[发明专利]一种稳定性可调的磁流体及其制备与回收方法

说明书

本发明属于磁性纳米材料领域，公开了一种稳定性可调的磁流体及其制备与回收方法，其中稳定性可调的磁流体主要是由阳离子聚合物修饰的磁性纳米粒子分散于载液中构成的，所述阳离子聚合物具有氨基；对于该磁流体，能够通过调节磁性纳米粒子‑载液整体溶液体系的pH值，调节磁流体的稳定性。本发明通过阳离子聚合物修饰磁性纳米粒子构建磁流体，阳离子聚合物修饰的磁性纳米粒子能够高度分散在载液中；阳离子聚合物的质子化作用可使磁性纳米粒子表面带正电荷，进而可通过粒子间静电相互作用克服粒子间的团聚效应，使得磁流体保持稳定；并且该磁流体稳定性可调，通过调节磁流体的稳定性，能够扩大磁流体的应用领域，使磁流体适用于不同的应用要求。

技术领域

本发明属于磁性纳米材料技术领域，更具体地，涉及一种稳定性可调的磁流体及其制备与回收方法。

背景技术

磁流体是一种液体功能材料，由载液和纳米级磁性粒子构成，兼具液体的流动性和固体的磁性。与普通液体相比，磁流体在外加磁场作用下呈现出许多特殊的磁、光、电现象，如磁靶向特性、双折射的光学特性以及高效导热强化传热等作用，在生物、化工、医疗、密封、选矿、治污等多领域有着广泛的应用前景。

由于磁流体中的磁性粒子处于纳米级别，具有很高的表面能，使得粒子间会发生明显的团聚现象以减少表面能，进而导致粒子易析出载液。因此，制备高性能磁流体的关键在于如何对磁性粒子表面适当改性来提高其在载液中的稳定性。

现有技术主要通过将表面活性剂吸附在磁性纳米粒子表面来降低其表面能、提高其空间位阻，进而增强其在载液中的稳定性。表面活性剂一般是同时具有亲水基团和疏水基团的化学药品，需根据磁性粒子和载液的种类以及它们之间的相互作用选择。如果载液为水性，则将表面活性剂的疏水基团作用在磁性纳米粒子表面，另一端的亲水基可与水性载液相溶合；如果载液为油性，则将表面活性剂的亲水基团作用在磁性纳米粒子表面，另一端的疏水基可与油性载液相溶合。

基于表面活性剂制备磁流体的典型方法如下：(1)球磨法。将磁性粒子、表面活性剂和载液一起加入到球磨机中，经过长时间(1到3个月)的球磨，再利用离心除去大颗粒，制备出磁流体。(2)热分解法。将表面活性剂、羧基金属络合物混合在基液中，在密闭容器中加热条件可制备出铁、钴、镍或其合金等金属磁流体。

然而，利用上述方法制备的磁流体存在如下明显不足：一是表面活性剂对磁性纳米粒子分散性的改善过程非可逆。也就是说，表面活性剂修饰过后的磁性纳米粒子虽然分散性得到提升，但也意味着其再难以从载液中分离出来，这为某些实际应用带来挑战，如在物质的磁分离纯化应用中，由于这一特征，分离系统往往需要依赖高磁场强度和梯度来实现物质的有效分离，对磁场装备能力要求极高。二是利用表面活性剂通过球磨法等方法制备的磁流体中，表面活性剂往往不仅吸附在磁性纳米粒子上，还存在于载液中，不利于磁流体在化工、治污、生物等多个领域的应用。例如，在废水处理问题上，很多表面活性剂如胺类表面活性剂等对人体有接触性伤害，并且极少量即可造成水体严重污染，若磁流体载液中含有表面活性剂且表面活性剂修饰的磁性纳米粒子的磁流体难以从水体中回收，则会造成二次污染。

因此，稳定性可调的磁流体在选矿分离、精密研磨和抛光、污水处理、蛋白质及核酸的分离纯化等方面具有极大的应用价值。将此磁流体稳定性调强，投注于应用，可充分发挥其作用，再根据实际需要将其稳定性调弱，则可轻松通过外加磁场回收磁性纳米粒子。如此，可降低工业应用场景中对磁场装备能力的要求、治污场景应用中的二次污染以及生物场景应用中细胞毒性等问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种稳定性可调的磁流体及其制备与回收方法，其中通过阳离子聚合物修饰磁性纳米粒子构建磁流体，阳离子聚合物修饰的磁性纳米粒子能够高度分散在载液中；阳离子聚合物的质子化作用可使磁性纳米粒子表面带正电荷，进而可通过粒子间静电相互作用克服粒子间的团聚效应，使得磁流体保持稳定。并且，该磁流体稳定性可调，能够通过调控磁性纳米粒子-载液整体溶液体系的pH值，调节磁流体的稳定性，能够扩大磁流体的应用领域，使磁流体适用于不同的应用要求。