一种磁性纤维素微球的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种磁性纤维素微球的制备方法，属于材料领域。
【背景技术】
[0002]纤维素作为一种天然有机高聚物广泛存在于自然界中，是地球上含量最丰富的天然高分子，也是人类最宝贵的天然可再生资源。虽然纤维素的量很大，但在目前为止，对纤维素和其衍生物的研究有一定的局限性，其主要是对纤维素本身的利用，而对将纤维素转化成高端产品来使用的研究较少。
【发明内容】
[0003]为解决上述问题，本发明的目的在于:提供一种磁性纤维素微球的制备方法，添加磁性Fe3O4纳米粒子使其具有磁响应性，提高了其应用的便利性；与传统的有机溶剂相比，离子液体是一种绿色溶剂，可以防止污染；可由廉价的纤维素原料得到高附加值产品磁性纤维素微球，具有较好的经济价值和社会效益。
[0004]为了实现上述目的，本发明提供的技术方案为:
(I)在三口烧瓶中加入4-10mmol FeCl3.6H20水溶液和2_6mmol FeCl2.4H20水溶液，在转速为400-600r/min下机械搅拌，迅速加入50-100mmol的KOH溶液，待溶液完全变黑后继续搅拌30-40min，反应过程在通氮气的情况下进行，反应后溶液静置磁场附近进行磁分离，移除上层清液；
上述FeCl3.6H20水溶液、FeCl2.4H20水溶液和KOH水溶液的混合液进行搅拌时发生的离子反应方程式为:Fe3++Fe2++80H—= Fe304+4H20，该反应条件下生成四氧化三铁为磁性金属氧化物粒子，在自然界中，铁的含量很多，成本较低，有利于我们的生产，其中对两种铁离子溶液机械搅拌是为了使两种溶液均匀混合，反应过程中通入氮气是为了排出反应过程中液体溶液中的空气，防止空气中的氧气与反应试剂发生氧化反应。
[0005](2)加入去离子水40-60ml并进行机械搅拌8_12min后再次进行磁分离，移除上层清液；
上述磁分离技术是将物质进行磁场处理的一种技术，该技术是利用元素或组分磁敏感性的差异，借助外磁场将物质进行磁场处理，从而达到强化分离过程的一种新兴技术。
[0006](3)重复步骤(2)进行水洗2-3次；将所得固体分散于去离子水中，并超声20-30min得到Fe3O4磁流体，真空干燥备用；
上述固体分散在水中进行超声处理是为了进一步使四氧化三铁固体颗粒均匀的分布在水中，形成磁流体，有利于后续的实验操作。
[0007](4)分别把原料纤维素和离子液体置于真空干燥箱进行处理，真空干燥箱的温度保持在60_70°C ;将处理后的纤维素溶解于处理后的离子液体中，离子液体的温度保持在80-100°C，20-30min后获得澄清胶状溶液，将相当于1/4-1/2纤维素质量的Fe3O4磁流体加入澄清胶状溶液中，连续搅拌20-40min，再将混合溶液分散于由真空栗油和吐温80组成的乳化体系中，在1000-2000rpm转速下搅拌，继续乳化1.5-2.5h，随后将无水乙醇加入悬浮液，降温至室温，悬浮液固化，用磁铁将制得的微球从溶液中分离出来，并用乙醇和蒸馏水各冲洗2-3次，得到磁性纤维素微球，置于2-5°C去离子水或真空冷冻干燥中保存。
[0008]上述原料纤维素和离子液体置于真空干燥箱中是为了去除其中的水分，防止水分对实验的干扰作用，将四氧化三铁加入溶液后连续搅拌是为了使溶液均一化；乳化是一种液体以极微小液滴均匀地分散在互不相溶的另一种液体中的作用，其中乳化液中的真空栗油具有极佳的氧化稳定性，长期在高温条件下与空气、树脂、化学原料等直接接触亦不易变质，减少有害漆膜和油垢的形成，提供较长的换油周期，具有优异的防锈防腐蚀性，能在金属表面形成非常有效的防腐膜，从而可以全面防止因吸入腐蚀性气体和水分而导致的系统腐蚀，能迅速将油液中夹带的水分分离出来，达到所需的真空度，具较底的蒸汽压，防止油品从栗的内腔向真空系统返流扩散造成返油，从而保证有足够的极限真空，吐温80是一个亲水性的表面活性剂，具有很强的破裂细胞膜的作用而引起刺激性，溶血性和组胺释放(致敏性)，该乳化体系可以使纤维素、离子液体、四氧化三铁在真空条件下进行乳化，可得到纯净的磁性纤维素微球。
[0009]上述所述的FeCl3.6H20水溶液、FeCl2.4H20水溶液和KOH水溶液的浓度分别为0.3-0.5mol/L、0.1-0.3mol/L和l_3mol/L，该反应在较低浓度下进行，有利于溶液完全反应，减少资源的消耗。
[0010]上述离子液体由有机阳离子和无机阴离子组成，有机阳离子为:季铵盐离子、季鱗盐离子、咪唑盐离子和吡咯盐离子中的至少一种，无机阴离子为:卤素离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子，可达到绿色溶解纤维素的目的。如:1-丁基-3-甲基氯代咪唑、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸、氯化N-乙基吡咯、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐。
[0011 ] 上述原料纤维素和离子液体的质量比为1:5-1:15，可保证纤维素完全溶解在离子液体中。
[0012]所述纤维素置于真空干燥箱进行处理40-50min，离子液体分别置于真空干燥箱进行处理60_80min。
[0013]同现有技术相比较，本发明的技术效果在于:原料来源丰富，制备方法简单、快速、成本低廉，通过该方法制备的磁性纤维素微球具有高附加值，大大提高了纤维素的经济效益。
【具体实施方式】
[0014]下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，其中以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能限制本发明的保护范围。所述技术领域的普通技术人员依据以上本发明公开的内容，均可实现本发明的目的。
[0015]实施例1:
一种磁性纤维素微球的制备方法，包括以下步骤:
(I)在三口烧瓶中加入0.3mol/L的FeCl3.6H20水溶液4mmol和0.2mol/L的FeCl2.4H20水溶液2mmol，在转速为400r/min下机械搅拌，迅速加入lmol/L的KOH溶液50mmol，待溶液完全变黑后继续搅拌30min，反应过程在通氮气的情况下进行，反应后溶液静置磁场附近进行磁分离，移除上层清液； (2)加入去离子水40ml并进行机械搅拌8min后再次进行磁分离，移除上层清液；
(3)重复步骤(2)进行水洗2次，将所得固体分散于去离子水中，并超声20min得到Fe3O4磁流体，真空干燥备用；
(4)把7g的原料纤维素和98g的1-丁基-3-甲基氯代咪唑置于真空干燥箱进行处理，并控制其温度在70°C，其中纤维素置于真空干燥箱进行处理40min，离子液体置于真空干燥箱进行处理70min ;将纤维素在溶解于100°C的1-丁基-3-甲基氯代咪唑中，30min后获得澄清胶状溶液，将相当于1/2纤维素质量的Fe3O4磁流体加入澄清胶状溶液中，连续搅拌40min，再将混合溶液分散于由真空栗油和吐温80以质量比为1:1组成的乳化体系中，在2000rpm转速下搅拌，继续乳化2.5h，随后将无水乙醇缓慢加入悬浮液，慢慢降温至室温，悬浮液固化以便磁性纤维素微球从离子液体中再生，用磁铁将制得的微球从溶液中分离出来，并用乙醇和蒸馏水各冲洗3次，得到纯净的磁性纤维素微球，得率为30%，磁性纤维素微球粒径在10-1000微米不等。
[0016]实施例2:
一种磁性纤维素微球的制备方法，包括以下步骤:
(1)在三口烧瓶中加入 0.44mol/L 的 FeCl3.6Η20 水溶液 1mmol 和 0.3mol/LFeCl2.4Η20水溶液6mmo