氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復(fù)合粒子的制備方法
【專利說明】氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復(fù)合粒子的制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種磁性復(fù)合材料的制備，具體涉及一種溶劑熱一步法直接制備氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復(fù)合粒子的方法，屬于無機納米材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]磁性納米粒子廣泛用于高密度信息存儲、固定化酶、藥物靶向引導(dǎo)、控制釋放、DNA和細(xì)胞分離技術(shù)、磁多功能復(fù)合材料、微波吸收、特種涂料、催化劑及生物工程等方面。目前納米四氧化三鐵的制備方法有很多，如共沉淀法、水熱/溶劑熱法、微乳液法、溶膠-凝膠法、金屬有機物前體熱分解法、靜電紡絲法等。通過對磁性納米粒子的表面修飾可以促進(jìn)粒子分散、提高抗氧化能力，同時適當(dāng)?shù)谋砻嫘揎椷€可以調(diào)節(jié)磁性納米粒子與其它材料的相容性和反應(yīng)特性。
[0004]二氧化硅可以屏蔽磁性納米粒子之間的偶極相互作用，阻止粒子團(tuán)聚，而且具有良好的生物相容性、親水性以及非常好的穩(wěn)定性，因而有關(guān)二氧化硅包覆磁性納米粒子復(fù)合粒子的制備與應(yīng)用研究備受關(guān)注。目前具有核殼結(jié)構(gòu)的四氧化三鐵@氧化硅復(fù)合粒子的制備方法主要采用兩步法，即:第一步采用共沉淀法、水熱法/溶劑熱法等首先制備納米四氧化三鐵粒子作為內(nèi)核，然后通過硅烷偶聯(lián)劑等對四氧化三鐵粒子的表面進(jìn)行修飾從而提高其分散性；第二步再通過正硅酸乙酯水解法、溶膠-凝膠法、反相微乳液法等在內(nèi)核四氧化三鐵粒子表面包覆氧化硅層，因此上述兩步法存在反應(yīng)步驟復(fù)雜、反應(yīng)時間長、內(nèi)核四氧化三鐵粒子在第二步制備過程中易受腐蝕轉(zhuǎn)化、溶劑用量過多、環(huán)境不友好、原料較貴等不足。而目前采用鐵鹽與硅鹽原料混合在一起通過一步化學(xué)反應(yīng)法(即一步法)直接制備具有核殼結(jié)構(gòu)的氧化硅包覆四氧化三鐵納米復(fù)合粒子的制備方法的文獻(xiàn)還未見報道，因此，開發(fā)一種環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)高效、一步法制備氧化娃包覆四氧化三鐵納米復(fù)合粒子的制備方法具有很好應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種形貌可控的氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復(fù)合粒子的制備方法。
[0006]本發(fā)明氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復(fù)合粒子的制備方法，其特征在于:所述的制備方法以六水氯化鐵為原料，碳酸氫鈉和九水偏硅酸鈉為混合堿源，乙二醇為溶劑，葡萄糖為輔助還原劑，聚乙烯吡咯烷酮K30為表面活性劑，通過以下步驟實施:
(1)將六水氯化鐵溶于乙二醇溶劑中，得到混合溶液A;
(2)將九水偏硅酸鈉、碳酸氫鈉、葡萄糖和聚乙烯吡咯烷酮溶于乙二醇中，超聲分散處理10?20min配得混合溶液B，其中九水偏硅酸鈉的用量為碳酸氫鈉質(zhì)量的1.0?2.0倍，九水偏硅酸鈉和碳酸氫鈉的總質(zhì)量為六水氯化鐵質(zhì)量的1.0?1.2倍； (3)將混合溶液A逐漸加入到混合溶液B中，并經(jīng)攪拌處理配制成混合溶液C，其中的葡萄糖和聚乙烯吡咯烷酮的用量分別為混合溶液C質(zhì)量的0.05%?0.1%和0.1%?0.4% ;
(4)將混合溶液C密封于聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，并放入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，反應(yīng)體系在180?200°C、1.0?2.5MPa的壓力條件下，反應(yīng)5?15h ；
(5)反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物冷卻至室溫，通過磁鐵分離后分別采用去離子水和無水乙醇洗滌2?3次，再經(jīng)真空干燥得到黑色氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復(fù)合粒子。
[0007]所述的氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復(fù)合粒子的內(nèi)核為四氧化三鐵，外層包覆的殼為無定形氧化娃。
[0008]所述的氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復(fù)合粒子的外貌為球狀或線狀，球狀復(fù)合粒子的粒徑為40?90nm，線狀復(fù)合粒子的長度為60?80nm。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點是:
(1)本發(fā)明方法原料易得，一步法直接制備工藝簡便，環(huán)境友好，經(jīng)濟(jì)高效，納米復(fù)合粒子形貌可控；
(2)六水氯化鐵與九水偏硅酸鈉和碳酸氫鈉反應(yīng)原料在一步法溶劑熱反應(yīng)合成之前，通過均勻混合發(fā)生雙水解反應(yīng)生成四氧化三鐵前驅(qū)體晶核，而無定形的氧化硅可有效阻止四氧化三鐵納米粒子團(tuán)聚，適量的葡萄糖可有效促進(jìn)四氧化三鐵物質(zhì)的生成，通過一步法制備分散性好的氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復(fù)合粒子，四氧化三鐵純度可達(dá)100%，可克服氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復(fù)合粒子的傳統(tǒng)兩步法(即先制備四氧化三鐵內(nèi)核，然后進(jìn)行氧化硅殼層包覆)的制備過程中內(nèi)核四氧化三鐵易腐蝕轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象；
(3)通過調(diào)節(jié)混合堿源中九水偏硅酸鈉與碳酸氫鈉的質(zhì)量配比，可以控制納米復(fù)合粒子的形貌，從而獲得球狀或線狀的氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復(fù)合粒子。
【附圖說明】
[0010]圖1為氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復(fù)合粒子的X射線衍射圖；
圖2為球狀氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復(fù)合粒子的透射電鏡圖；
圖3為線狀氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復(fù)合粒子的透射電鏡圖。
【具體實施方式】
[0011]以下結(jié)合本發(fā)明的實施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本實施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0012]實施例1
(1)在A燒杯中加入六水氯化鐵(FeCl3.6H20) 2.5000g和乙二醇25毫升通過攪拌配制混合溶液A ;
(2)在B燒杯加入九水偏硅酸鈉(Na2Si03.9H20) 1.5000g，碳酸氫鈉(NaHC03)為1.5000g、葡萄糖為0.05g，聚乙烯吡咯烷酮(PVP，K30) 0.0300g和乙二醇15毫升，通過超聲分散配制混合溶液B;
(3)將混合溶液A在不斷攪拌下逐漸加入到混合溶液B中，混合溶液中九水偏硅酸鈉、碳酸氫鈉與六水氯化鐵發(fā)生水解反應(yīng)產(chǎn)生氣泡，氣泡逸出后混合溶液C變成半透明；
(4)將混合溶液C轉(zhuǎn)移并密封于50毫升聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，放入鼓風(fēng)干燥箱中，控制加熱溫度為200°C并加熱10小時；
(5)待反應(yīng)液冷卻室溫之后，采用磁鐵分離方法除去沒有磁性的雜質(zhì)，然后用去離子水和無水乙醇洗滌2次后，在60°C真空干燥8小時即得到黑色粉末，此黑色粉末形貌為氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米球狀復(fù)合粒子。
[0013] 實施例2
(1)在A燒杯中加入六水氯化鐵(FeCl3.6H20) 2.5000g和乙二醇25毫升通過攪拌配制混合溶液A ;
(2)在B燒杯加入九水偏硅酸鈉(Na2Si03.9H20) 2.0000g，碳酸氫鈉(NaHC03)為1.0OOOg、葡萄糖為0.05g，聚乙烯吡咯烷酮(PVP，K30) 0.0300g和乙二醇15毫升，通過超聲分散配制混合溶液B;
(3)將混合溶液A在不斷攪拌下逐漸加入到混合溶液B中，混合溶液中九水偏硅酸鈉、碳酸氫鈉與六水氯化鐵發(fā)生水解反應(yīng)產(chǎn)生氣泡，氣泡逸出后混合溶液C變成半透明；
(4)將混合溶液C轉(zhuǎn)移并密封于50毫升聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，放入鼓風(fēng)干燥箱中，控制加熱溫度為200°C并加熱10小時；
(5)待反應(yīng)液冷卻室溫之后，采用磁鐵分離方法除去沒有磁性的雜質(zhì)，然后用去離子水和無水乙醇洗滌2次后，在60°C真空干燥8小時即得到黑色粉末，此黑色粉末形貌為氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米線復(fù)合粒子。
【主權(quán)項】
1.氧化娃包覆四氧化三鐵核殼型納米復(fù)合粒子的制備方法，其特征在于:所述的制備方法以六水氯化鐵為原料，碳酸氫鈉和九水偏硅酸鈉為混合堿源，乙二醇為溶劑，葡萄糖為輔助還原劑，聚乙烯吡咯烷酮K30為表面活性劑，通過以下步驟實施: (1)將六水氯化鐵溶于乙二醇溶劑中，得到混合溶液A; (2)將九水偏硅酸鈉、碳酸氫鈉、葡萄糖和聚乙烯吡咯烷酮溶于乙二醇中，超聲分散處理10?20min配得混合溶液B，其中九水偏硅酸鈉的用量為碳酸氫鈉質(zhì)量的1.0?2.0倍，九水偏硅酸鈉和碳酸氫鈉的總質(zhì)量為六水氯化鐵質(zhì)量的1.0?1.2倍； (3)將混合溶液A逐漸加入到混合溶液B中，并經(jīng)攪拌處理配制成混合溶液C，其中的葡萄糖和聚乙烯吡咯烷酮的用量分別為混合溶液C質(zhì)量的0.05%?0.1%和0.1%?0.4% ; (4)將混合溶液C密封于聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，并放入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，反應(yīng)體系在180?200°C、1.0?2.5MPa的壓力條件下，反應(yīng)5?15h ； (5)反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物冷卻至室溫，通過磁鐵分離后分別采用去離子水和無水乙醇洗滌2?3次，再經(jīng)真空干燥得到黑色氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復(fù)合粒子。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復(fù)合粒子的制備方法，其特征在于:所述的氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復(fù)合粒子的內(nèi)核為四氧化三鐵，外層包覆的殼為無定形氧化娃。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復(fù)合粒子的制備方法，其特征在于:所述的氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復(fù)合粒子的外貌為球狀或線狀，球狀復(fù)合粒子的粒徑為40?90nm，線狀復(fù)合粒子的長度為60?80nm。
【專利摘要】本發(fā)明氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復(fù)合粒子的制備方法，以六水氯化鐵為原料，碳酸氫鈉和九水偏硅酸鈉為混合堿源，乙二醇為溶劑，葡萄糖和聚乙烯吡咯烷酮分別為輔助還原劑和表面活性劑，將六水氯化鐵溶于乙二醇中得到混合溶液A；將九水偏硅酸鈉、碳酸氫鈉、葡萄糖和聚乙烯吡咯烷酮溶于乙二醇，經(jīng)超聲處理得到混合溶液B；將混合溶液A加到混合溶液B中，通過攪拌得到混合溶液C；將混合溶液C密封于高壓反應(yīng)釜中，在180～200℃、1.5～2.5MPa壓力下反應(yīng)5～15h，產(chǎn)物經(jīng)磁分離、洗滌和真空干燥得到氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復(fù)合粒子。本發(fā)明原料易得,工藝環(huán)保，通過調(diào)節(jié)九水偏硅酸鈉與碳酸氫鈉的質(zhì)量比，可一步制得線狀或球狀納米復(fù)合粒子。<b />
【IPC分類】C01G49/08, B82Y30/00
【公開號】CN105366734
【申請?zhí)枴緾N201510872033
【發(fā)明人】傅毛生
【申請人】南昌航空大學(xué)
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年12月3日