的溶液轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，在180℃下經(jīng)水熱合成反應(yīng)24h后取出產(chǎn)物，經(jīng)過(guò)后處理得到fe3o4納米粉。

作為本發(fā)明的粒徑可控fe3o4納米粉的制備方法的優(yōu)選技術(shù)方案，制備方法中，步驟2)中所述naoh溶液的濃度為0.4～1mol/l，制備的fe3o4納米粉的粒度為5～60nm，顏色為黑色。

一種fe3o4納米粉在油水分離中的應(yīng)用，將fe3o4納米粉體加入到油-水體系中并進(jìn)行超聲分散處理，通過(guò)靜置或磁分離，將融入油相的fe3o4快速地從水相中分離出來(lái)。

優(yōu)選地，油相與水相的體積比為0.1～10：1，油-水體系中fe3o4納米粉的使用量為15～25g/l。

本發(fā)明以fecl3.6h2o為鐵源，甘露醇為還原劑，采用水熱法制備，通過(guò)控制反應(yīng)體系的ph大小可以對(duì)fe3o4納米粉體的粒徑和表面特性進(jìn)行有效控制，從而使得fe3o4納米粉體的性能得以提高。同時(shí)發(fā)現(xiàn)制備出的fe3o4納米粉體具有優(yōu)異的親油特性，可用于油水分離領(lǐng)域。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)、本發(fā)明首次通過(guò)調(diào)控氯化鐵-甘露醇水溶液的ph大小，得到了粒徑不同的系列fe3o4納米粉體，為fe3o4納米材料的合成提供了一種新的途徑。

2)、本發(fā)明制備的fe3o4納米粉體具有優(yōu)異的親油性和良好的磁學(xué)性能，產(chǎn)量較大，成本低，無(wú)需進(jìn)行二次改性即可應(yīng)用于油污分離以及重金屬吸附去除等領(lǐng)域。

3)、本發(fā)明在制備過(guò)程中所需原材料和設(shè)備都較少，操作工藝簡(jiǎn)單，因此，生產(chǎn)成本和環(huán)保情況都比較理想。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1～4制備產(chǎn)物的xrd圖；

圖2a～d依次為實(shí)施例1～4制備產(chǎn)物的fe-sem圖；

圖3為實(shí)施例1～4制備產(chǎn)物的vsm曲線；

圖4為采用fe3o4納米粉進(jìn)行油水分離的宏觀演示圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明方法所得產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、形貌和磁性能進(jìn)行表征，分別選用x射線粉末衍射(xrd)、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(fe-sem)和振動(dòng)磁強(qiáng)計(jì)(vsm)，采用模擬油水體系進(jìn)行產(chǎn)物的親油性能分析和表征。

實(shí)施例1

溶液ph為3時(shí)制備fe3o4納米粉，具體步驟如下：

1)、將0.35g的fecl3.6h2o和0.5g的甘露醇溶于60ml去離子水中超聲使其完全溶解。

2)、用0.7mol/l的naoh溶液調(diào)節(jié)溶液的ph值，使其達(dá)到3。

3)、將調(diào)配好的溶液轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，在180℃下經(jīng)水熱合成反應(yīng)24h后取出產(chǎn)物，經(jīng)過(guò)后處理得到黑色的fe3o4納米粉。

實(shí)施例2

溶液ph為5時(shí)制備fe3o4納米粉，具體步驟同實(shí)施例1，不同的是采用naoh溶液調(diào)節(jié)溶液的ph為5。

實(shí)施例3

溶液ph為7時(shí)制備fe3o4納米粉，具體步驟同實(shí)施例1，不同的是采用naoh溶液調(diào)節(jié)溶液的ph為7。

實(shí)施例4

溶液ph為11時(shí)制備fe3o4納米粉，具體步驟同實(shí)施例1，不同的是采用naoh溶液調(diào)節(jié)溶液的ph為11。

采用x衍射儀、掃描電子顯微鏡和磁強(qiáng)振動(dòng)計(jì)分別對(duì)上述實(shí)施例得到的產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和室溫磁性能進(jìn)行了初步表征。

圖1為實(shí)施例1～4制備產(chǎn)物的xrd圖，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)的fe3o4譜圖(pdf#：19-0629)相比后可知，在該實(shí)驗(yàn)條件下所得的產(chǎn)物的相均為立方結(jié)構(gòu)的fe3o4物相，以其中的(311)晶面衍射峰為例，可以看出，隨著ph值從小變到大，(311)晶面衍射峰半高寬(b)是在逐漸增大的，依據(jù)謝樂(lè)公式(d＝kλ/bcosθ，k為scherrer常數(shù)，d為晶粒尺寸，b為衍射峰半高寬，θ為衍射角，λ為x射線波長(zhǎng))可知，在其它參數(shù)都一定的情況下，產(chǎn)物的粒徑(d)在逐漸減小，粒徑范圍基本保持在5～60nm。

圖2a～d依次為實(shí)施例1～4制備產(chǎn)物的fe-sem圖，由該圖2可知，隨著ph值得逐漸增大，獲得的fe3o4粒徑逐漸減小，這與上述xrd的結(jié)果是相一致的。通過(guò)圖2中的系列插圖可以初步判斷，隨著ph值逐漸增加，產(chǎn)物粒徑在逐漸減少，在給定的相同的時(shí)間內(nèi)(10分鐘)，產(chǎn)物從水中被磁分離出來(lái)的難易程度在逐漸增加，這初步說(shuō)明，產(chǎn)物的磁性能隨ph值增加也在逐漸減弱。但是，需要指出的是，當(dāng)強(qiáng)度一定的外磁場(chǎng)施加時(shí)間足夠長(zhǎng)后(如24h)，所有產(chǎn)物都能將從水中被分離出來(lái)。

圖3為實(shí)施例1～4制備產(chǎn)物的室溫磁滯回線(vsm)，對(duì)圖3中各曲線進(jìn)行比較分析后可以得出，隨著ph值逐漸增加，獲得的產(chǎn)物的飽和磁化強(qiáng)度(ms)和矯頑力(hc)的值均在逐漸減小。由此表明：產(chǎn)物也將由亞鐵磁性向超順磁性轉(zhuǎn)變，即產(chǎn)物表現(xiàn)出了超順磁特征。

實(shí)施例5

溶液ph為4時(shí)制備fe3o4納米粉，具體步驟如下：

1)、將0.3g的fecl3.6h2o和1g的甘露醇溶于60ml去離子水中超聲使其完全溶解。

2)、用0.4mol/l的naoh溶液調(diào)節(jié)溶液的ph值，使其達(dá)到4。

3)、將調(diào)配好的溶液轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，在180℃下經(jīng)水熱合成反應(yīng)24h后取出產(chǎn)物，經(jīng)過(guò)后處理得到黑色的fe3o4納米粉。

實(shí)施例6

溶液ph為9時(shí)制備fe3o4納米粉，具體步驟如下：

1)、將0.4g的fecl3.6h2o和0.1g的甘露醇溶于60ml去離子水中超聲使其完全溶解。

2)、用1mol/l的naoh溶液調(diào)節(jié)溶液的ph值，使其達(dá)到9。

3)、將調(diào)配好的溶液轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，在180℃下經(jīng)水熱合成反應(yīng)24h后取出產(chǎn)物，經(jīng)過(guò)后處理得到黑色的fe3o4納米粉。

實(shí)施例7

fe3o4納米粉體的親油性演示：

(1)、將0.2g的fe3o4納米粉體加入到配制好的10ml的油-水體系(兩者比例為1：9)中，通過(guò)超聲分散處理，使fe3o4納米粉體在體系中分散均勻。

(2)、通過(guò)磁分離將融入油相的fe3o4一起從水中分離出來(lái)。

圖4為采用fe3o4納米粉進(jìn)行油水分離的宏觀演示圖，可以看出，加入的fe3o4納米粉經(jīng)超聲后，開(kāi)始能均勻分散到水-油兩相中，靜置一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，fe3o4納米粉體將完全融入到了油相中，于是，通過(guò)外磁場(chǎng)可以很方便地將fe3o4和油一起從水中分離出來(lái)。

以上內(nèi)容僅僅是對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思所作的舉例和說(shuō)明，所屬本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的構(gòu)思或者超越本權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。