氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復合粒子的制備方法
【專利說明】氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復合粒子的制備方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明涉及一種磁性復合材料的制備，具體涉及一種溶劑熱一步法直接制備氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復合粒子的方法，屬于無機納米材料技術領域。
【背景技術】
[0003]磁性納米粒子廣泛用于高密度信息存儲、固定化酶、藥物靶向引導、控制釋放、DNA和細胞分離技術、磁多功能復合材料、微波吸收、特種涂料、催化劑及生物工程等方面。目前納米四氧化三鐵的制備方法有很多，如共沉淀法、水熱/溶劑熱法、微乳液法、溶膠-凝膠法、金屬有機物前體熱分解法、靜電紡絲法等。通過對磁性納米粒子的表面修飾可以促進粒子分散、提高抗氧化能力，同時適當的表面修飾還可以調節磁性納米粒子與其它材料的相容性和反應特性。
[0004]二氧化硅可以屏蔽磁性納米粒子之間的偶極相互作用，阻止粒子團聚，而且具有良好的生物相容性、親水性以及非常好的穩定性，因而有關二氧化硅包覆磁性納米粒子復合粒子的制備與應用研究備受關注。目前具有核殼結構的四氧化三鐵@氧化硅復合粒子的制備方法主要采用兩步法，即:第一步采用共沉淀法、水熱法/溶劑熱法等首先制備納米四氧化三鐵粒子作為內核，然后通過硅烷偶聯劑等對四氧化三鐵粒子的表面進行修飾從而提高其分散性；第二步再通過正硅酸乙酯水解法、溶膠-凝膠法、反相微乳液法等在內核四氧化三鐵粒子表面包覆氧化硅層，因此上述兩步法存在反應步驟復雜、反應時間長、內核四氧化三鐵粒子在第二步制備過程中易受腐蝕轉化、溶劑用量過多、環境不友好、原料較貴等不足。而目前采用鐵鹽與硅鹽原料混合在一起通過一步化學反應法(即一步法)直接制備具有核殼結構的氧化硅包覆四氧化三鐵納米復合粒子的制備方法的文獻還未見報道，因此，開發一種環境友好、經濟高效、一步法制備氧化娃包覆四氧化三鐵納米復合粒子的制備方法具有很好應用前景。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種形貌可控的氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復合粒子的制備方法。
[0006]本發明氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復合粒子的制備方法，其特征在于:所述的制備方法以六水氯化鐵為原料，碳酸氫鈉和九水偏硅酸鈉為混合堿源，乙二醇為溶劑，葡萄糖為輔助還原劑，聚乙烯吡咯烷酮K30為表面活性劑，通過以下步驟實施:
(1)將六水氯化鐵溶于乙二醇溶劑中，得到混合溶液A;
(2)將九水偏硅酸鈉、碳酸氫鈉、葡萄糖和聚乙烯吡咯烷酮溶于乙二醇中，超聲分散處理10?20min配得混合溶液B，其中九水偏硅酸鈉的用量為碳酸氫鈉質量的1.0?2.0倍，九水偏硅酸鈉和碳酸氫鈉的總質量為六水氯化鐵質量的1.0?1.2倍； (3)將混合溶液A逐漸加入到混合溶液B中，并經攪拌處理配制成混合溶液C，其中的葡萄糖和聚乙烯吡咯烷酮的用量分別為混合溶液C質量的0.05%?0.1%和0.1%?0.4% ;
(4)將混合溶液C密封于聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，并放入鼓風干燥箱內，反應體系在180?200°C、1.0?2.5MPa的壓力條件下，反應5?15h ；
(5)反應結束后，產物冷卻至室溫，通過磁鐵分離后分別采用去離子水和無水乙醇洗滌2?3次，再經真空干燥得到黑色氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復合粒子。
[0007]所述的氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復合粒子的內核為四氧化三鐵，外層包覆的殼為無定形氧化娃。
[0008]所述的氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復合粒子的外貌為球狀或線狀，球狀復合粒子的粒徑為40?90nm，線狀復合粒子的長度為60?80nm。
[0009]本發明的優點是:
(1)本發明方法原料易得，一步法直接制備工藝簡便，環境友好，經濟高效，納米復合粒子形貌可控；
(2)六水氯化鐵與九水偏硅酸鈉和碳酸氫鈉反應原料在一步法溶劑熱反應合成之前，通過均勻混合發生雙水解反應生成四氧化三鐵前驅體晶核，而無定形的氧化硅可有效阻止四氧化三鐵納米粒子團聚，適量的葡萄糖可有效促進四氧化三鐵物質的生成，通過一步法制備分散性好的氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復合粒子，四氧化三鐵純度可達100%，可克服氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復合粒子的傳統兩步法(即先制備四氧化三鐵內核，然后進行氧化硅殼層包覆)的制備過程中內核四氧化三鐵易腐蝕轉化的現象；
(3)通過調節混合堿源中九水偏硅酸鈉與碳酸氫鈉的質量配比，可以控制納米復合粒子的形貌，從而獲得球狀或線狀的氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復合粒子。
【附圖說明】
[0010]圖1為氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復合粒子的X射線衍射圖；
圖2為球狀氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復合粒子的透射電鏡圖；
圖3為線狀氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復合粒子的透射電鏡圖。
【具體實施方式】
[0011]以下結合本發明的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限制本發明，凡是采用本發明的相似結構及其相似變化，均應列入本發明的保護范圍。
[0012]實施例1
(1)在A燒杯中加入六水氯化鐵(FeCl3.6H20) 2.5000g和乙二醇25毫升通過攪拌配制混合溶液A ;
(2)在B燒杯加入九水偏硅酸鈉(Na2Si03.9H20) 1.5000g，碳酸氫鈉(NaHC03)為1.5000g、葡萄糖為0.05g，聚乙烯吡咯烷酮(PVP，K30) 0.0300g和乙二醇15毫升，通過超聲分散配制混合溶液B;
(3)將混合溶液A在不斷攪拌下逐漸加入到混合溶液B中，混合溶液中九水偏硅酸鈉、碳酸氫鈉與六水氯化鐵發生水解反應產生氣泡，氣泡逸出后混合溶液C變成半透明；
(4)將混合溶液C轉移并密封于50毫升聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，放入鼓風干燥箱中，控制加熱溫度為200°C并加熱10小時；
(5)待反應液冷卻室溫之后，采用磁鐵分離方法除去沒有磁性的雜質，然后用去離子水和無水乙醇洗滌2次后，在60°C真空干燥8小時即得到黑色粉末，此黑色粉末形貌為氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米球狀復合粒子。
[0013] 實施例2
(1)在A燒杯中加入六水氯化鐵(FeCl3.6H20) 2.5000g和乙二醇25毫升通過攪拌配制混合溶液A ;
(2)在B燒杯加入九水偏硅酸鈉(Na2Si03.9H20) 2.0000g，碳酸氫鈉(NaHC03)為1.0OOOg、葡萄糖為0.05g，聚乙烯吡咯烷酮(PVP，K30) 0.0300g和乙二醇15毫升，通過超聲分散配制混合溶液B;
(3)將混合溶液A在不斷攪拌下逐漸加入到混合溶液B中，混合溶液中九水偏硅酸鈉、碳酸氫鈉與六水氯化鐵發生水解反應產生氣泡，氣泡逸出后混合溶液C變成半透明；
(4)將混合溶液C轉移并密封于50毫升聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，放入鼓風干燥箱中，控制加熱溫度為200°C并加熱10小時；
(5)待反應液冷卻室溫之后，采用磁鐵分離方法除去沒有磁性的雜質，然后用去離子水和無水乙醇洗滌2次后，在60°C真空干燥8小時即得到黑色粉末，此黑色粉末形貌為氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米線復合粒子。
【主權項】
1.氧化娃包覆四氧化三鐵核殼型納米復合粒子的制備方法，其特征在于:所述的制備方法以六水氯化鐵為原料，碳酸氫鈉和九水偏硅酸鈉為混合堿源，乙二醇為溶劑，葡萄糖為輔助還原劑，聚乙烯吡咯烷酮K30為表面活性劑，通過以下步驟實施: (1)將六水氯化鐵溶于乙二醇溶劑中，得到混合溶液A; (2)將九水偏硅酸鈉、碳酸氫鈉、葡萄糖和聚乙烯吡咯烷酮溶于乙二醇中，超聲分散處理10?20min配得混合溶液B，其中九水偏硅酸鈉的用量為碳酸氫鈉質量的1.0?2.0倍，九水偏硅酸鈉和碳酸氫鈉的總質量為六水氯化鐵質量的1.0?1.2倍； (3)將混合溶液A逐漸加入到混合溶液B中，并經攪拌處理配制成混合溶液C，其中的葡萄糖和聚乙烯吡咯烷酮的用量分別為混合溶液C質量的0.05%?0.1%和0.1%?0.4% ; (4)將混合溶液C密封于聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，并放入鼓風干燥箱內，反應體系在180?200°C、1.0?2.5MPa的壓力條件下，反應5?15h ； (5)反應結束后，產物冷卻至室溫，通過磁鐵分離后分別采用去離子水和無水乙醇洗滌2?3次，再經真空干燥得到黑色氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復合粒子。2.根據權利要求1所述的氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復合粒子的制備方法，其特征在于:所述的氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復合粒子的內核為四氧化三鐵，外層包覆的殼為無定形氧化娃。3.根據權利要求1所述的氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復合粒子的制備方法，其特征在于:所述的氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復合粒子的外貌為球狀或線狀，球狀復合粒子的粒徑為40?90nm，線狀復合粒子的長度為60?80nm。
【專利摘要】本發明氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復合粒子的制備方法，以六水氯化鐵為原料，碳酸氫鈉和九水偏硅酸鈉為混合堿源，乙二醇為溶劑，葡萄糖和聚乙烯吡咯烷酮分別為輔助還原劑和表面活性劑，將六水氯化鐵溶于乙二醇中得到混合溶液A；將九水偏硅酸鈉、碳酸氫鈉、葡萄糖和聚乙烯吡咯烷酮溶于乙二醇，經超聲處理得到混合溶液B；將混合溶液A加到混合溶液B中，通過攪拌得到混合溶液C；將混合溶液C密封于高壓反應釜中，在180～200℃、1.5～2.5MPa壓力下反應5～15h，產物經磁分離、洗滌和真空干燥得到氧化硅包覆四氧化三鐵核殼型納米復合粒子。本發明原料易得,工藝環保，通過調節九水偏硅酸鈉與碳酸氫鈉的質量比，可一步制得線狀或球狀納米復合粒子。<b />
【IPC分類】C01G49/08, B82Y30/00
【公開號】CN105366734
【申請號】CN201510872033
【發明人】傅毛生
【申請人】南昌航空大學
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年12月3日