专利名称：改性四氧化三铁磁流体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及两种方法改性铁氧化物纳米磁流体及其制备方法。
背景技术：
近几年来，四氧化三铁纳米材料由于其合成尺寸和形貌可控及其复合物在很多领 域具有广泛应用而成为了磁性纳米材料研究中的热点。因其超顺磁性、高矫顽力、低居里温 度、宽频带强吸收等一系列独特性能，在隐身吸波材料、磁记录材料、磁制冷材料等方面具 有广泛的应用。随着研究的深入、学科间的交叉渗透，应用于药物释放、生物大分子分离等 生物医学和分离工程相关领域的可进行性能设计的多功能的磁性复合微球的制备及研究 成为热点，而磁性纳米粒子的表面性质和分散状态对磁性复合微球的制备及功能化过程有 着显著的影响。 近年来，研究者已经发展出多种不同的合成方法，如共沉淀法、微乳液法、超声辐 射法、水热有机金属化合物热分解法等。制备出了不同尺寸的纳米磁流体，但是制备出的磁 性粒子存在反应条件苛刻、粒径偏大、易团聚、产物不纯等问题，限制了其在生物医药领域 的应用。本发明采用较低反应温度、后期改性处理制备得到粒径在十几纳米左右的能稳定 保存的磁流体，进一步提高了磁流体的应用能力。
发明内容
本发明目的在于提供改性带不同表面电荷的铁氧化物纳米磁流体及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案 —种铁氧化物纳米磁流体，其特征在于组分为四氧化三铁，磁粒子粒径为8-17nm。 分别采用柠檬酸三钠和硝酸改性四氧化三铁磁粒子后，可以使磁粒子表面分别带上负电荷 和正电荷，从而使磁性粒子在水中稳定分散成为超顺磁性的磁流体，在外加磁场作用下可 以定向聚集。 —种改性铁氧化物纳米磁流体的制备方法，其特征在于，该方法的具体步骤如 下 a.将10 100mL含三价铁盐和二价铁盐的溶液转入三口烧瓶中，加入氨水调节 pH至9-10，抽真空后充入氮气保护，所述可溶性三价铁盐为FeCl3 6H20，浓度为0. 8 5. 2mol/L，二价铁盐浓度为FeS04 *71120，浓度为04mol/L 26mol/L，氨水浓度为25 28% (质量百分比)。 b.在70-10(TC搅拌的条件下反应1 4小时后得到粒径为8-17nm的四氧化三铁 粒子，对产物分离并用乙醇、去离子水多次洗涤至pH为中性。 c.将四氧化三铁粒子加入100 300mL、0. 5 3mol/L柠檬酸三钠溶液中，室温搅 拌反应0.5 2h后，用乙醇、去离子水多次洗涤至pH为中性，得到表面带负电的改性四氧 化三铁磁流体；或者，将四氧化三铁粒子加入100-300mL、0. 4 6mol/L硝酸溶液中，室温搅 拌反应0.5 2h后，用乙醇、去离子水多次洗涤至pH为中性，得到表面带正电的改性四氧化三铁磁流体。 本发明制备的铁氧化物纳米磁流体，粒径在8-17nm，远远小于现有的磁性粒 子。用柠檬酸三钠改性的四氧化三铁粒子，其表面带负电，Zeta电位测定表面电位 在-8. 6 -23. 9mV。用硝酸改性的四氧化三铁粒子，其表面带正电，Zeta电位测定表面电 位在+6. 7 +18. 5mV。 同现有技术相比，由于本发明采用较低的合成温度，氮气保护防止了二价铁盐的 氧化，制备得到的磁粒子粒径小而均匀，表面带电能长期稳定分散而不团聚，是一种在磁场 存在下能定向移动的超顺磁粒子，由于其优异的性能而拓宽了铁氧化物磁流体在生物医药 领域的应用。
具体实施例方式
实施例1 :将0. 8mol/L三价铁盐和0. 4mol/L 二价铁盐溶于45mL去离子水中，三 价铁盐为FeCl3 61120，二价铁盐为FeS04 7H20，转移入三口烧瓶后，抽真空充入氮气，加入 25% 28% (质量百分比)氨水调节体系pH至9，10(TC搅拌反应lh，乙醇、去离子水洗除 去多余未反应铁盐离子。 将反应得到的四氧化三铁均分成两份，第一份分散于200mL、3mol/L柠檬酸三钠 溶液中lh后，用乙醇、去离子水多次洗涤至pH为中性，得到表面电位为-19. OmV的磁流体。 第二份分散于200mL、6mol/L硝酸溶液中lh后，用乙醇、去离子水多次洗涤至pH为中性，得 到表面电位为+18. 5mV的磁流体。改性后得到的磁流体粒径为8nm。 实施例2 :将1. 4mol/L三价铁盐和0. 7mol/L 二价铁盐溶于60mL去离子水中，三 价铁盐为FeCl3 61120，二价铁盐为FeS04 7H20，转移入三口烧瓶后，抽真空充入氮气，加入 25% 28% (质量百分比)氨水调节体系pH至9，9(TC搅拌反应lh，乙醇、去离子水洗除去 多余未反应铁盐离子。 将反应得到的四氧化三铁均分成两份，第一份分散于150mL、2. 5mol/L柠檬酸三 钠溶液中1. 5h后，用乙醇、去离子水多次洗涤至pH为中性，得到表面电位为-15. 6mV的磁 流体。第二份分散于150mL、3. 5mol/L硝酸溶液中1. 5h后，用乙醇、去离子水多次洗涤至pH 为中性，得到表面电位为+13. 3mV的磁流体。改性后得到的磁流体粒径为llnm。
实施例3 :将2. 6mol/L三价铁盐和1. 3mol/L 二价铁盐溶于25mL去离子水中，三 价铁盐为FeCl3 61120，二价铁盐为FeS04 7H20，转移入三口烧瓶后，抽真空充入氮气，加入 25% 28% (质量百分比)氨水调节体系pH至9，95t:搅拌反应1.5h，乙醇、去离子水洗除 去多余未反应铁盐离子。 将反应得到的四氧化三铁均分成两份，第一份分散于300mL、2mol/L柠檬酸三钠 溶液中2h后，用乙醇、去离子水多次洗涤至pH为中性，得到表面电位为-23. 9mV的磁流体。 第二份分散于300mL、4mol/L硝酸溶液中2h后，用乙醇、去离子水多次洗涤至pH为中性，得 到表面电位为+17. lmV的磁流体。改性后得到的磁流体粒径为12nm。
实施例4 :将4. Omol/L三价铁盐和2. Omol/L 二价铁盐溶于100mL去离子水中，三 价铁盐为FeCl3 61120，二价铁盐为FeS04 7H20，转移入三口烧瓶后，抽真空充入氮气，加入 25% 28% (质量百分比)氨水调节体系pH至9，85t:搅拌反应3h，乙醇、去离子水洗除去 多余未反应铁盐离子。
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将反应得到的四氧化三铁均分成两份，第一份分散于100mL、0. 5mol/L柠檬酸三 钠溶液中0. 5h后，用乙醇、去离子水多次洗涤至pH为中性，得到表面电位为-8. 6mV的磁流 体。第二份分散于lOOmLU. 5mol/L硝酸溶液中0. 5h后，用乙醇、去离子水多次洗涤至pH 为中性，得到表面电位为+9. 7mV的磁流体。改性后得到的磁流体粒径为15nm。
实施例5 :将5. 2mol/L三价铁盐和2. 6mol/L 二价铁盐溶于80mL去离子水中，三 价铁盐为FeCl3 61120，二价铁盐为FeS04 7H20，转移入三口烧瓶后，抽真空充入氮气，加入 25% 28% (质量百分比)氨水调节体系pH至9，7(TC搅拌反应4h，乙醇、去离子水洗除去 多余未反应铁盐离子。 将反应得到的四氧化三铁均分成两份，第一份分散于150mL、1.0mol/L柠檬酸三 钠溶液中lh后，用乙醇、去离子水多次洗涤至pH为中性，得到表面电位为-9. 0mV的磁流 体。第二份分散于100mL、0.4mol/L硝酸溶液中lh后，用乙醇、去离子水多次洗涤至pH为 中性，得到表面电位为+6. 7mV的磁流体。改性后得到的磁流体粒径为17nm。
权利要求
一种改性四氧化三铁磁流体，其特征在于该磁流体为磁性粒子在水中稳定分散，磁粒子的组分为四氧化三铁，磁粒子粒径为8～17nm，分别采用柠檬酸三钠或者硝酸改性四氧化三铁磁粒子，改性后，磁粒子表面分别带上负电荷或者正电荷。
2. —种用于权利要求1所述的改性四氧化三铁磁流体的制备方法，其特征在于该方法 的具体步骤如下a. 将10 lOOmL含三价铁盐和二价铁盐的溶液转入三口烧瓶中，加入氨水调节pH至 9 IO，抽真空后充入氮气保护，所述三价铁盐为FeCl3 61120，浓度为0. 8 5. 2mol/L，二 价铁盐为FeS04 71120，浓度为0. 4 2. 6mol/L，氨水的质量百分浓度为25 28% ;b. 在70 IO(TC搅拌的条件下反应1 4小时后得到粒径为8 17nm的四氧化三铁 粒子，对产物分离并用乙醇、去离子水多次洗涤至pH为中性；c. 将四氧化三铁粒子加入100 300mL、0. 05 3mol/L柠檬酸三钠溶液中，室温搅拌 反应0.5 2h后，用乙醇、去离子水多次洗涤至pH为中性，得到表面带负电的改性四氧化 三铁磁流体；或者，将四氧化三铁粒子加入100 300mL、0. 4 6mol/L硝酸溶液中，室温搅 拌反应0.5 2h后，用乙醇、去离子水多次洗涤至pH为中性，得到表面带正电的改性四氧 化三铁磁流体。
全文摘要
本发明制备的四氧化三铁纳米磁流体，粒径在8-17nm。用柠檬酸三钠改性的四氧化三铁粒子，其表面带负电，Zeta电位测定表面电位在-8.6～-23.9mV。而用硝酸改性的四氧化三铁粒子，其表面带正电，Zeta电位测定表面电位在+6.7～+18.5mV。同现有技术相比，由于本发明采用较低的合成温度，氮气保护防止了二价铁盐的氧化，制备得到的磁粒子粒径小而均匀，表面带电能长期稳定分散而不团聚，是一种在磁场存在下能定向移动的超顺磁粒子。制备方法为氮气保护条件下，用氨水调节含三价铁盐与二价铁盐溶液的pH至9-10，70～100℃搅拌条件下反应1～4h后，用乙醇及去离子水多次洗涤至pH为中性。将制备得到的纳米磁性四氧化三铁分散于柠檬酸三钠溶液或者硝酸溶液中，丙酮、去离子多次洗涤后得到带负电或者带正电的磁流体。
文档编号H01F41/00GK101763930SQ201010023129
公开日2010年6月30日 申请日期2010年1月21日 优先权日2010年1月21日
发明者尹静波, 张瑛, 朱捷, 范寅清, 郑嬿珍, 颜世峰 申请人:上海大学