專(zhuān)利名稱(chēng)：自形成磁性液體制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于鐵氧體MFe2O4(M＝Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Zn，Cu)微粒表面自身離子化，從而形成離子型磁性液體的制備方法。
背景技術(shù)：
磁性液體是單疇磁性納米微粒分散在基液中的膠體懸浮液。這種液態(tài)材料具有物理性質(zhì)在外磁場(chǎng)影響下可調(diào)的特性，作為新型的功能材料已在工程技術(shù)領(lǐng)域獲得應(yīng)用。通常，磁性液體中的懸浮的磁性納米微粒包裹了一層表面活性劑，以防止微粒的團(tuán)聚。這種磁性液體被稱(chēng)之為“表面處理磁性液體”。在1980年，法國(guó)人Massart提出了一種非表面處理的水基磁性液體的制備方法。這種磁性液體是使磁性納米微粒表面吸附H+或OH-，通過(guò)靜電排斥力防止微粒的團(tuán)聚。這種磁性液體被稱(chēng)作為“離子型磁性液體”或“電偶層磁性液體”。這兩類(lèi)磁性液體的制備都需在制得磁性納米微粒后，必須對(duì)微粒進(jìn)行特殊的處理-包裹表面活性劑或形成惰性表層，才能合成磁性液體。其制備過(guò)程都較為復(fù)雜，廢棄物中的酸或堿有害成分濃度較高，量較大，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種基于鐵氧體MFe2O4(M＝Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Zn，Cu)微粒表面自身離子化來(lái)形成離子型磁性液體的制備方法，具有獨(dú)特的形成機(jī)理，制備過(guò)程簡(jiǎn)單，易于操作。
本發(fā)明的制備方法具有如下步驟
第一步在堿性介質(zhì)中，共沉淀Fe3+-M2+水溶液混合物，(加入少量的酸，以防止金屬離子水解反應(yīng))制取鐵氧體納米微粒。其化學(xué)反應(yīng)為(1)M＝Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Zn，Cu，此反應(yīng)在室溫下不會(huì)發(fā)生，反應(yīng)物必須加熱至沸點(diǎn)。
第二步對(duì)堿性介質(zhì)中共沉淀形成的MFe2O4納米微粒進(jìn)行清洗。洗液為極稀的HNO3溶液(≤0.01M)。清洗多次，直到微粒的零電荷點(diǎn)。
第三步磁性液體合成。將零電荷的MFe2O4納米微粒與適當(dāng)酸性水溶液混合，生成磁性液體。鐵氧體在酸性介質(zhì)中會(huì)發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)(2)從(2)式可知，如果H+和MFe2O4的比例小于8∶1，則鐵氧體只可能部分溶解，即僅僅發(fā)生鐵氧體表層的溶解。M2+和Fe3+離子會(huì)通過(guò)Vander Waals鍵吸附在MFe2O4微粒未溶解部分的外部。這類(lèi)似于使MFe2O4納米微粒表面離子化。在合適的的情況下，由M2+和Fe3+的電荷在微粒間產(chǎn)生的靜電排斥力可阻止微粒間的團(tuán)聚而形成穩(wěn)定的磁性液體。這種磁性液體是依靠MFe2O4納米微粒自身的表面離子化來(lái)克服微粒團(tuán)聚的，因此稱(chēng)之為“自形成磁性液體”。
合成時(shí)基液的酸濃度的選擇必須合適。酸濃度選擇為C=QΦv1-Φv×103]]>(摩爾/升)(3)式中φv為磁性液體中微粒的體積分?jǐn)?shù) Q為H+與磁性液體中金屬原子(Fe，M)的摩爾比
Q=[H+][Fe+M]---(5)]]>從Q值定義可知Q值反映了MFe2O4微粒的酸蝕程度。Q值可通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定，一般約為10-3左右。
部分金屬離子會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)
(6)因此自形成磁性液體呈酸性。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是磁性納米微粒的制備采取成熟的共沉淀法制備鐵氧體(MFe2O4，M＝Mn，F(xiàn)e，Co等)納米微粒技術(shù)。磁性納米微粒的制取至磁性液體的最終合成不需要對(duì)鐵氧體納米微粒進(jìn)行特殊的表面處理中間過(guò)程，因此制備方法簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，成本低廉，廢棄物少，有害成分濃度較低。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合自形成磁性液體的制備實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)例1MnFe2O4自形成磁性液體第一步MnFe2O4納米微粒的制備(I)配液溶液1用FeCl3·6H2O配置1M濃度的FeCl3水溶液。
溶液2用MnCl2·4H2O配置2M濃度的MnCl2水溶液。并按每升MnCl2水溶液加5MHCl的比例加入適量的HCl，以防止合成時(shí)金屬水解。
溶液3用30％(w/v)的CH3NH2配置0.7M濃度的CH3NH2水溶液。
(II)混合根據(jù)(1)式，按Fe3+與Mn2+的摩爾比為2∶1的比例選取一定體積的溶液1和溶液2。將溶液1倒入溶液2中，得到溶液2′。
按溶液2′與溶液3的體積比為1∶10的比例選取一定體積的溶液3。攪拌條件下將溶液2′快速倒入溶液3中，得到溶液3′。
(III)反應(yīng)將溶液3′在攪拌條件下加熱至沸騰，保持沸騰1分鐘。隨后停止加熱及攪拌，自然冷卻至室溫。冷卻過(guò)程中逐漸出現(xiàn)黑色MnFe2O4納米微粒沉淀。1小時(shí)后共沉淀反應(yīng)完成上部為清液，下部為黑色沉淀物。
第二步磁性納米微粒清洗倒掉反應(yīng)產(chǎn)物上部的清液，保留沉淀物。加入5倍于沉淀物的酸性洗液中，攪動(dòng)0.5分鐘。離心分離后倒掉上部清液。如此反復(fù)多次，直至離心后的上部清液的pH值為8左右。
第三步磁性液體合成(I)基液的配置根據(jù)所需制備的磁性液體的φv值，由(3)式配置適當(dāng)濃度的HNO3水溶液。
(II)合成將HNO3水溶液與清洗后的微粒混合后，充分?jǐn)嚢?小時(shí)。靜置24小時(shí)。于是可得到穩(wěn)定的MnFe2O4自形成磁性液體。
實(shí)例2Fe3O4自形成磁性液體制備第一步Fe3O4納米微粒的制備(I)配液溶液1用FeCl3·6H2O配置1M濃度的FeCl3水溶液。
溶液2用FeCl2·4H2O配置2M濃度的FeCl2水溶液，并按每升FeCl2水溶液加2.5MHCl的比例加入適量的HCl。
溶液3用NaOH配置0.7M濃度的NaOH水溶液。
(II)混合按Fe3+與Fe2+的摩爾比為1∶2的比例選取一定體積的溶液1和溶液2。將溶液1倒入溶液2中，得到溶液2′。
(注按照(1)式，F(xiàn)e3+與Fe2+的摩爾比應(yīng)為2∶1。但Fe2+易氧化為Fe3+，所以只能增加Fe2+的加入量才能得到滿(mǎn)意的結(jié)果)按溶液2′與溶液3的體積比為1∶12.5的比例選取一定體積的溶液3，將溶液2′快速倒入溶液3中，得到溶液3′。
(III)反應(yīng)將溶液3′在攪拌條件下加溫至70℃，保溫1分鐘，然后停止加熱及攪拌，自然冷卻至室溫。冷卻過(guò)程中逐漸出現(xiàn)黑色Fe3O4納米微粒沉淀。1小時(shí)后共沉淀反應(yīng)完成上部為清液，下部為黑色沉淀物。
第二步磁性納米微粒清洗與MnFe2O4自形成磁性液體制備相同，略第三步磁性液體合成與MnFe2O4自形成磁性液體制備相同，略實(shí)例3CoFe2O4自形成磁性液體制備第一步CoFe2O4納米微粒的制備(I)配液溶液1用FeCl3·6H2O配置1M濃度的FeCl3水溶液。
溶液2用Co(NO3)2·H2O配置2M濃度的Co(NO3)2水溶液，并按每升Co(NO3)2水溶液加5MHCl的比例加入適量的HCl。
溶液3用NaOH配置0.7M濃度的NaOH水溶液。
(II)混合根據(jù)(1)式，按Fe3+與Co2+的摩爾比應(yīng)為2∶1的比例選取一定體積的溶液1和溶液2。將溶液1倒入溶液2中，得到溶液2′。
按溶液2′與溶液3的體積比為1∶11的比例選取一定體積的溶液3，在攪拌條件下將溶液2′快速倒入溶液3中，得到溶液3′。
(III)反應(yīng)將溶液3′在攪拌條件下加熱至沸騰，保持沸騰1分鐘，然后停止加熱及攪拌，自然冷卻至室溫。冷卻過(guò)程中逐漸出現(xiàn)黑色CoFe2O4納米微粒沉淀。1小時(shí)后共沉淀反應(yīng)完成上部為清液，下部為黑色沉淀物。
第二步磁性納米微粒清洗與MnFe2O4自形成磁性液體制備相同，略第三步磁性液體合成與MnFe2O4自形成磁性液體制備相同，略
權(quán)利要求
1.自形成磁性液體制備方法，包括以下步驟第一步在堿性介質(zhì)中，共沉淀Fe3+-M2+水溶液混合物，制取鐵氧體納米微粒，其化學(xué)反應(yīng)為2Fe3++M2++8OH-→MFe2O4+4H2O (1)第二步對(duì)堿性介質(zhì)中共沉淀形成的MFe2O4納米微粒進(jìn)行清洗，洗液為HNO3溶液(≤0.01M)，清洗多次，直到微粒的零電荷點(diǎn)；第三步磁性液體合成將零電荷的MFe2O4納米微粒與適當(dāng)酸性水溶液混合，生成磁性液體，鐵氧體在酸性介質(zhì)中發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)MFe2O4+8H+→M2++2Fe3++4H2O (2)其中，H+和MFe2O4的比例小于8∶1，鐵氧體發(fā)生表層的溶解，M2+和Fe3+離子通過(guò)Vander Waals鍵吸附在MFe2O4微粒未溶解部分的外部，使MFe2O4納米微粒表面離子化，由M2+和Fe3+的電荷在微粒間產(chǎn)生的靜電排斥力可阻止微粒間的團(tuán)聚而形成穩(wěn)定的磁性液體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自形成磁性液體制備方法，其特征在于在第一步中要加入少量的酸，以防止金屬離子水解反應(yīng)，并且反應(yīng)物必須加熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自形成磁性液體制備方法，其特征在于合成時(shí)作為基液的酸性水溶液的酸濃度選擇為 式中Φv為磁性液體中微粒的體積分?jǐn)?shù) Q為H+與磁性液體中金屬原子(Fe，M)的摩爾比Q=[H+][Fe+M]]]>
全文摘要
本發(fā)明是涉及一種自形成磁性液體制備方法，包括以下步驟第一步是在堿性介質(zhì)中，共沉淀Fe
文檔編號(hào)H01F1/44GK1545108SQ200310111029
公開(kāi)日2004年11月10日 申請(qǐng)日期2003年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月24日
發(fā)明者李建, 戴大臨, 李 建 申請(qǐng)人:西南師范大學(xué)