一种类水滑石/四氧化三铁阵列结构纳米复合材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及复合材料制备技术领域，具体涉及一种类水滑石/四氧化三铁阵列结构纳米复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.磁性纳米材料是指其构成磁性物质的尺度等于或小于相位相干长度而大于原子的尺寸，磁性纳米粒子独特的磁性使其能在众多领域得到广泛的应用，比如其在磁流体、催化、生物医学领域、磁记录、核磁共振成像、环境修复、磁响应光子晶体、磁性分离等领域都具有重要的应用。
3.具有磁性的纳米颗粒通常由包含铁，钴，镍元素的原料制备而成，其中四氧化三铁纳米颗粒因其低毒性以及优良的磁可分离性而成为磁性材料领域中应用最为普遍的一种磁性纳米材料。然而根据不同的应用场景，磁性四氧化三铁纳米颗粒需实现其颗粒大小的可控以及表面官能化。具体的来说，裸露的四氧化三铁由于比表面积大，偶极-偶极相互作用力强，使其易团聚；尤其是大部分常用的制备方法所得的磁性纳米颗粒，在水溶液中稳定性差或分散性较低，因此，实有必要提供一种类水滑石表面阵列生长四氧化三铁纳米复合材料及其制备方法以解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种类水滑石/四氧化三铁阵列结构纳米复合材料的制备方法，其可以解决背景技术中涉及的技术问题。
5.本发明的技术方案为：
6.一种类水滑石/四氧化三铁阵列结构纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：
7.s1：采用共沉淀法制备类水滑石纳米材料；
8.s2：将一定量的上述制备的类水滑石纳米材料分散到一定体积的聚合物盐/水溶液中，超声0.5-2h,得到在水溶液中稳定分散的单层类水滑石纳米悬浊液；
9.s3：将单层类水滑石纳米悬浊液倒入制备四氧化三铁的溶液中，缓慢滴加40ml nh3·
h2o，在80℃下晶化1h，将晶化得到的浆液离心得到沉淀物，将沉淀物分别用乙醇、水各离心洗涤5-10次，即得到类水滑石纳米片上原位生长有序的四氧化三铁纳米材料，分散于水溶液中超声分散，得到类水滑石纳米片上原位生长有序的四氧化三铁纳米悬浊液。
10.作为本发明的一种优选改进，步骤s1具体包括：
11.将二价金属盐mg(no3)2·
6h2o和三价金属盐al(no3)3·
9h2o按一定的摩尔比溶于一定体积的水中得到混合金属离子盐溶液，在一定温度和惰性气体保护下，将混合金属离子盐溶液逐滴加入到一定量的聚合物盐溶液中，并用适量4mol/l naoh溶液滴定，使体系的ph值不超过10，将得到的沉淀离心洗涤后，即得类水滑石纳米材料。
12.作为本发明的一种优选改进，二价金属盐mg(no3)2·
6h2o与三价金属盐al(no3)3·
9h2o的摩尔比为(2-5):1，三价金属盐al(no3)3·
9h2o与聚合物盐的质量比为1:(1-10)。
13.作为本发明的一种优选改进，聚合物盐为含羧基的聚合物盐，包括聚丙烯酸纳盐、乙烯丙烯酸共聚物钠盐、聚苯乙烯/羧酸酐官能团共聚物钠盐。
14.作为本发明的一种优选改进，步骤s2中，聚合物盐/水溶液的浓度为0.1wt％-5wt％。所取的类水滑石纳米材料得质量为1-10g，聚合物盐/水溶液体积为50-100ml.
15.作为本发明的一种优选改进，步骤s3中，制备四氧化三铁的溶液：0.06mol fecl3·
6h2o和0.03mol feso4·
7h h2o加入含一定体积去离子水的三口烧瓶中，超声5min使其溶解即得；类水滑石纳米单层悬浊液与制备四氧化三铁的溶液体积比为1：1—1：5，总体积为100ml。
16.本发明还提供了一种类水滑石/四氧化三铁阵列结构纳米复合材料，由所述的类水滑石/四氧化三铁阵列结构纳米复合材料的制备方法所制备。
17.本发明的有益效果如下：
18.1、本发明通过在类水滑石表面阵列生长四氧化三铁，不仅避免四氧化三铁自身的之间的磁吸引所造成的团聚现象，还有可以得到粒径小且均一的四氧化三铁；
19.2、利用类水滑石剥离后可得到高分散纳米悬浊液的作用，将类水滑石表面阵列生长四氧化三铁纳米复合材料通过超声剥离，可以得到高分散的类水滑石表面阵列生长四氧化三铁纳米悬浊液，提高了四氧化三铁纳米材料在水中的分散性和稳定性；
20.3、本发明制备工艺简单，能够得到了一种有序的阵列复合材料，而且拓宽了铁氧体纳米材料的制备方法和应用领域。
【附图说明】
21.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
22.图1为本发明实施例一类水滑石/四氧化三铁阵列结构纳米复合材料的xrd图；
23.图2为本发明实施例一类水滑石/四氧化三铁阵列结构纳米复合材料的红外图；
24.图3为本发明实施例一类水滑石/四氧化三铁阵列结构纳米复合材料的sem图；
25.图4为本发明实施例一类水滑石/四氧化三铁阵列结构纳米复合材料的edx图；
26.图5为本发明实施例一类水滑石表面阵列生长四氧化三铁纳米材料在水中分散的丁达尔效应图。
【具体实施方式】
27.下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
28.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种
技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
29.本发明提供一种类水滑石/四氧化三铁阵列结构纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：
30.s1：采用共沉淀法制备类水滑石纳米材料；
31.s2：将一定量的上述制备的类水滑石纳米材料分散到一定体积的聚合物盐/水溶液中，超声0.5-2h,得到在水溶液中稳定分散的单层类水滑石纳米悬浊液；
32.s3：将单层类水滑石纳米悬浊液倒入制备四氧化三铁的溶液中，缓慢滴加40ml nh3·
h2o，在80℃下晶化1h，将晶化得到的浆液离心得到沉淀物，将沉淀物分别用乙醇、水各离心洗涤5-10次，即得到类水滑石纳米片上原位生长有序的四氧化三铁纳米材料，分散于水溶液中超声分散，得到类水滑石纳米片上原位生长有序的四氧化三铁纳米悬浊液。
33.作为本发明的一种优选改进，步骤s1具体包括：
34.将二价金属盐mg(no3)2·
6h2o和三价金属盐al(no3)3·
9h2o按一定的摩尔比溶于一定体积的水中得到混合金属离子盐溶液，在一定温度和惰性气体保护下，将混合金属离子盐溶液逐滴加入到一定量的聚合物盐溶液中，并用适量4mol/l naoh溶液滴定，使体系的ph值不超过10，将得到的沉淀离心洗涤后，即得类水滑石纳米材料。
35.作为本发明的一种优选改进，二价金属盐mg(no3)2·
6h2o与三价金属盐al(no3)3·
9h2o的摩尔比为(2-5):1，三价金属盐al(no3)3·
9h2o与聚合物盐的质量比为1:(1-10)。
36.作为本发明的一种优选改进，聚合物盐为含羧基的聚合物盐，包括聚丙烯酸纳盐、乙烯丙烯酸共聚物钠盐、聚苯乙烯/羧酸酐官能团共聚物钠盐。
37.作为本发明的一种优选改进，步骤s2中，聚合物盐/水溶液的浓度为0.1wt％-5wt％。所取的类水滑石纳米材料得质量为1-10g，聚合物盐/水溶液体积为50-100ml.
38.作为本发明的一种优选改进，步骤s3中，制备四氧化三铁的溶液：0.06mol fecl3·
6h2o和0.03mol feso4·
7h h2o加入含一定体积去离子水的三口烧瓶中，超声5min使其溶解即得；类水滑石纳米单层悬浊液与制备四氧化三铁的溶液体积比为1：1—1：5，总体积为100ml。
39.本发明还提供了一种类水滑石/四氧化三铁阵列结构纳米复合材料，由所述的类水滑石/四氧化三铁阵列结构纳米复合材料的制备方法所制备。
40.本发明还提供了一种类水滑石/四氧化三铁阵列结构纳米复合材料，由所述的类水滑石/四氧化三铁阵列结构纳米复合材料的制备方法所制备，所述的类水滑石/四氧化三铁阵列结构纳米复合材料经过实验检测，类水滑石表面阵列生长的四氧化三铁，不仅避免四氧化三铁自身的之间的磁吸引所造成的团聚现象，还有可以得到粒径小且均一的四氧化三铁，且得到的水滑石/四氧化三铁阵列结构纳米复合材料在水中稳定均匀分散均具体参见图1-5所示。
41.所述类水滑石表面元素含量如表1所示：
42.表1
[0043][0044]
下面以具体实施例对本发明提供的类水滑石/四氧化三铁阵列结构纳米复合材料进行详细说明。
[0045]
实施例一
[0046]
(1)取0.025mol的mg(no3)2·
6h2o、0.0125mol的al(no3)3·
9h2o倒入a1烧杯并加入50ml去离子水溶解；取聚丙烯酸纳盐倒入200ml的b1三口烧瓶中，al(no3)3·
9h2o与聚丙烯酸纳的质量比为1:1；将50ml去离子水倒入b1三口烧瓶中，加入磁搅拌子，并将ph计插入b1三口烧瓶中，将b1三口烧瓶中的温度调整到60℃，将磁搅拌子的转速调整到500转/min，然后将a1烧杯中的溶液分别逐滴滴入到b1三口烧瓶中使其反应，用4mol/l naoh溶液调节反应过程中的ph值，使体系的ph值不超过10，将得到的沉淀离心洗涤后，即得类水滑石纳米材料。
[0047]
(2)取1g上述制备的类水滑石纳米材料分散到20ml的聚合物盐/水溶液中，超声0.5h,得到在水溶液中稳定分散的单层类水滑石纳米悬浊液；
[0048]
(3)将单层类水滑石纳米悬浊液倒入体积为80ml的含有0.06mol fecl3·
6h2o和0.03mol feso4·
7h h2o的混合溶液中，缓慢滴加40ml nh3·
h2o，在80℃下晶化1h，将晶化得到的浆液离心得到沉淀物，将沉淀物分别用乙醇、水各离心洗涤5-10次，即得到类水滑石纳米片上原位生长有序的铁氧体纳米材料，分散于水溶液中超声分散，得到类水滑石纳米片上原位生长有序的铁氧体纳米悬浊液。
[0049]
实施例二
[0050]
(1)取0.0375mol的mg(no3)2·
6h2o、0.0125mol的al(no3)3·
9h2o倒入a1烧杯并加入50ml去离子水溶解；取乙烯丙烯酸共聚物钠盐倒入200ml的b1三口烧瓶中，al(no3)3·
9h2o与取乙烯丙烯酸共聚物钠盐的质量比为1:5；将50ml去离子水倒入b1三口烧瓶中，加入磁搅拌子，并将ph计插入b1三口烧瓶中，将b1三口烧瓶中的温度调整到60℃，将磁搅拌子的转速调整到500转/min，然后将a1烧杯中的溶液分别逐滴滴入到b1三口烧瓶中使其反应，用4mol/l naoh溶液调节反应过程中的ph值，使体系的ph值不超过10，将得到的沉淀离心洗涤后，即得类水滑石纳米材料。
[0051]
(2)取5g上述制备的类水滑石纳米材料分散到40ml的聚合物盐/水溶液中，超声0.5h,得到在水溶液中稳定分散的单层类水滑石纳米悬浊液；
[0052]
(3)将单层类水滑石纳米悬浊液倒入体积为60ml的含有0.06mol fecl3·
6h2o和0.03mol feso4·
7h h2o的混合溶液中，缓慢滴加40ml nh3·
h2o，在80℃下晶化1h，将晶化得到的浆液离心得到沉淀物，将沉淀物分别用乙醇、水各离心洗涤5-10次，即得到类水滑石纳米片上原位生长有序的铁氧体纳米材料，分散于水溶液中超声分散，得到类水滑石纳米片上原位生长有序的四氧化三铁纳米悬浊液。
[0053]
实施例三
[0054]
(1)取0.0625mol的mg(no3)2·
6h2o、0.0125mol的al(no3)3·
9h2o倒入a1烧杯并加
入50ml去离子水溶解；取聚苯乙烯/羧酸酐官能团共聚物钠盐倒入200ml的b1三口烧瓶中，al(no3)3·
9h2o与聚苯乙烯/羧酸酐官能团共聚物钠盐的质量比为1:10；将50ml去离子水倒入b1三口烧瓶中，加入磁搅拌子，并将ph计插入b1三口烧瓶中，将b1三口烧瓶中的温度调整到60℃，将磁搅拌子的转速调整到500转/min，然后将a1烧杯中的溶液分别逐滴滴入到b1三口烧瓶中使其反应，用4mol/l naoh溶液调节反应过程中的ph值，使体系的ph值不超过10，将得到的沉淀离心洗涤后，即得类水滑石纳米材料。
[0055]
(2)取10g上述制备的类水滑石纳米材料分散到50ml的聚合物盐/水溶液中，超声0.5h,得到在水溶液中稳定分散的单层类水滑石纳米悬浊液；
[0056]
(3)将单层类水滑石纳米悬浊液倒入体积为50ml的含有0.06mol fecl3·
6h2o和0.03mol feso4·
7h h2o的混合溶液中，缓慢滴加40ml nh3·
h2o，在80℃下晶化1h，将晶化得到的浆液离心得到沉淀物，将沉淀物分别用乙醇、水各离心洗涤5-10次，即得到类水滑石纳米片上原位生长有序的铁氧体纳米材料，分散于水溶液中超声分散，得到类水滑石纳米片上原位生长有序的铁氧体纳米悬浊液。
[0057]
选择实施例一的产物进行x射线衍射实验(xrd)，根据图1可知，类水滑石表面阵列生长的四氧化三铁将其包裹，在62
°
左右存在类水滑石典型的(110)特征衍射峰，2theta＝18.3
°
、30.1
°
、35.4
°
、37
°
、43.0
°
、53.4
°
归属于四氧化三铁的特征峰，表明成功制备类水滑石/四氧化三铁纳米复合材料。
[0058]
选择实施例一的产物进行红外光谱图，由图2可知，3500cm-1
附件出现羟基伸缩振动峰；3000cm-1
附近为c-h的震动峰；1544cm-1
和1408cm-1
是羧基的伸缩振动峰；1495cm-1
和1454cm-1
是苯环的振动；1650cm-1
附近为层间水分子的弯曲变形震动；1000cm-1
以下为层板上不同金属键m-o-m的振动峰，进一步证明了类水滑石/四氧化三铁纳米复合材料成功制备。
[0059]
选择实施例一的产物进行sme表征，由图3可知，类水滑石表面阵列生长四氧化三铁纳米复合材料。通过edx测试，由图4和表1可知道类水滑石表面铁、氧元素含量高，进一步证明类水滑石/四氧化三铁阵列结构纳米复合材料的成功制备。
[0060]
将实施例一产物在水中分散，得到丁达尔效应图，如图5所示，由图5可见分散液具有明显的丁达尔现象，表明类水滑石/四氧化三铁阵列结构纳米复合材料己经均匀地分散在水中，并呈现为胶体，而不是溶液。
[0061]
本发明的有益效果如下：
[0062]
1、本发明通过在类水滑石表面阵列生长四氧化三铁，不仅避免四氧化三铁自身的之间的磁吸引所造成的团聚现象，还有可以得到粒径小且均一的四氧化三铁；
[0063]
2、利用类水滑石剥离后可得到高分散纳米悬浊液的作用，将类水滑石表面阵列生长四氧化三铁纳米复合材料通过超声剥离，可以得到高分散的类水滑石表面阵列生长四氧化三铁纳米悬浊液，提高了四氧化三铁纳米材料在水中的分散性和稳定性；
[0064]
3、本发明制备工艺简单，能够得到了一种有序的阵列复合材料，而且拓宽了铁氧体纳米材料的制备方法和应用领域。
[0065]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但并不仅仅限于说明书和实施方案中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于
特定的细节和这里所示出与描述的图例。