[发明专利]一种复合磁性超细粉体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合磁性超细粉体及其制备方法。

背景技术

超细粉体具有不同于块状材料的独特效应，如小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等，这些效应赋予超细粉体优异的磁、光、电、热、催化、力学等性质。

当磁性粉体的粒径小到一定程度时，由于磁各向异性能减小，在热能的作用下，颗粒磁矩将在各易磁化方向随机取向，使之表现出超顺磁性，即剩磁和矫顽力均为零。磁性超细粉体的这一特性使其在催化、生物、医药等方面有着广阔的应用前景。但是，由于磁性超细粉体的粒径小，表面能和表面活性高，颗粒间易团聚，易氧化，不耐腐蚀，使其应用受到一定限制。

“Langmuir.1994，10(1)，P92-99”报道了一种在具有超顺磁性的纳米Fe₃O₄表面包覆SiO₂的方法。这种方法步骤如下：制备具有超顺磁性的纳米Fe₃O₄粒子，并对其用四甲基氢氧化铵进行胶溶处理，然后将此纳米磁性粒子在Na₂SiO₃溶液中进行第一次SiO₂包覆，再将上述磁性粒子在正硅酸乙酯溶液中进行第二次SiO₂包覆，最终形成具有核壳结构的磁性Fe₃O₄/SiO₂粒子。这种方法制备的Fe₃O₄/SiO₂粒子中包覆的磁性内核少，复合磁性粒子的磁性较弱，外磁场响应能力弱，需要施加高强度外磁场才能实现该粒子的富集。

中国专利CN1224590C中，提供了一种以磁性Fe₃O₄粒子为内核，先后在Na₂SiO₃溶液和正硅酸乙酯溶液中，两次包覆SiO₂的方法。由于采用正硅酸乙酯在磁性粒子外层包覆的SiO₂不致密，因此其制备的Fe₃O₄/SiO₂磁性粒子在化学稳定性上不能满足高温或腐蚀性环境下的使用要求。

上述两种方法中，均需使用四甲基氢氧化铵制备Fe₃O₄溶胶，其有机相包覆过程中的磁性颗粒的浓度很低。

中国专利CN1217352C中，提供了一种经酸化法在纳米Fe₃O₄表面包覆多层SiO₂的方法。此类方法中，若SiO₂包覆量较小，则不会在Fe₃O₄表面形成连续的致密包覆层，造成其抗氧化性和耐腐蚀性降低；若包覆多层SiO₂，则粒子的磁性会大幅下降。

上述制备方法均针对于生物医学领域，其所制备的复合磁性粒子不能满足石油化工领域中磁性催化剂的要求。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种具有超顺磁性且比饱和磁化强度大、物化性质稳定的复合磁性超细粉体，特别是提供一种适用于磁性催化剂的复合磁性超细粉体。本发明还提供了上述复合磁性超细粉体的制备方法。

本发明所提供的复合磁性超细粉体，其平均粒径为10-80nm，优选为20-60nm。其粒子由磁性内核和SiO₂包覆层构成，磁性内核由Fe₃O₄和/或γ-Fe₂O₃组成，磁性内核的重量百分比在40％-95％之间，优选为65％-90％。本发明的复合磁性超细粉体600℃焙烧4h后，比饱和磁化强度>20emu/g；优选的情况下，比饱和磁化强度>50emu/g。

本发明所提供的复合磁性超细粉体的制备方法，包括以下步骤：

(1)、向水溶性铁盐溶液中加入碱溶液，直至PH值＝8-12，晶化、分离、洗涤、干燥得到具有超顺磁性的磁性内核；

(2)、将(1)中所得磁性内核用低碳醇分散，加入烷氧基硅烷，其加入量为0.001-0.02mol/g磁性内核，然后加入碱溶液，碱与烷氧基硅烷的摩尔比为10-30，搅拌反应，分离、洗涤、干燥得到第一次包覆SiO₂的磁性粉体；