一种粒径可控Fe3O4纳米粉的制备方法及其在油水分离中的应用与流程

本发明涉及一种粒径可控fe3o4纳米粉的制备方法及其在油水分离中的应用，属于无机纳米粉体材料制备以及油水分离技术领域。

背景技术：

四氧化三铁纳米材料(fe3o4nms)具有廉价以及良好的磁学性能，在磁流体发电、靶向治疗、负载催化剂回收以及污水处理等方面应用广泛。国内外研究者在fe3o4纳米粉体的制备、形态控制及其实际应用等方面研究较多。水热法是获得fe3o4纳米粉体一种重要方法，该法得到的fe3o4颗粒的形状一般规则。同时，水热法所需反应设备较简单。因此，水热法在制备fe3o4纳米粉体方面应用广泛。

水热法制备fe3o4纳米材料通常是以fecl3.6h2o为铁源，采用诸如乙二醇、冬氨酸、维生素c、柠檬酸钠和水合肼等还原剂，在反应釜中进行的。然而，由于所采用的还原剂的种类不同，最终所得到的fe3o4纳米粉体的形态和性能的差异也很大。例如，使用乙二醇和柠檬酸钠时，一般多数得到是fe3o4微球，其直径约为200～800nm。此外，fe³⁺和还原剂通常需要在中性或碱性体系中才能生成fe3o4物相。因此，各种制备方法均无法做到粒径可控。

另外，针对fe3o4纳米材料在油水分离中的应用，目前未见相关文献报道。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中所存在的不足之处，提供一种制备原理新颖、操作简单、成本低廉、性能可控、可以批量生产的粒径可控fe3o4纳米粉的制备方法及其在油水分离中的应用。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种粒径可控fe3o4纳米粉的制备方法，包括如下步骤：

1)、将0.3～0.4g的fecl3.6h2o和0.1～1g的甘露醇溶于60ml去离子水中超声使其完全溶解；

2)、用naoh溶液调节溶液的ph值，使其达到3～11；

3)、将调配好的溶液转入反应釜中，在180℃下经水热合成反应24h后取出产物，经过后处理得到fe3o4纳米粉。

作为本发明的粒径可控fe3o4纳米粉的制备方法的优选技术方案，制备方法中，步骤2)中所述naoh溶液的浓度为0.4～1mol/l，制备的fe3o4纳米粉的粒度为5～60nm，颜色为黑色。

一种fe3o4纳米粉在油水分离中的应用，将fe3o4纳米粉体加入到油-水体系中并进行超声分散处理，通过静置或磁分离，将融入油相的fe3o4快速地从水相中分离出来。

优选地，油相与水相的体积比为0.1～10：1，油-水体系中fe3o4纳米粉的使用量为15～25g/l。

本发明以fecl3.6h2o为铁源，甘露醇为还原剂，采用水热法制备，通过控制反应体系的ph大小可以对fe3o4纳米粉体的粒径和表面特性进行有效控制，从而使得fe3o4纳米粉体的性能得以提高。同时发现制备出的fe3o4纳米粉体具有优异的亲油特性，可用于油水分离领域。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)、本发明首次通过调控氯化铁-甘露醇水溶液的ph大小，得到了粒径不同的系列fe3o4纳米粉体，为fe3o4纳米材料的合成提供了一种新的途径。

2)、本发明制备的fe3o4纳米粉体具有优异的亲油性和良好的磁学性能，产量较大，成本低，无需进行二次改性即可应用于油污分离以及重金属吸附去除等领域。

3)、本发明在制备过程中所需原材料和设备都较少，操作工艺简单，因此，生产成本和环保情况都比较理想。

附图说明

图1为实施例1～4制备产物的xrd图；

图2a～d依次为实施例1～4制备产物的fe-sem图；

图3为实施例1～4制备产物的vsm曲线；

图4为采用fe3o4纳米粉进行油水分离的宏观演示图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明方法所得产物的结构、形貌和磁性能进行表征，分别选用x射线粉末衍射(xrd)、场发射扫描电子显微镜(fe-sem)和振动磁强计(vsm)，采用模拟油水体系进行产物的亲油性能分析和表征。

实施例1

溶液ph为3时制备fe3o4纳米粉，具体步骤如下：

1)、将0.35g的fecl3.6h2o和0.5g的甘露醇溶于60ml去离子水中超声使其完全溶解。

2)、用0.7mol/l的naoh溶液调节溶液的ph值，使其达到3。

3)、将调配好的溶液转入反应釜中，在180℃下经水热合成反应24h后取出产物，经过后处理得到黑色的fe3o4纳米粉。

实施例2

溶液ph为5时制备fe3o4纳米粉，具体步骤同实施例1，不同的是采用naoh溶液调节溶液的ph为5。

实施例3

溶液ph为7时制备fe3o4纳米粉，具体步骤同实施例1，不同的是采用naoh溶液调节溶液的ph为7。

实施例4

溶液ph为11时制备fe3o4纳米粉，具体步骤同实施例1，不同的是采用naoh溶液调节溶液的ph为11。

采用x衍射仪、扫描电子显微镜和磁强振动计分别对上述实施例得到的产物的结构、形态和室温磁性能进行了初步表征。

图1为实施例1～4制备产物的xrd图，通过与标准的fe3o4谱图(pdf#：19-0629)相比后可知，在该实验条件下所得的产物的相均为立方结构的fe3o4物相，以其中的(311)晶面衍射峰为例，可以看出，随着ph值从小变到大，(311)晶面衍射峰半高宽(b)是在逐渐增大的，依据谢乐公式(d＝kλ/bcosθ，k为scherrer常数，d为晶粒尺寸，b为衍射峰半高宽，θ为衍射角，λ为x射线波长)可知，在其它参数都一定的情况下，产物的粒径(d)在逐渐减小，粒径范围基本保持在5～60nm。

图2a～d依次为实施例1～4制备产物的fe-sem图，由该图2可知，随着ph值得逐渐增大，获得的fe3o4粒径逐渐减小，这与上述xrd的结果是相一致的。通过图2中的系列插图可以初步判断，随着ph值逐渐增加，产物粒径在逐渐减少，在给定的相同的时间内(10分钟)，产物从水中被磁分离出来的难易程度在逐渐增加，这初步说明，产物的磁性能随ph值增加也在逐渐减弱。但是，需要指出的是，当强度一定的外磁场施加时间足够长后(如24h)，所有产物都能将从水中被分离出来。

图3为实施例1～4制备产物的室温磁滞回线(vsm)，对图3中各曲线进行比较分析后可以得出，随着ph值逐渐增加，获得的产物的饱和磁化强度(ms)和矫顽力(hc)的值均在逐渐减小。由此表明：产物也将由亚铁磁性向超顺磁性转变，即产物表现出了超顺磁特征。

实施例5

溶液ph为4时制备fe3o4纳米粉，具体步骤如下：

1)、将0.3g的fecl3.6h2o和1g的甘露醇溶于60ml去离子水中超声使其完全溶解。

2)、用0.4mol/l的naoh溶液调节溶液的ph值，使其达到4。

3)、将调配好的溶液转入反应釜中，在180℃下经水热合成反应24h后取出产物，经过后处理得到黑色的fe3o4纳米粉。

实施例6

溶液ph为9时制备fe3o4纳米粉，具体步骤如下：

1)、将0.4g的fecl3.6h2o和0.1g的甘露醇溶于60ml去离子水中超声使其完全溶解。

2)、用1mol/l的naoh溶液调节溶液的ph值，使其达到9。

3)、将调配好的溶液转入反应釜中，在180℃下经水热合成反应24h后取出产物，经过后处理得到黑色的fe3o4纳米粉。

实施例7

fe3o4纳米粉体的亲油性演示：

(1)、将0.2g的fe3o4纳米粉体加入到配制好的10ml的油-水体系(两者比例为1：9)中，通过超声分散处理，使fe3o4纳米粉体在体系中分散均匀。

(2)、通过磁分离将融入油相的fe3o4一起从水中分离出来。

图4为采用fe3o4纳米粉进行油水分离的宏观演示图，可以看出，加入的fe3o4纳米粉经超声后，开始能均匀分散到水-油两相中，静置一段时间后发现，fe3o4纳米粉体将完全融入到了油相中，于是，通过外磁场可以很方便地将fe3o4和油一起从水中分离出来。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。