[发明专利]一种微反应器系统内制备铁基普鲁士蓝纳米粒子的方法

说明书

本发明提供了一种微反应器系统内制备铁基普鲁士蓝纳米粒子的方法，以油相作为载流体与微反应器系统共沉淀制备铁基普鲁士蓝纳米粒子。与现有方法相比，本方法基于微反应器系统良好的传递特性和可控性，能够实现合成过程的连续、可控、高通量操作，且得到的铁基普鲁士蓝纳米粒子具有粒径小、分布窄、纯度高的优点。

技术领域

本发明涉及一种微反应器系统内制备铁基普鲁士蓝纳米粒子的方法，属于材料制备技术领域。

背景技术

铁基普鲁士蓝Fe₇(CN)₁₈是一种混合价态的六氰基配合物，由于其开放的框架结构和可插入阳离子以及一些小分子的间隙位置和空位的特殊属性，被大量应用于磁学、光学、电化学、生物医学等领域。

通常合成铁基普鲁士蓝的方法是液相沉淀法，即将铁盐与亚铁氰化盐在水溶液中混合发生沉淀反应制得。目前针对铁基普鲁士蓝的制备方法多为对其形貌和结构的控制，已公开报道的普鲁士蓝外观形貌有球形(CN200910199315.2)、立方型(CN201710311111.8)、八面体型(CN200910199315.2)等，结构有实心(CN201710126287.6)、空心(CN201610151619.1、CN201711263624.2)、核壳型(CN201810640853.X)等。

现有技术对于铁基普鲁士蓝尺寸的控制则较少涉及，而且采用间歇搅拌釜式反应器进行合成，但是间歇搅拌釜式反应器制备的铁基普鲁士蓝纳米粒子尺寸较大，铁基普鲁士蓝纳米粒子的产率/纯度与粒子尺寸不可兼得，而且很难保证生产效率，不具有大规模工业化应用前景。具体原因在于间歇搅拌釜式反应器合成铁基普鲁士蓝纳米粒子时，受限于搅拌速率和强度，铁盐溶液与亚铁氰化盐溶液混合效果欠佳，导致反应器内存在温度和浓度梯度，使得铁基普鲁士蓝纳米粒子的成核速率和晶体生长时间不一致，最终导致生成的铁基普鲁士蓝纳米粒子尺寸分布较宽，但是为了保证铁基普鲁士蓝纳米粒子的纯度和产率，又必然使得反应物料的停留时间较长(12小时以上)，这也导致晶体生长时间过长，生成的铁基普鲁士蓝纳米粒子尺寸大(50～200nm)；此外，若要工业化大批量制备铁基普鲁士蓝纳米粒子，通常通过增大反应器体积的方法实现，但显著的放大效应会使反应效率下降，生成的铁基普鲁士蓝纳米粒子纯度低、尺寸分布变差。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种微反应器系统内制备铁基普鲁士蓝纳米粒子的新方法与新工艺，通过微反应器系统高效的传质混合特性实现铁基普鲁士蓝纳米粒子的连续、可控、高通量制备。

本发明提供的是在微反应器系统内制备铁基普鲁士蓝纳米粒子的方法，该方法包含以下步骤：

(1)将载体油相经由可精确控制流量的微量注射泵注入微分散通道；

(2)将铁盐(或亚铁氰化盐)溶液经由可精确控制流量的微量注射泵、第一个微分散器进入第一个微分散通道，在油相中形成大小均匀、分散稳定的铁盐(或亚铁氰化盐)液滴；

(3)待铁盐(或亚铁氰化盐)液滴稳定形成后，将亚铁氰化盐(或铁盐)溶液经由可精确控制流量的微量注射泵、第二个微分散器进入第二个微分散通道，在油相中形成大小均匀、分散稳定的亚铁氰化盐(或铁盐)液滴；亚铁氰化盐液滴与铁盐液滴在油相中相互接触组合形成连续的液滴对，进入微反应通道后发生挤压扭曲，二者合并为一为反应液滴，反应液滴内部的铁盐和亚铁氰化盐发生反应，生成沉淀产物；包裹着沉淀产物的反应液滴，与油相形成的混合物离开微反应通道后进入产品接收器；

(4)将上述混合物置于离心机中进行离心分离，上层液相为含有稳定剂的油相，循环使用；中层为其他产物(视反应物而定)的水溶液；下层固体产物为含有少量杂质的铁基普鲁士蓝沉淀；

(5)依次采用乙醇、乙醇/水/丙酮(质量比为1:1:1)混合物对上述铁基普鲁士蓝沉淀各洗涤3次，并通过离心机分离洗涤液和沉淀；