[发明专利]一种单分散二氧化硅/四氧化三铁磁性复合颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种单分散二氧化硅/四氧化三铁磁性复合颗粒的制备方法，属于磁性颗粒领域。

背景技术

传统制备SiO₂的方法主要有两种：从矿石资源获得的硅酸盐(俗称水玻璃)作为硅源，再由水玻璃经过酸处理得到二氧化硅，制备过程采用高温高压的反应装置，原来使用强碱或碱性盐，腐蚀性高、能耗大、成本高已经成为人们愈加关注的问题。有机硅(如正硅酸甲酯、正硅酸乙酯)为原料，在酸或碱作催化剂的条件下水解得二氧化硅，但是原料的毒性较大、难于储存和运输、对生产设备要求高且较难清洗和处理。因此，非常有必要开发新型环保的合成路线以及寻找石英砂以外的硅源。

稻壳中的二氧化硅为非晶态，在常压下加热即可溶出。为了提高稻壳的综合利用率和其中二氧化硅的价值，带来更丰厚的经济效益，可以作为规模生产的工艺途径有两种：一种途径是热解稻壳获得热能，再将热解后的稻壳灰的主要成分分离制备成活性炭和二氧化硅产品；另一种途径是将稻壳处理直接水解得糖酸液和二氧化硅，再将糖酸液制备成胶体碳及活性炭等产品。

无机材料如二氧化硅可以作为保护壳层包裹在四氧化三铁表面。其中二氧化硅这种无机材料应用最广泛。二氧化硅壳层防止四氧化三铁在溶剂中的团聚，提高了化学稳定性。

发明内容

本发明主要解决的技术问题：针对目前制备单分散二氧化硅反应过程异常复杂，合成出的SiO₂表面能高，容易团聚，不易分散在有机溶剂问题，提供了一种单分散二氧化硅/四氧化三铁磁性复合颗粒的制备方法，本发明将稻壳中的无定型二氧化硅与碱反应，得水玻璃，利用水玻璃制备得硅酸溶胶，再对四氧化三铁粉末表面进行亲水改性，将改性后的四氧化三铁与硅酸溶胶混合，加入乙醇溶液和氨水进行反应，反应结束后用鼓风干燥箱加热先去除大量的水，最后用冷冻干燥得磁性复合颗粒，本发明利用二氧化硅作为保护壳层包裹在四氧化三铁表面，不仅有效的防止四氧化三铁在溶剂发生团聚，提高四氧化三铁的化学稳定性，而且用柠檬酸钠为改性剂对四氧化铁表面进行亲水改性，使其更易分散在硅酸溶胶中，更容易被二氧化硅包覆。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

（1）称取100～200g干燥的稻壳，将其放入管式炉中，设置温度在500～600℃，在氮气的保护下进行高温热解2～4h，热解后取出，按固液比1:5将稻壳加入质量浓度45%的硫酸中浸泡，将浸泡的混合物移入锅炉中，加热煮沸2～3h，将煮沸后的混合物冷却至室温，抽滤得滤渣，并用蒸馏水冲洗至滤液为中性，将滤渣置于烘箱中在50～60℃下干燥完全；

（2）称取30～50g上述烘干后的稻壳，将其按固液比1:4加入质量浓度5%的氢氧化钠溶液进行浸泡30～40min，将浸泡后的混合液加入三口烧瓶中，并加热至回流，回流2～3h后冷却至室温，将烧瓶中的混合物抽滤，得滤液，即为水玻璃溶液，将水玻璃溶液装入三口烧瓶中，在55～60℃和0.08～0.09MPa下进行减压脱水1～2h，得水玻璃浓缩液；

（3）量取15～20mL上述水玻璃浓缩液，向其中加入0.1～0.3g十六烷基三甲基溴化铵，超声分散15～25min，将分散后的液体装入三口烧瓶中，放入水浴锅中，设置温度为70～80℃，再加入10～12mL质量分数45%乙醇溶液，搅拌10～15min，搅拌后用质量浓度10%盐酸调节pH值为6.0～6.5，继续搅拌反应3～4h得硅酸溶胶，备用；

（4）称取0.8～0.9g四氧化三铁粉末，将其超声分散在80～100mL柠檬酸钠溶液中，分散同时通入氮气，得到四氧化三铁悬浮液，将悬浮液装入三口烧瓶中，并放入水浴中，在65～75℃下机械搅拌8～10h，搅拌后自然冷却到室温，用磁铁将产物分离，分离后按固液比1:3加入到无水乙醇中，搅拌后过滤，再将滤渣按固液比1:5重新分散在去离子水中，离心分离得改性四氧化三铁；

（5）将上述改性的四氧化三铁按固液比1:5加入到步骤（3）的硅酸溶胶中，移入不锈钢反应釜中，并按体积比1:3加入质量浓度65%的乙醇溶液和按体积比1:1加入质量浓度15%氨水，控制反应釜温度为45～60℃，在600～800r/min下搅拌反应10～12h，反应时通入氮气进行保护；

（6）上述反应结束后，将釜中的产物取出先放入70～80℃的鼓风干燥箱中，加热3～4h，加热结束后，自然降至室温，去除其中大量的水，最后进行冷冻干燥使产物全部脱水为止，收集，即可。