一种水溶性四氧化三铁纳米磁流体的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种水溶性四氧化三铁纳米磁流体的制备方法,属于纳米材料和生物材料制备【技术领域】。该方法的步骤：将三价铁盐、尿素和酒石酸的多元醇-水溶液或三价铁盐、尿素和酒石酸的混合多元醇-水溶液密封加热至100~200oC，反应6-48小时，得到直径3-5纳米的水溶性四氧化三铁纳米颗粒，将四氧化三铁纳米颗粒分散于水中，得到四氧化三铁纳米磁流体。该方法操作工艺简单、生产成本低、非常适用于工业化生产。
【专利说明】一种水溶性四氧化三铁纳米磁流体的制备方法
[0001]【技术领域】
本发明属于磁性纳米材料和生物材料制备【技术领域】，具体是一种水溶性四氧化三铁纳米磁流体的制备方法。
【背景技术】[0002]磁流体，又称磁性液体或磁液，它既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性。磁流体不仅在理论上具有很高的学术价值，而且在实际中具有重要而广泛的应用，可广泛应用于流体密封、减震、声音调节、光显示、磁流体选矿、医疗器械与磁靶向给药、核磁共振成像、磁流体细胞内热疗、基因治疗和肿瘤早期诊断、油水分离等领域。目前报道的磁流体一般是由直径小于10纳米的磁性固体颗粒、基载液以及表面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状液体。上海交通大学的乔秀颖等在专利CN101719407A中将铁盐和水溶性高分子溶解于二甘醇中，在氮气保护下加热并加入二甘醇单甲醚溶液，然后加入丙酮，再经磁铁分离、洗涤后，分散于去离子水中得到水溶性磁流体。同济大学的王晓明等在专利CN101710514A中将碳铁盐溶解于长链胺中，在氮气保护下加热得到有机长链胺包覆的Fe3O4磁性物质。上海师范大学的杨海峰等在专利CN103273081A中采用共沉淀法，以植酸钠胶束为模板制备出直径小于10纳米的Fe3O4磁性颗粒，分散于水中后经过超声得到Fe3O4磁流体。华东师范大学的单永奎等在专利CN101136277、CN 101183590和CN101206944中首先采用共沉淀法制备粒径为8.9-15.4纳米的Fe3O4磁性颗粒，然后分别包覆蔗糖、苹果酸和葡萄糖酸钠后获得稳定的水基磁流体。华东师范大学的姜继森等在专利CN1822254A中采用采用共沉淀法制备粒径为5-20纳米的Fe3O4磁性颗粒，再包覆水溶性淀粉，经过功能化后制备出表面带有羟基和醒基的磁流体。韩国西江大学的Hyun Gil Cha等(J.Phys.Chem.C 2010, 114，9802 - 9807)采用共沉淀法得到平均粒径为7.5纳米的Fe3O4磁性颗粒，再修饰十六烷基三甲氧基硅烷后制备出在煤油中非常稳定的油溶性磁流体。可见，目前磁流体的制备一般分两个步骤，首先是制备磁性纳米颗粒，然后对纳米颗粒进行有机包覆或修饰，在磁性颗粒制备过程中往往需要氮气保护，而且有机包覆或修饰过程比较复杂。
[0003]
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种工艺简单、生产成本低廉、非常适用于工业化生产的高品质水溶性四氧化三铁纳米磁流体的制备方法。
[0005]本发明为实现其目的所采取的技术方案:一种水溶性四氧化三铁纳米磁流体的制备方法，包括以下步骤:
(1)将三价金属铁盐溶解于水-多元醇混合溶液中，配制成0.025-1.50 mol/L的溶液，然后加入酒石酸,酒石酸浓度为0.05-6.00 mol/L,再加入尿素,尿素浓度为0.5-6.00 mol/L ；
(2)将上述混合溶液转移至密封反应容器中，置于烘箱中加热至100-200°C，反应6-48小时，得到沉淀物；(3)将沉淀物用磁铁分离，用无水乙醇洗涤；
(4)将产物置于烘箱，在40°C下真空干燥12小时，得到直径3-5纳米的水溶性四氧化三铁纳米颗粒。
[0006](5)取四氧化三铁纳米颗粒分散于水中，得到四氧化三铁纳米磁流体。
[0007]所述铁源为硝酸铁、氯化铁、硫酸铁，还包括以上三种铁盐以任意量和任意组份混合的混合物。
[0008]所述所用的有机辅助液为多元醇，包括乙二醇，1，2-丙二醇，I, 3-丙二醇和丙三醇中的任一种或以上任意种类多元醇的混合物。
[0009]所述所用的碱源为尿素。
[0010]所述亲水修饰层为酒石酸，包括左旋酒石酸(L-酒石酸)，右旋酒石酸(D-酒石酸)，内消旋酒石酸(DL-酒石酸)，外消旋酒石酸，还包括以上四种酒石酸以任意量和任意组份混合的混合物。[0011]本发明所达到得到有益效果是:制备工艺简单，生产成本低廉，后处理简单，制备过程容易控制，非常易于工业化生产。本发明制备的水溶性四氧化三铁纳米磁流体具有磁性强、稳定性高等特点。
[0012]
【专利附图】
【附图说明】
[0013]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0014]图1是本发明制备出的水溶性四氧化三铁纳米磁流体的X射线衍射图。
[0015]图2是本发明制备出的水溶性四氧化三铁纳米磁流体的红外光谱。
[0016]图3是本发明制备出的水溶性四氧化三铁纳米磁流体的透射电镜图。
[0017]
【具体实施方式】
[0018]实施例1
(1)将2.7克九水合硝酸铁溶解于50 ml乙二醇和50 ml水的混合溶液中，加入1.5克L-酒石酸，搅拌20分钟后，再加入4.8克尿素，搅拌溶解；
(2)然后转移到聚四氟乙烯反应釜中，放置于烘箱中加热至140°C，反应36小时，得到沉淀物；
(3)将沉淀物用磁铁分离，用无水乙醇洗涤；
(4)将产物置于烘箱，在40°C下真空干燥12小时，得到直径3-5纳米的水溶性四氧化三铁纳米颗粒。
[0019](5)取0.1克四氧化三铁纳米颗粒分散于5 ml水中，得到四氧化三铁纳米磁流体。
[0020]实施例2
(1)将1.8克六水合氯化铁溶解于50 ml乙二醇和50 ml水的混合溶液中，加入1.5克L-酒石酸，搅拌20分钟后，再加入4.8克尿素，搅拌溶解；
(2)然后转移到聚四氟乙烯反应釜中，放置于烘箱中加热至140°C，反应40小时，得到沉淀物；
(3)将沉淀物用磁铁分离，用无水乙醇洗涤；
(4)将产物置于烘箱，在40°C下真空干燥12小时，得到直径3-5纳米的水溶性四氧化三铁纳米颗粒。
[0021](5)取0.2克四氧化三铁纳米颗粒分散于10 ml水中，得到四氧化三铁纳米磁流体。
[0022]实施例3
(1)将2.7克硫酸铁溶解于50 ml乙二醇和50 ml水的混合溶液中，加入1.5克L-酒石酸，搅拌20分钟后，再加入4.8克尿素，搅拌溶解；
(2)然后转移到聚四氟乙烯反应釜中，放置于烘箱中加热至200°C，反应48小时，得到沉淀物；
(3)将沉淀物用磁铁分离，用无水乙醇洗涤；
(4)将产物置于烘箱， 在40°C下真空干燥12小时，得到直径3-5纳米的水溶性四氧化三铁纳米颗粒。
[0023](5)取0.1克四氧化三铁纳米颗粒分散于10 ml水中，得到四氧化三铁纳米磁流体。
[0024]实施例4
(1)将27克九水合硝酸铁，15克L-酒石酸和48克尿素溶解于100mL乙二醇和水的混合溶液中，乙二醇和水的体积比为I比3，搅拌溶解；
(2)然后转移到聚四氟乙烯反应釜中，放置于烘箱中加热至140°C，反应36小时，得到沉淀物；
(3)将沉淀物用磁铁分离，用无水乙醇洗涤；
(4)将产物置于烘箱，在40°C下真空干燥12小时，得到直径3-5纳米的水溶性四氧化三铁纳米颗粒。
[0025](5)取0.5克四氧化三铁纳米颗粒分散于20 ml水中，得到四氧化三铁纳米磁流体。
[0026]实施例5
(1)将2.7克九水合硝酸铁溶解于50 ml丙三醇和50 ml水的混合溶液中，加入0.75克L-酒石酸和0.75克D-酒石酸，搅拌20分钟后，再加入4.8克尿素，搅拌溶解；
(2)然后转移到聚四氟乙烯反应釜中，放置于烘箱中加热至140°C，反应30小时，得到沉淀物；
(3)将沉淀物用磁铁分离，用无水乙醇洗涤；
(4)将产物置于烘箱，在40°C下真空干燥12小时，得到直径3-5纳米的水溶性四氧化三铁纳米颗粒。
[0027](5)取0.2克四氧化三铁纳米颗粒分散于15 ml水中，得到四氧化三铁纳米磁流体。
[0028]实施例6
(I)将2.7克九水合硝酸铁溶解于25 ml乙二醇和75 ml水的混合溶液中，加入3克D-酒石酸，搅拌20分钟后，再加入4.8克尿素，搅拌溶解；(2)然后转移到聚四氟乙烯反应釜中，放置于烘箱中加热至120°C，反应36小时，得到沉淀物；
(3)将沉淀物用磁铁分离，用无水乙醇洗涤；
(4)将产物置于烘箱，在40°C下真空干燥12小时，得到直径3-5纳米的水溶性四氧化三铁纳米颗粒。
[0029](5)取0.1克四氧化三铁纳米颗粒分散于5 ml水中，得到四氧化三铁纳米磁流体。
[0030]实施例7
(1)将2.7克九水合硝酸铁溶解于50 ml乙二醇和50 ml水的混合溶液中，加入1.68克DL-酒石酸，搅拌20分钟后，再加入3.6克尿素，搅拌溶解；
(2)然后转移到聚四氟乙烯反应釜中，放置于烘箱中加热至120°C，反应36小时，得到沉淀物；
(3)将沉淀物用磁铁分离，用无水乙醇洗涤；
(4)将产物置于烘箱，在40°C下真空干燥12小时，得到直径3-5纳米的水溶性四氧化三铁纳米颗粒。
[0031](5)取0.1克四氧化三铁纳米颗粒分散于5 ml水中，得到四氧化三铁纳米磁流体。
[0032]实施例8
(1)将1.8克六水合氯化铁溶解于50 ml 1,2-丙二醇和50 ml水的混合溶液中，加入1.5克L-酒石酸，搅拌20分钟后，再加入4.8克尿素，搅拌溶解；
(2)然后转移到聚四氟乙烯反应釜中，放置于烘箱中加热至100°C，反应48小时，得到沉淀物；
(3)将沉淀物用磁铁分离，用无水乙醇洗涤；
(4)将产物置于烘箱，在40°C下真空干燥12小时，得到直径3-5纳米的水溶性四氧化三铁纳米颗粒。
[0033](5)取0.1克四氧化三铁纳米颗粒分散于5 ml水中，得到四氧化三铁纳米磁流体。
[0034]实施例9
(1)将2.7克九水合硝酸铁溶解于50 ml I, 3-丙二醇和50 ml水的混合溶液中，加入
1.5克L-酒石酸，搅拌20分钟后，再加入9.6克尿素，搅拌溶解；
(2)然后转移到聚四氟乙烯反应釜中，放置于烘箱中加热至180°C，反应36小时，得到沉淀物；
(3)将沉淀物用磁铁分离，用无水乙醇洗涤；
(4)将产物置于烘箱，在40°C下真空干燥12小时，得到直径3-5纳米的水溶性四氧化三铁纳米颗粒。
[0035](5)取0.1克四氧化三铁纳米颗粒分散于5 ml水中，得到四氧化三铁纳米磁流体。
[0036]实施例10
(I)将2.7克九水合硝酸铁溶解于25 ml乙二醇、25ml丙三醇和50 ml水的混合溶液中，加入1.5克L-酒石酸，搅拌20分钟后，再加入4.8克尿素，搅拌溶解；
(2)然后转移到聚四氟乙烯反应釜中，放置于烘箱中加热至140°C，反应48小时，得到沉淀物；
(3)将沉淀物用磁铁分离，用无水乙醇洗涤；
(4)将产物置于烘箱，在40°C下真空干燥12小时，得到直径3-5纳米的水溶性四氧化三铁纳米颗粒。
[0037](5)取0.1克四氧化三铁纳米颗粒分散于5 ml水中，得到四氧化三铁纳米磁流体。
[0038]实施例11
(1)将2.7克九水合硝酸铁和1.8克六水合氯化铁溶解于50 ml乙二醇和50 ml水的混合溶液中，加入3.0克L-酒石酸，搅拌20分钟后，再加入9.6克尿素，搅拌溶解；
(2)然后转移到聚四氟乙烯反应釜中，放置于烘箱中加热至140°C，反应36小时，得到沉淀物；
(3)将沉淀物用磁铁分离，用无水乙醇洗涤；
(4)将产物置于烘箱，在40°C下真空干燥12小时，得到直径3-5纳米的水溶性四氧化三铁纳米颗粒。
[0039](5)取0.1克四氧化三铁纳米颗粒分散于5 ml水中，得到四氧化三铁纳米磁流体。
[0040]上述仅为本发明的实施例而已，对本领域的技术人员来说,本发明有多种更改和变化。凡在本发明的发明思想和原则之内，作出任何修改，等同替换，改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种水溶性四氧化三铁纳米磁流体的制备方法，包括以下步骤: (1)将三价金属铁盐溶解于水-多元醇混合溶液中，配制成0.025-1.50 mo I/L的溶液，然后加入酒石酸，酒石酸浓度为0.05-6.00 mol/L,再加入尿素,尿素浓度为0.5-6.00mol/L ； (2)将上述混合溶液转移至密封反应容器中，置于烘箱中加热至100-200°C，反应6-48小时，得到沉淀物； (3)将沉淀物用磁铁分离，用无水乙醇洗涤； (4)将产物置于烘箱，在40°C下真空干燥12小时，得到直径3-5纳米的水溶性四氧化三铁纳米颗粒； (5)取四氧化三铁纳米颗粒分散于水中，得到四氧化三铁纳米磁流体。
2.根据权利要求1所述的水溶性四氧化三铁纳米磁流体的制备方法，其特征在于:所述的三价金属铁盐作为铁源，包括硝酸铁、氯化铁和硫酸铁，还包括以上三种铁盐以任意量和任意组份混合的混合物，三价金属铁离子的浓度在0.025-6.00 mol/L之间。
3.根据权利要 求1所述的水溶性四氧化三铁纳米磁流体制备方法，其特征在于:所述的酒石酸作为亲水修饰层，包括左旋酒石酸，右旋酒石酸，内消旋酒石酸，外消旋酒石酸；还包括以上四种酒石酸以任意量和任意组份混合的混合物；其用量为三价铁离子摩尔量的2-4 倍。
4.根据权利要求1所述的水溶性四氧化三铁纳米磁流体的制备方法，其特征在于:所述的尿素作为碱源，其用量为三价铁离子摩尔量的4-20倍。
5.根据权利要求1所述的一水溶性四氧化三铁纳米磁流体的制备方法，其特征在于:所用的多元醇包括乙二醇，1，2-丙二醇，I, 3-丙二醇、丙三醇中的任一种或以上任意种类多元醇的混合物。
【文档编号】H01F1/44GK103922422SQ201410152393
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月16日 优先权日:2014年4月16日
【发明者】贾勇, 张群英, 吴培云, 方方, 周双生, 彭代银 申请人:安徽中医药大学