[发明专利]埃洛石纳米管负载四氧化三铁复合型磁性流体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工材料技术领域，更具体地说，涉及一种复合型磁性流体及其制备方法。

背景技术

埃洛石是一种天然铝硅酸盐粘土矿物，化学式为Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈·nH₂O，属于1∶1型二八面体的层状硅酸盐，具有天然的管状结构，管内径6～50nm，外径约为30～100nm，管长0.5～3μm。天然埃洛石除具有纳米级的中空管状结构，高比表面积，优良的化学性质之外，还具有较强的热稳定性，内表面极性以及高的吸附性，对阳离子、极性分子等具有较强的吸附能力。更重要的是天然埃洛石资源丰富成本极低，可在某些领域得到更广泛的应用。埃洛石通过表面处理后可以用作药物载体，来实现靶向给药治疗，还可以在埃洛石的表面或内腔沉积上金属粒子或者金属氧化物制备纳米复合物，从而实现其作为载体或模版的功能。在催化材料、功能材料等领域有广泛研究。

磁性流体是一种具有超顺磁性特性的胶体材料，它既有固体磁性材料的磁性，又有液体的流动性质。主要制备方法是在母液中加入包有表面活性剂的磁性微粒子，使其构成稳定的胶体体系。根据磁性粒子的不同，相继出现了金属型磁流体、离子型磁流体、氮化铁磁流体等。金属氧化物主要以Fe₃O₄磁流体为例具有不易被氧化，耐高温，工艺简单，成本低，容易得到粒径较小的粒子等优点。但由于磁性较弱，为了得到大的磁性作用，必须用大径粒子，提高外部磁场或提高离子浓度。但大粒径粒子和提高外部磁场会出现磁聚集现象，仅通过表面活性剂及热运动很难使其分散。结果导致粒子在溶液中发生沉淀而引起相分离，从而使得磁性降低或完全丧失。提高外部磁场需要消耗大量的能量，并不适用。所以只能通过减小颗粒尺寸，提高粒子浓度改善磁性流体的磁特性。中国专利CN1365124提供了一种制备铁氧体磁性液体的方法，但利用该方法制备出的粒子尺寸不均匀及磁凝聚现象。仅通过表面活性剂及热运动很难使其分散，结果粒子在溶剂中发生沉淀而引起相分离，导致磁特性降低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，利用埃洛石比表面积大以及表面极易吸附阴、阳粒子的优点，将埃洛石表面负载纳米四氧化三铁粒子，通过油酸和十二烷基苯磺酸钠的表面化学改性，提供一种优良的铁磁性流体及其制造方法。由于埃洛石纳米管的引入，一方面可降低四氧化三铁纳米颗粒尺寸，同时对提高磁性流体中的粒子浓度、分散性和防止粒子团聚、聚沉等起到显著作用。

本发明目的通过下述技术方案予以实现：

通过部分还原共沉淀反应，以三氯化铁和亚硫酸盐为原料，在天然埃洛石纳米管的内外负载5-30nm的四氧化三铁颗粒。因两端开口的埃洛石管内外均充满铁盐水溶液，在加热条件下，四氧化三铁的前驱体在埃洛石管内外成核，进而原位生成四氧化三铁纳米颗粒，并且由于纳米管内环境限制，避免了四氧化三铁纳米颗粒的进一步长大，形成埃洛石纳米管负载四氧化三铁纳米复合材料。按顺序将油酸和十二烷基苯磺酸钠加入复合材料中，洗涤，分散后得到埃洛石纳米管负载四氧化三铁纳米复合型磁流体。

埃洛石纳米管负载四氧化三铁复合型磁性流体的制备方法具体步骤如下：

(1)配制的三价铁盐水溶液和亚硫酸盐的水溶液；

(2)向三价铁盐水溶液中加入埃洛石纳米管进行分散和浸渍；

(3)在搅拌和惰性气体保护的条件下进行反应，向三价铁盐水溶液中滴加亚硫酸盐水溶液，并利用碱液调节混合后的溶液pH值为8～9；

(4)将上述溶液反应体系进行磁分离去除尚未反应的离子，用酸液调节溶液pH为5～7后，加入油酸，待分散均匀后，再加入十二烷基苯磺酸钠，继续分散；

(5)将分散好的溶液进行洗涤以除去过量的油酸及十二烷基苯磺酸钠，离心分离后去掉上清液和底部颗粒，中间悬浮液即为埃洛石纳米管负载四氧化三铁复合型磁性流体。

在使用埃洛石原料之前，可将埃洛石原料进行提纯，具体方案可见中国发明专利申请“储氢材料埃洛石及其制备方法”(申请号为200710054559.2、申请日为2007年6月12日、公开号为CN101070163A、公开日为2007年11月14日)

所述步骤(1)中的三价铁盐为六水合三氯化铁，其水溶液的摩尔浓度为0.06～1mol·L^-1；亚硫酸盐溶液为亚硫酸钠的水溶液，其摩尔浓度为0.01～0.16mol·L^-1；所述步骤(3)中的碱液为氨水；所述步骤(4)中的酸液为盐酸