[发明专利]一种磁性四氧化三铁的阳离子改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种简便易行的磁性Fe₃O₄纳米粒子的制备及改性，具体地说涉及一种在有氧条件下制备聚二烯丙基二甲基氯化铵改性的超顺磁性四氧化三铁纳米颗粒。

背景技术

磁性四氧化三铁纳米颗粒是当今世界材料领域的研究热点之一，广泛应用于磁记录材料、磁流体的制备、催化剂、颜料、微波吸收材料以及生物医学等领域。常用的制备方法主要有溶胶-凝胶法、水解法、微乳液法、球磨法、水热法、化学共沉淀法等，其中化学共沉淀方法是最早采用的液相化学反应合成Fe₃O₄纳米颗粒的方法，也是目前制备四氧化三铁磁性纳米颗粒最为简单和有效的方法。将Fe²⁺和Fe³⁺的硫酸盐或氯化物溶液以一定的比例混合后，在一定温度和pH值下搅拌进行沉淀反应，通常反应过程要在氮气保护下进行，以阻止Fe²⁺被氧化，所制备的产品纯度高，组分均匀，颗粒粒径小。但是在制备过程中需要考虑如下两个问题：1.氮气在反应过程中用量较大，操作繁琐且遇热存在一定的危险；2.磁性的Fe₃O₄纳米粒子在有外加磁场作用时，因物质中相邻原子或离子的热无序磁矩在一定程度上与磁场强度方向一致而可以定向排列，易于从混合溶液中分离出来，一般来讲，其磁性能与铁磁物质的颗粒尺寸有关，当小于临界尺寸(根据文献报道一般为20nm)时具有单畴结构，可表现为超顺磁性特点。但是纳米粒子易团聚，将导致因尺寸效应变化而引起的磁性能损失。通用的方式是对四氧化三铁进行表面改性，即利用表面吸附或者化学反应对其表面进行局部包覆使其表面有机化，从而分隔纳米粒子，将其分散于改性基体材料中，可以很好地合成颗粒尺寸均一可控的磁性纳米颗粒。经改性的磁性纳米粒子还可因表面的修饰作用而应用于印染废水处理、生物分子的固定化等领域。因此综合以上两方面问题，如何以简便易行、安全可靠的方式来制备磁性的四氧化三铁纳米粒子，以及开发新的阳离子改性剂以提高磁性四氧化三铁的性能及应用领域，是目前急待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简便易行的四氧化三铁磁性纳米颗粒的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种利用新的改性剂使磁性纳米粒子表面阳离子化的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

提供一种无氮气保护条件的强磁性四氧化三铁纳米颗粒的制备方法，采用无氮气保护共沉淀法制备得到Fe₃O₄磁性颗粒，然后对Fe₃O₄磁性颗粒进行表面改性。

具体的本发明方法包括下面步骤：

S1.本实验采用碱作为沉淀剂，在没有氮气保护的条件下，将一定量的FeCl₂·4H₂O和FeCl₃·6H₂O混合液加入到烧杯中，一定温度下恒温水浴，一边快速搅拌一边滴加氨水溶液，混合液由橙黄色逐渐变成黑色后，继续滴加沉淀剂至溶液PH≥10，继续搅拌至反应时间为30min，然后将烧杯置于高温恒温水浴条件下，晶化30min，利用磁铁分离出产物，用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤至pH＝7.0，在真空冷冻干燥条件下干燥一段时间得纳米磁性四氧化三铁粒子。

S2.配制一定体积的PDDA溶液于烧杯中，称取一定量S1中制备好的四氧化三铁纳米颗粒于盛有PDDA溶液的烧杯中，搅拌均匀，在一定温度条件下超声震荡后静置一段时间，采用磁分离技术，用蒸馏水多次水洗去除多余PDDA，将洗涤干净的产物在真空冷冻干燥条件下干燥一段时间即得PDDA-Fe₃O₄磁性复合粒子。

优选地，S1步骤所述反应在有氧条件下进行，FeCl₂·4H₂O和FeCl₃·6H₂O摩尔比为1∶1。将FeCl₂·4H₂O和FeCl₃·6H₂O溶于蒸馏水中。

优选地，S1步骤所述FeCl₂·4H₂O与蒸馏水的质量体积比为1.99g∶100ml。

优选地，S1步骤所述恒温水浴温度为50℃，搅拌速度为500rpm。