專利名稱：分散納米Fe的制作方法
技術領域：
本發明是一種高分散納米Fe3O4顆粒的制備方法，屬于Fe3O4顆粒的制備方法的創新技術。
現有Fe3O4顆粒的制備方法，一般是用FeCl2與FeCl3的混合液與NaOH溶液反應而制得Fe3O4顆粒，其存在的缺點是FeCl2價格貴，生產成本高，且在制備過程中介入的Na+難于清洗，此外反應需在加熱的狀況下進行，生產工藝復雜；另外，其在制備過程中沒有采用磁吸和清洗相結合的工藝和氣體保護工藝，生成的Fe3O4顆粒也沒有保存在礦物油中，因此，制得的Fe3O4顆粒難于達到最佳的顆粒分散效果。
本發明的目的在于克服上述缺點而提供一種不僅可以節約生產成本，而且可簡化生產工藝，且制得的Fe3O4顆粒能達到最佳的顆粒分散效果的高分散納米Fe3O4顆粒的制備方法。
本發明的制備方法按如下步驟進行(1)配備Fe+2與Fe+3的混合液根據環境溫度配出接近飽和的FeCl2和FeSO4水溶液，按摩爾比Fe+2∶Fe+3＝1∶1.5～2將兩種溶液混合制成Fe+2與Fe+3的混合液；(2)反應生成Fe3O4采用雙管齊下的方法按摩爾比Fe+2∶Fe+3∶OH-1＝1∶1.5～1.8∶12～16的比例關系加入混合液和氨水，同時高速攪拌，控制攪拌速度大于1200轉/分，1～3分鐘后立即加入蒸餾水；
(3)清洗處理反應后的溶液采用磁吸和攪拌相配合的方法反復清洗，至少用蒸餾水反復清洗4次以上，去除Cl-1、SO4-2等雜質，得到新鮮的顆粒表面；(4)顆粒改性在清洗好的顆粒中按體積比1∶3～5加入氨水和蒸餾水，保持PH值9～10，邊攪拌邊加熱，并按顆粒和高級脂肪酸混合物的體積比例關系1∶1.5～3加入，保持溫度在70～90℃之間，并用惰性氣體保護，延續40～60分鐘。
上述步驟(4)所得到的顆粒可采用如下方法進行分散并儲存備用先用丙酮、乙醇或甲醇脫水，在50～70°真空烘干，然后在攪拌或超聲作用下將其分散在礦物油中。
上述步驟(4)所得到的顆粒還可采用如下方法進行分散并儲存備用直接將其分散在礦物油中，反復置換脫水，最后可用離心機將所制得的礦物油基Fe3O4磁性液體作離心處理，保持轉速高于5000轉/分，去除大顆粒，以保證Fe3O4納米顆粒高度分散地穩定儲存在所選擇的礦物油中。
上述步驟(4)中所用的惰性氣體為氬氣或氮氣。
下面結合實施例詳細說明本發明的具體方法實施例1本發明的制備方法按如下步驟進行(1)配備Fe+2與Fe+3的混合液取100克FeSO4.7H2O配成20％的FeSO4的溶液，按照按Fe+2∶Fe+3＝1∶1.7配比，考慮Fe+2部分氧化，稱量180克FeCl3.6H2O，配成15％的FeCl3溶液，把溶解了的FeSO4溶液和FeCl3溶液混合制成Fe+2與Fe+3的混合液；
(2)反應生成Fe3O4取340ml濃度為25％的氨水，把混合液和氨水按比例采取雙管齊下的方式注入三口燒瓶，同時高速攪拌，調節轉速1300轉/分，攪拌2分鐘反應生成Fe3O4后，立即加入400ml的蒸餾水，以避免納米晶粒聚集和長大，并起到降溫和利于攪拌等作用；(3)清洗處理反應后的溶液采用磁吸和攪拌相配合的方法反復清洗，在攪拌條件下向其中加入蒸餾水，反復清洗6次，每次加蒸餾水500ml，攪拌持續時間10分鐘，攪拌速度400轉/分，以去除Cl-1、SO4-2等雜質，得到新鮮的顆粒表面；(4)顆粒改性在清洗好的顆粒中按體積比1∶4加入氨水和蒸餾水，調節PH值為9.5，邊攪拌邊加熱，攪拌速度約400轉/分，加入油酸和硬脂酸混合物15ml，保持溫度在85℃，持續50分鐘，整個過程通氬氣保護。
上述步驟(4)所得到的顆粒可采用如下方法進行分散并儲存備用先在磁場的作用下使Fe3O4顆粒下沉，除去上面的水分，然后在其中加丙酮500ml，攪拌，再在磁場的作用下使Fe3O4顆粒下沉，除去上面大部分丙酮和水的混合物，接著把丙酮脫水后的Fe3O4顆粒真空干燥，保持溫度60℃，直到去除其中水分，將其分散到500ml的辛烷中；用離心機將分散到礦物油中的Fe3O4顆粒作離心處理，保持轉速大于5000轉/分，去除大顆粒，得到高度分散的Fe3O4納米顆粒。
實施例2本發明的制備方法按如下步驟進行(1)配備Fe+2與Fe+3的混合液取100克FeSO4.7H2O配成20％的FeSO4的溶液，按照Fe+2∶Fe+3＝1∶1.7配比，考慮Fe+2部分氧化，稱量180克FeCl3.6H2O，配成15％的FeCl3溶液，把溶解了的FeSO4溶液和FeCl3溶液混合制成Fe+2與Fe+3的混合液；(2)反應生成Fe3O4取360ml濃度為25％的氨水，把混合液和氨水按比例采取雙管齊下的方式注入三口燒瓶。同時高速攪拌，調節轉速1350轉/分，攪拌3分鐘反應生成Fe3O4后，立即加入430ml的蒸餾水，以避免納米晶粒聚集和長大，并起到降溫和利于攪拌等作用；(3)清洗處理反應后的溶液采用磁吸和攪拌相配合的方法反復清洗，在攪拌條件下向其中加入蒸餾水，反復清洗5次，每次加蒸餾水520ml，攪拌持續時間10分鐘，攪拌速度420轉/分，以去除Cl-1、SO4-2等雜質，得到新鮮的顆粒表面；(4)顆粒改性在清洗好的顆粒中按體積比1∶4加入氨水和蒸餾水，調節PH值為9.5，邊攪拌邊加熱，攪拌速度約420轉/分。加入油酸和硬脂酸混合物18ml，保持溫度在80℃，持續55分鐘，整個過程通氮氣保護。
上述步驟(4)所得到的顆粒可采用如下方法進行分散并儲存備用在磁場的作用下使Fe3O4顆粒下沉，除去上面的水分，把仍含有水的Fe3O4顆粒直接分散到520ml的辛烷中，用分液漏斗去除殘余的水；再用離心機將分散到礦物油中的Fe3O4顆粒作離心處理，保持轉速大于5000轉/分，去除大顆粒，得到高度分散的Fe3O4納米顆粒。
本發明與傳統方法相比具有如下優點①Fe+2和Fe+3濃度按合理比例配制，避免了Fe+2或Fe+3單方過剩的現象，
且用價格便宜的FeSO4代替FeCl2與FeCl3反應，不僅得到了同樣的效果，而且節約了生產成本；②在Fe3O4顆粒制備過程中用氨水代替傳統的NaOH溶液，首先是避免Na+的介入，而溶液中的NH4+很容易生成NH3揮發掉，易于清洗；此外反應在常溫下進行，不需加熱，簡化了生產工藝；③在生成Fe3O4顆粒和表面改性前，增加了磁吸和清洗相結合的工藝和氣體保護工藝，一方面防止殘留在溶液中的Cl-1、SO4-2吸附在顆粒表面，影響下一步油酸根離子在Fe3O4顆粒的吸附，另一方面防止了油酸氧化；④用2種高級脂肪酸的混合物作為表面活性劑，以保證在顆粒表面形成一層較為致密的單分子包附層，達到最佳的顆粒分散效果；⑤在脫水過程中除了丙酮或乙醇清洗，真空干燥傳統工藝外，采用辛烷置換工藝，能較完全脫去其中水分，并使Fe3O4顆粒得到較完全分散；脫水后的顆粒通過膠溶的方法保存在礦物油中，得到顆粒粒徑在5～15nm、高度分散的Fe3O4顆粒。
本發明對Fe3O4顆粒的合成和改性工藝進行了優化，特別是對原料配比、反應過程、顆粒改性和分散等工藝進行了規范化處理。因此，用本發明的制備方法不僅可以節約生產成本，而且可簡化生產工藝，且制得的Fe3O4顆粒能達到最佳的顆粒分散效果，可為小規模并規范化生產具有廣泛用途的磁性液體提供高分散的磁性顆粒。本發明是一種方便實用，社會效益及經濟效益均較顯著的高分散納米Fe3O4顆粒的制備方法。
權利要求
1.高分散納米Fe3O4顆粒的制備方法，其特征在于按如下步驟進行(1)配備Fe+2與Fe+3的混合液根據環境溫度配出接近飽和的FeCl2和FeSO4水溶液，按摩爾比Fe+2∶Fe+3＝1∶1.5～2將兩種溶液混合制成Fe+2與Fe+3的混合液；(2)反應生成Fe3O4采用雙管齊下的方法按摩爾比Fe+2∶Fe+3∶OH-1＝1∶1.5～1.8∶12～16的比例關系加入混合液和氨水，同時高速攪拌，控制攪拌速度大于1200轉/分，1～3分鐘后立即加入蒸餾水；(3)清洗處理反應后的溶液采用磁吸和攪拌相配合的方法反復清洗，至少用蒸餾水反復清洗4次以上，去除Cl-1、SO4-2等雜質，得到新鮮的顆粒表面；(4)顆粒改性在清洗好的顆粒中按體積比1∶3～5加入氨水和蒸餾水，保持PH值9～10，邊攪拌邊加熱，并按顆粒和高級脂肪酸混合物的體積比例關系1∶1.5～3加入，保持溫度在70～90℃之間，并用惰性氣體保護，延續40～60分鐘。
2.根據權利要求1所述高分散納米Fe3O4顆粒的制備方法，其特征在于上述步驟(4)所得到的顆粒可采用如下方法進行分散并儲存備用先用丙酮、乙醇或甲醇脫水，在50～70°真空烘干，然后在攪拌或超聲作用下將其分散在礦物油中。
3.根據權利要求1所述的高分散納米Fe3O4顆粒的制備方法，其特征在于上述步驟(4)所得到的顆粒可采用如下方法進行分散并儲存備用直接將其分散在礦物油中，反復置換脫水，最后可用離心機將所制得的礦物油基Fe3O4磁性液體作離心處理，保持轉速高于5000轉/分，去除大顆粒，以保證Fe3O4納米顆粒高度分散地穩定儲存在所選擇的礦物油中。
4.根據權利要求2或3所述的高分散納米Fe3O4顆粒的制備方法，其特征在于上述礦物油為辛烷、環己烷、溶劑汽油或煤油等。
5.根據權利要求4所述的高分散納米Fe3O4顆粒的制備方法，其特征在于上述步驟(3)中蒸餾水反復清洗的次數為5～6次。
6.根據權利要求4所述的高分散納米Fe3O4顆粒的制備方法，其特征在于上述步驟(1)中可按摩爾比Fe+2∶Fe+3＝1∶1.5～1.8將FeCl2和FeSO4兩種水溶液混合制成Fe+2與Fe+3的混合液。
7.根據權利要求4所述的高分散納米Fe3O4顆粒的制備方法，其特征在于上述步驟(4)中所用的惰性氣體為氬氣或氮氣。
全文摘要
本發明是一種高分散納米Fe
文檔編號C01G49/08GK1365951SQ01107440
公開日2002年8月28日 申請日期2001年1月15日 優先權日2001年1月15日
發明者沈輝 申請人:中國科學院廣州能源研究所