一种基于γ-Fe2O3/ MnO2磁导自推进微纳马达及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于γ‑Fe2O3/MnO2磁导自推进微纳马达及其制备方法，其以木棉纤维作为模板，同时负载γ‑Fe2O3和MnO2，制备得到基于γ‑Fe2O3/MnO2磁导自推进微纳马达，其能通过磁性引导和气泡驱动达到难以接近的污染区域进行清洁处理，并且在处理后可通过外部磁场将其回收，避免其造成二次污染；本发明专利技术制备的原料普通易得，成本低廉，制备过程简单，绿色环保，所制得的微纳马达具有优良的吸附性能和循环使用性能，在环保领域有潜在的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于γ-Fe2O3/MnO2磁导自推进微纳马达及其制备方法
本专利技术属于微纳马达
，具体涉及一种基于γ-Fe2O3/MnO2磁导自推进微纳马达及其制备方法。
技术介绍
自2004-2005年合成微纳马达的初次报道以来，开启了微纳马达研究的新篇章。能够将能量转换成运动的自推进催化微纳马达已经显示出对于各种实际应用的巨大希望。虽然最初的努力集中在微纳米级马达的生物医学应用上，但在各种环境应用也有着巨大的潜力。特别是，微纳机器已被证明可以增加基于运动的新尺寸去污过程，并导致新的“即时”修复协议，具有更高的效率，更短的清理时间和更低的成本。这些微尺度物体的连续移动可用于在污染的样品中输送反应性纳米材料，用于长距离释放和分散修复剂。由于大多数环境应用的微纳马达使用铂作为催化剂，价格昂贵且生物相容性不能大规模使用，从而出现了镁基，二氧化锰等微纳电机，而且对于微纳马达的制备也相对复杂。因此，从自然界中获取天然材料，具有疏水性/亲水性，可逆性粘附性，可生物降解性，可更新性，趋磁性，生物阻抗，抗断裂性，重量轻，防反射和自发荧光等多种功能的复杂生物材料。这种自然丰富的功能为可导航的机器人设备的工程提供了有趣的选择。木棉纤维是单细胞天然纤维素纤维。其壁由64％的纤维素，13％的木质素，8.6％的水，1.4-3.5％的灰分，4.7-9.7％的水溶性物质，2.3-2.5％的木聚糖和0.8％的蜡组成。木棉纤维具有非常薄的细胞壁，具有充满空气的巨大中空区域，因此具有大的比表面积，并且便宜，环保，并且具有大规模生产的可能性。MnO2用作催化剂以产生气泡推力驱动。MnO2不仅是片状结构，而且还具有优异的生物相容性，可以改善微电机的比表面积。γ-Fe2O3可以控制微电机的运动方向，也可以回收利用，避免二次污染。目前，关于负载三氧化二铁和二氧化锰（γ-Fe2O3/MnO2）的微纳马达的相关报道很多，但是采用木棉纤维作为生物模板，来负载二氧化锰和三氧化二铁的报道目前还没有看到。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于γ-Fe2O3/MnO2磁导自推进微纳马达及其制备方法，其以低廉易得的木棉纤维作为模板，同时负载γ-Fe2O3和MnO2，制备得到微纳马达，其能通过磁性引导和气泡驱动达到难以接近的污染区域进行清洁处理，并且在处理后可通过外部磁场将其回收，避免其造成二次污染。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于基于γ-Fe2O3/MnO2磁导自推进微纳马达的制备方法，包括以下步骤：（1）将木棉纤维浸泡在三氯化铁和二氯化铁的混合溶液中，并在60℃条件下超声处理3h；（2）将步骤（1）处理后的木棉纤维清洗干燥，然后在氮气保护下烧结，得到烧结样品；（3）将烧结样品与高锰酸钾溶液混合并超声分散均匀，再将混合液置于水热反应釜中，在120℃下反应1-5h，然后再经清洗干燥得到基于γ-Fe2O3/MnO2磁导自推进微纳马达。进一步地，步骤（1）中步骤（1）所述的三氯化铁和二氯化铁的混合溶液中三氯化铁与二氯化铁摩尔比为2：1。进一步地，步骤（2）中烧结温度为550℃，烧结时间为30min。进一步地，步骤（3）中烧结样品与KMnO4的质量比为4.5:11.06。进一步地，步骤（3）中清洗方式为离心清洗。进一步地，步骤（3）中干燥温度为60℃，干燥时间为48-72h。由上述方法制得的基于γ-Fe2O3/MnO2磁导自推进微纳马达，其具有优良的吸附性能和循环使用性能，在环保领域有潜在的应用价值。与现有技术相比，本专利技术的主要优点：本专利技术制备的原料普通易得，成本低廉，制备过程简单，绿色环保。在制备合成过程中，先将四氧化三铁均匀的分布在木棉纤维的碳管上，在高锰酸钾作用下得到γ-Fe2O3，同时负载二氧化锰纳米片，其中二氧化锰纳米片是高锰酸钾与碳管之间反应碳反应后产物，从而得到基于γ-Fe2O3/MnO2磁导自推进微纳马达，其具有优良的吸附性能和循环使用性能，在环保领域有潜在的应用价值。说明书附图图1为烧结样品中木棉纤维负载Fe3O4的SEM图；图2为实施例1制得的微纳马达的SEM图；图3为实施例1制得的微纳马达的XRD图；图4为实施例1制得的微纳马达的Raman图；图5为实施例1制得的微纳马达的TGA图；图6为实施例1制得的微纳马达的驱动图。具体实施方式为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，以下实例将对本专利技术做进一步说明，但并非用以限制本专利技术的范围。实施例1将0.03mol的三氯化铁和0.015mol的二氯化铁溶解在50mL去离子水中，放入木棉纤维60℃加热超声3h，取出木棉用去离子水清洗2-3遍，放入冷冻干燥箱干燥。后将干燥的样品在氮气保护下烧结，以10℃/min升温到550℃保温30min，降至室温取出样品。烧结后的样品取4.5mg放在25mL去离子水超声使得烧结后样品分散在溶液中，后加入11.06mg的高锰酸钾搅拌溶解，转移至50ml聚四氟乙烯水热反应釜中，在120℃下反应2h，待反应完成后冷却至室温。将产物用高速离心机在3000rpm的转速下离心5min，用去离子水清洗，60℃下48h，得到基于γ-Fe2O3/MnO2磁导自推进的微纳马达。实施例2通过配置H2O2溶液放入γ-Fe2O3/MnO2的微纳马达，放在光学显微镜进行拍摄，外加磁场进行控制微纳马达的运动方向。对上述实施例1所得γ-Fe2O3/MnO2微纳马达采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、热重分析（TGA）、拉曼光谱（Raman）仪器对产物进行分析。通过实施例2，进行微纳马达的驱动测试。图1为烧结样品中木棉纤维负载Fe3O4的SEM图，可以看出，碳管表面长着许多Fe3O4颗粒。使其具有磁性。图2为实施例1制得的微纳马达的SEM图。可以看出，碳管外表面和内表面长满了片状的MnO2，中间为碳层。其中由于高锰酸钾，使得Fe3O4氧化成γ-Fe2O3，同样具有磁性。图3为实施例1制得的微纳马达的XRD图。可以看出，MnO2在12.2°、24.7°、36.7°、65.6°分别出现（001）、（002）、（-111）、（-311）的特征衍射峰，证明MnO2存在。在30.1°、37.1°、43.1°、57.0°、62.6°分别出现（220）、（311）、（400）、（511）、（440）的特征衍射峰，证明γ-Fe2O3的存在。图4为实施例1制得的微纳马达的Raman图。可以看出，SP2碳的三个特征带，包括出现在1340cm-1处的D带，在1580-1600cm-1处的G带和在2660cm-1处的2D带。MnO2的特征峰为667cm-1，γ-Fe2O3的特征峰为650cm-1。由于两个特征峰接近，MnO2的特征峰与γ-Fe2O3的特征峰重叠。图5为实施例1制得的微纳马达的TGA图。水热时间为2h的微纳马达，微管中的碳含量为29.7％。通过TGA测量碳起始分解温度为约260℃。图6为实施例1制得的微纳马达的驱动图，在H2O2溶液中MnO2分解产生气泡驱动，在外加磁场控制微纳马达运动方向。虽然以上描述了本专利技术的具体实施方式，但是熟悉本
的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本专利技术的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本专利技术的精神所作的等效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于基于γ‑Fe2O3/ MnO2磁导自推进微纳马达的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：（1）将木棉纤维浸泡在三氯化铁和二氯化铁的混合溶液中，并在60℃条件下超声处理3h；（2）将步骤（1）处理后的木棉纤维清洗干燥，然后在氮气保护下烧结，得到烧结样品；（3）将烧结样品与高锰酸钾溶液混合并超声分散均匀，再将混合液置于水热反应釜中，在120℃下反应1‑5h，然后再经清洗干燥得到基于γ‑Fe2O3/ MnO2磁导自推进微纳马达。

【技术特征摘要】
1.一种基于基于γ-Fe2O3/MnO2磁导自推进微纳马达的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：（1）将木棉纤维浸泡在三氯化铁和二氯化铁的混合溶液中，并在60℃条件下超声处理3h；（2）将步骤（1）处理后的木棉纤维清洗干燥，然后在氮气保护下烧结，得到烧结样品；（3）将烧结样品与高锰酸钾溶液混合并超声分散均匀，再将混合液置于水热反应釜中，在120℃下反应1-5h，然后再经清洗干燥得到基于γ-Fe2O3/MnO2磁导自推进微纳马达。2.根据权利要求1所述的一种基于γ-Fe2O3/MnO2磁导自推进微纳马达的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的三氯化铁和二氯化铁的混合溶液中三氯化铁与二氯化铁摩尔比为2：1。3.根据权利要求1所述的一种基于γ-Fe2O3/MnO2磁导自推进微纳马达的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑婵，吴修凯，戴品强，黄聿娟，陈玲，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：福建,35