一种单分散二氧化硅/四氧化三铁磁性复合颗粒的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种单分散二氧化硅/四氧化三铁磁性复合颗粒的制备方法，属于磁性颗粒领域。
【背景技术】
[0002]传统制备S12的方法主要有两种:从矿石资源获得的硅酸盐(俗称水玻璃)作为硅源，再由水玻璃经过酸处理得到二氧化硅，制备过程采用高温高压的反应装置，原来使用强碱或碱性盐，腐蚀性高、能耗大、成本高已经成为人们愈加关注的问题。有机硅(如正硅酸甲酯、正硅酸乙酯)为原料，在酸或碱作催化剂的条件下水解得二氧化硅，但是原料的毒性较大、难于储存和运输、对生产设备要求高且较难清洗和处理。因此，非常有必要开发新型环保的合成路线以及寻找石英砂以外的硅源。
[0003]稻壳中的二氧化硅为非晶态，在常压下加热即可溶出。为了提高稻壳的综合利用率和其中二氧化硅的价值，带来更丰厚的经济效益，可以作为规模生产的工艺途径有两种:一种途径是热解稻壳获得热能，再将热解后的稻壳灰的主要成分分离制备成活性炭和二氧化硅产品；另一种途径是将稻壳处理直接水解得糖酸液和二氧化硅，再将糖酸液制备成胶体碳及活性炭等广品。
[0004]无机材料如二氧化硅可以作为保护壳层包裹在四氧化三铁表面。其中二氧化硅这种无机材料应用最广泛。二氧化硅壳层防止四氧化三铁在溶剂中的团聚，提高了化学稳定性。
【发明内容】
[0005]本发明主要解决的技术问题:针对目前制备单分散二氧化硅反应过程异常复杂，合成出的S12表面能高，容易团聚，不易分散在有机溶剂问题，提供了一种单分散二氧化硅/四氧化三铁磁性复合颗粒的制备方法，本发明将稻壳中的无定型二氧化硅与碱反应，得水玻璃，利用水玻璃制备得硅酸溶胶，再对四氧化三铁粉末表面进行亲水改性，将改性后的四氧化三铁与硅酸溶胶混合，加入乙醇溶液和氨水进行反应，反应结束后用鼓风干燥箱加热先去除大量的水，最后用冷冻干燥得磁性复合颗粒，本发明利用二氧化硅作为保护壳层包裹在四氧化三铁表面，不仅有效的防止四氧化三铁在溶剂发生团聚，提高四氧化三铁的化学稳定性，而且用柠檬酸钠为改性剂对四氧化铁表面进行亲水改性，使其更易分散在硅酸溶胶中，更容易被二氧化硅包覆。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
(1)称取100?200g干燥的稻壳，将其放入管式炉中，设置温度在500?600°C，在氮气的保护下进行高温热解2?4h，热解后取出，按固液比1:5将稻壳加入质量浓度45%的硫酸中浸泡，将浸泡的混合物移入锅炉中，加热煮沸2?3h，将煮沸后的混合物冷却至室温，抽滤得滤渣，并用蒸馏水冲洗至滤液为中性，将滤渣置于烘箱中在50?60°C下干燥完全；
(2)称取30?50g上述烘干后的稻壳，将其按固液比1:4加入质量浓度5%的氢氧化钠溶液进行浸泡30?40min，将浸泡后的混合液加入三口烧瓶中，并加热至回流，回流2?3h后冷却至室温，将烧瓶中的混合物抽滤，得滤液，即为水玻璃溶液，将水玻璃溶液装入三口烧瓶中，在55?60 °C和0.08?0.09MPa下进行减压脱水I?2h，得水玻璃浓缩液；
(3)量取15?20mL上述水玻璃浓缩液，向其中加入0.1?0.3g十六烷基三甲基溴化铵，超声分散15?25min，将分散后的液体装入三口烧瓶中，放入水浴锅中，设置温度为70?80°C，再加入1?12mL质量分数45%乙醇溶液，搅拌1?15min，搅拌后用质量浓度10%盐酸调节pH值为6.0?6.5，继续搅拌反应3?4h得娃酸溶胶，备用；
(4)称取0.8?0.9g四氧化三铁粉末，将其超声分散在80?10mL柠檬酸钠溶液中，分散同时通入氮气，得到四氧化三铁悬浮液，将悬浮液装入三口烧瓶中，并放入水浴中，在65?75°C下机械搅拌8?10h，搅拌后自然冷却到室温，用磁铁将产物分离，分离后按固液比1:3加入到无水乙醇中，搅拌后过滤，再将滤渣按固液比1: 5重新分散在去离子水中，离心分离得改性四氧化三铁；
(5)将上述改性的四氧化三铁按固液比1:5加入到步骤(3)的硅酸溶胶中，移入不锈钢反应釜中，并按体积比1:3加入质量浓度65%的乙醇溶液和按体积比1:1加入质量浓度15%氨水，控制反应釜温度为45?60°C，在600?800r/min下搅拌反应10?12h，反应时通入氮气进行保护；
(6)上述反应结束后，将釜中的产物取出先放入70?80°C的鼓风干燥箱中，加热3?4h，加热结束后，自然降至室温，去除其中大量的水，最后进行冷冻干燥使产物全部脱水为止，收集，即可。
[0007]本发明制备得到的磁性复合颗粒颜色为黑色颗粒，包颗粒呈球状，表面光滑平整，分散性良好，颗粒直径为380?450nm，磁化强度为20?25emu/g。
[0008]本发明的有益效果是:
(1)本发明利用二氧化硅作为保护壳层包裹在四氧化三铁表面，不仅有效的防止四氧化三铁在溶剂发生团聚，提高四氧化三铁的化学稳定性；
(2)本发明用柠檬酸钠为改性剂对四氧化铁表面进行亲水改性，使其更易分散在硅酸溶胶中，颗粒更容易被二氧化硅包覆。
【具体实施方式】
[0009]首先称取100?200g干燥的稻壳，将其放入管式炉中，设置温度在500?600°C，在氮气的保护下进行高温热解2?4h，热解后取出，按固液比1:5将稻壳加入质量浓度45%的硫酸中浸泡，将浸泡的混合物移入锅炉中，加热煮沸2?3h，将煮沸后的混合物冷却至室温，抽滤得滤渣，并用蒸馏水冲洗至滤液为中性，将滤渣置于烘箱中在50?60°C下干燥完全;称取30?50g烘干后的稻壳，将其按固液比1:4加入质量浓度5%的氢氧化钠溶液进行浸泡30?40min，将浸泡后的混合液加入三口烧瓶中，并加热至回流，回流2?3h后冷却至室温，将烧瓶中的混合物抽滤，得滤液，即为水玻璃溶液，将水玻璃溶液装入三口烧瓶中，在55?60°C和0.08?0.09MPa下进行减压脱水I?2h，得水玻璃浓缩液;量取15?20mL水玻璃浓缩液，向其中加入0.1?0.3g十六烷基三甲基溴化铵，超声分散15?25min，将分散后的液体装入三口烧瓶中，放入水浴锅中，设置温度为70?80°C，再加入10?12mL质量分数45%乙醇溶液，搅拌10?15min，搅拌后用质量浓度10%盐酸调节pH值为6.0?6.5，继续搅拌反应3?4h得硅酸溶胶，备用；称取0.8?0.9g四氧化三铁粉末，将其超声分散在80?10mL柠檬酸钠溶液中，分散同时通入氮气，得到四氧化三铁悬浮液，将悬浮液装入三口烧瓶中，并放入水浴中，在65?75°C下机械搅拌8?10h，搅拌后自然冷却到室温，用磁铁将产物分离，分离后按固液比
I: 3加入到无水乙醇中，搅拌后过滤，再将滤渣按固液比1:5重新分散在去离子水中，离心分离得改性四氧化三铁;将改性的四氧化三铁按固液比1:5加入到硅酸溶胶中，移入不锈钢反应釜中，并按体积比1: 3加入质量浓度65%的乙醇溶液和按体积比1:1加入质量浓度15%氨水，控制反应釜温度为45?60°C，在600?800r/min下搅拌反应10?12h，反应时通入氮气进行保护;反应结束后，将釜中的产物取出先放入70?800C的鼓风干燥箱中，加热3?4h，加热结束后，自然降至室温，去除其中大量的水，最后进行冷冻干燥使产物全部脱水为止，收集，即可。
[0010]实例I
首先称取10g干燥的稻壳，将其放入管式炉中，设置温度在500°C，在氮气的保护下进行高温热解2h，热解后取出，按固液比1:5将稻壳加入质量浓度45%的硫酸中浸泡，将浸泡的混合物移入锅炉中，加热煮沸2h，将煮沸后的混合物冷却至室温，抽滤得滤渣，并用蒸馏水冲洗至滤液为中性，将滤渣置于烘箱中在50°C下干燥完全;称取30g烘干后的稻壳，将其按固液比I: 4加入质量浓度5%的氢氧化钠溶液进行浸泡30min，将浸泡后的混合液加入三口烧瓶中，并加热至回流，回流2h后冷却至室温，将烧瓶中的混合物抽滤，得滤液，即为水玻璃溶液，将水玻璃溶液装入三口烧瓶中，在55 °C和0.08MPa下进行减压脱水Ih，得水玻璃浓缩液；量取15mL水玻璃浓缩液，向其中加入0.1g十六烷基三甲基溴化铵，超声分散15min，将分散后的液体装入三口烧瓶中，放入水浴锅中，设置温度为70°C，再加入1mL质量分数45%乙醇溶液，搅拌1min，搅拌后用质量浓度10%盐酸调节pH值为6.0，继续搅拌反应3h得硅酸溶胶，备用；称取0.8g四氧化三铁粉末，将其超声分散在80mL梓檬酸钠溶液中，分散同时通入氮气，得到四氧化三铁悬浮液，将悬浮液装入三口烧瓶中，并放入水浴中，在65