一种粒径可控Fe3O4纳米粉的制备方法及其在油水分离中的应用技术

一种粒径可控Fe3O4纳米粉的制备方法及其在油水分离中的应用，属于无机纳米粉体材料制备以及油水分离技术领域。将FeCl3.6H2O和甘露醇溶于去离子水中超声使其完全溶解，再用NaOH溶液调节溶液的pH值，最后将调配好的溶液转入反应釜中，经水热合成反应得到Fe3O4纳米粉。将Fe3O4纳米粉体加入到油‑水体系中并进行超声分散处理，通过静置或磁分离，将融入油相的Fe3O4快速地从水相中分离出来。本发明专利技术以氯化铁为铁源，甘露醇为还原剂，采用水热法制备，通过控制反应体系的pH大小可以对Fe3O4纳米粉体的粒径和表面特性进行有效控制。制备出的Fe3O4纳米粉体具有优异的亲油特性，可用于油水分离领域。

Preparation method of controllable size Fe3O4 nanometer powder and application thereof in oil-water separation

The invention relates to a preparation method of a particle size controllable Fe3O4 nanometer powder and its application in oil-water separation, belonging to the field of inorganic nanometer powder material preparation and oil-water separation technology. FeCl3.6H2O ultrasound and mannitol dissolved in deionized water to dissolve it completely, use NaOH solution to adjust the pH value of the solution, the final solution will be prepared into a reaction kettle, Fe3O4 nanometer powder by hydrothermal synthesis reaction. Fe3O4 nano powder is added into the oil water system and ultrasonic treatment, or by the static magnetic separation, Fe3O4 will be integrated into the oil phase quickly separated from the water phase. The present invention uses ferric chloride as iron source, mannitol as reducing agent, and uses hydrothermal method to control particle size and surface characteristics of Fe3O4 nano powder by controlling the size of reaction system pH. The prepared Fe3O4 nanoparticles have excellent lipophilic properties and can be used in oil and water separation fields.

【技术实现步骤摘要】
一种粒径可控Fe3O4纳米粉的制备方法及其在油水分离中的应用
本专利技术涉及一种粒径可控Fe3O4纳米粉的制备方法及其在油水分离中的应用，属于无机纳米粉体材料制备以及油水分离

技术介绍
四氧化三铁纳米材料(Fe3O4NMs)具有廉价以及良好的磁学性能，在磁流体发电、靶向治疗、负载催化剂回收以及污水处理等方面应用广泛。国内外研究者在Fe3O4纳米粉体的制备、形态控制及其实际应用等方面研究较多。水热法是获得Fe3O4纳米粉体一种重要方法，该法得到的Fe3O4颗粒的形状一般规则。同时，水热法所需反应设备较简单。因此，水热法在制备Fe3O4纳米粉体方面应用广泛。水热法制备Fe3O4纳米材料通常是以FeCl3.6H2O为铁源，采用诸如乙二醇、冬氨酸、维生素C、柠檬酸钠和水合肼等还原剂，在反应釜中进行的。然而，由于所采用的还原剂的种类不同，最终所得到的Fe3O4纳米粉体的形态和性能的差异也很大。例如，使用乙二醇和柠檬酸钠时，一般多数得到是Fe3O4微球，其直径约为200～800nm。此外，Fe3+和还原剂通常需要在中性或碱性体系中才能生成Fe3O4物相。因此，各种制备方法均无法做到粒径可控。另外，针对Fe3O4纳米材料在油水分离中的应用，目前未见相关文献报道。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中所存在的不足之处，提供一种制备原理新颖、操作简单、成本低廉、性能可控、可以批量生产的粒径可控Fe3O4纳米粉的制备方法及其在油水分离中的应用。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种粒径可控Fe3O4纳米粉的制备方法，包括如下步骤：1)、将0.3～0.4g的FeCl3.6H2O和0.1～1g的甘露醇溶于60mL去离子水中超声使其完全溶解；2)、用NaOH溶液调节溶液的pH值，使其达到3～11；3)、将调配好的溶液转入反应釜中，在180℃下经水热合成反应24h后取出产物，经过后处理得到Fe3O4纳米粉。作为本专利技术的粒径可控Fe3O4纳米粉的制备方法的优选技术方案，制备方法中，步骤2)中所述NaOH溶液的浓度为0.4～1mol/L，制备的Fe3O4纳米粉的粒度为5～60nm，颜色为黑色。一种Fe3O4纳米粉在油水分离中的应用，将Fe3O4纳米粉体加入到油-水体系中并进行超声分散处理，通过静置或磁分离，将融入油相的Fe3O4快速地从水相中分离出来。优选地，油相与水相的体积比为0.1～10：1，油-水体系中Fe3O4纳米粉的使用量为15～25g/L。本专利技术以FeCl3.6H2O为铁源，甘露醇为还原剂，采用水热法制备，通过控制反应体系的pH大小可以对Fe3O4纳米粉体的粒径和表面特性进行有效控制，从而使得Fe3O4纳米粉体的性能得以提高。同时发现制备出的Fe3O4纳米粉体具有优异的亲油特性，可用于油水分离领域。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)、本专利技术首次通过调控氯化铁-甘露醇水溶液的pH大小，得到了粒径不同的系列Fe3O4纳米粉体，为Fe3O4纳米材料的合成提供了一种新的途径。2)、本专利技术制备的Fe3O4纳米粉体具有优异的亲油性和良好的磁学性能，产量较大，成本低，无需进行二次改性即可应用于油污分离以及重金属吸附去除等领域。3)、本专利技术在制备过程中所需原材料和设备都较少，操作工艺简单，因此，生产成本和环保情况都比较理想。附图说明图1为实施例1～4制备产物的XRD图；图2a～d依次为实施例1～4制备产物的FE-SEM图；图3为实施例1～4制备产物的VSM曲线；图4为采用Fe3O4纳米粉进行油水分离的宏观演示图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术方法所得产物的结构、形貌和磁性能进行表征，分别选用X射线粉末衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和振动磁强计(VSM)，采用模拟油水体系进行产物的亲油性能分析和表征。实施例1溶液pH为3时制备Fe3O4纳米粉，具体步骤如下：1)、将0.35g的FeCl3.6H2O和0.5g的甘露醇溶于60mL去离子水中超声使其完全溶解。2)、用0.7mol/L的NaOH溶液调节溶液的pH值，使其达到3。3)、将调配好的溶液转入反应釜中，在180℃下经水热合成反应24h后取出产物，经过后处理得到黑色的Fe3O4纳米粉。实施例2溶液pH为5时制备Fe3O4纳米粉，具体步骤同实施例1，不同的是采用NaOH溶液调节溶液的pH为5。实施例3溶液pH为7时制备Fe3O4纳米粉，具体步骤同实施例1，不同的是采用NaOH溶液调节溶液的pH为7。实施例4溶液pH为11时制备Fe3O4纳米粉，具体步骤同实施例1，不同的是采用NaOH溶液调节溶液的pH为11。采用X衍射仪、扫描电子显微镜和磁强振动计分别对上述实施例得到的产物的结构、形态和室温磁性能进行了初步表征。图1为实施例1～4制备产物的XRD图，通过与标准的Fe3O4谱图(PDF#：19-0629)相比后可知，在该实验条件下所得的产物的相均为立方结构的Fe3O4物相，以其中的(311)晶面衍射峰为例，可以看出，随着pH值从小变到大，(311)晶面衍射峰半高宽(B)是在逐渐增大的，依据谢乐公式(D＝Kλ/Bcosθ，K为Scherrer常数，D为晶粒尺寸，B为衍射峰半高宽，θ为衍射角，λ为X射线波长)可知，在其它参数都一定的情况下，产物的粒径(D)在逐渐减小，粒径范围基本保持在5～60nm。图2a～d依次为实施例1～4制备产物的FE-SEM图，由该图2可知，随着pH值得逐渐增大，获得的Fe3O4粒径逐渐减小，这与上述XRD的结果是相一致的。通过图2中的系列插图可以初步判断，随着pH值逐渐增加，产物粒径在逐渐减少，在给定的相同的时间内(10分钟)，产物从水中被磁分离出来的难易程度在逐渐增加，这初步说明，产物的磁性能随pH值增加也在逐渐减弱。但是，需要指出的是，当强度一定的外磁场施加时间足够长后(如24h)，所有产物都能将从水中被分离出来。图3为实施例1～4制备产物的室温磁滞回线(VSM)，对图3中各曲线进行比较分析后可以得出，随着pH值逐渐增加，获得的产物的饱和磁化强度(Ms)和矫顽力(Hc)的值均在逐渐减小。由此表明：产物也将由亚铁磁性向超顺磁性转变，即产物表现出了超顺磁特征。实施例5溶液pH为4时制备Fe3O4纳米粉，具体步骤如下：1)、将0.3g的FeCl3.6H2O和1g的甘露醇溶于60mL去离子水中超声使其完全溶解。2)、用0.4mol/L的NaOH溶液调节溶液的pH值，使其达到4。3)、将调配好的溶液转入反应釜中，在180℃下经水热合成反应24h后取出产物，经过后处理得到黑色的Fe3O4纳米粉。实施例6溶液pH为9时制备Fe3O4纳米粉，具体步骤如下：1)、将0.4g的FeCl3.6H2O和0.1g的甘露醇溶于60mL去离子水中超声使其完全溶解。2)、用1mol/L的NaOH溶液调节溶液的pH值，使其达到9。3)、将调配好的溶液转入反应釜中，在180℃下经水热合成反应24h后取出产物，经过后处理得到黑色的Fe3O4纳米粉。实施例7Fe3O4纳米粉体的亲油性演示：(1)、将0.2g的Fe3O4纳米粉体加入到配制好的10mL的油-水体系(两者比例为1：9)中，通过超声分散处理，使Fe3O4纳米粉体在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粒径可控Fe3O4纳米粉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)、将0.3～0.4g的FeCl3.6H2O和0.1～1g的甘露醇溶于60mL去离子水中超声使其完全溶解；2)、用NaOH溶液调节溶液的pH值，使其达到3～11；3)、将调配好的溶液转入反应釜中，在180℃下经水热合成反应24h后取出产物，经过后处理得到Fe3O4纳米粉。

【技术特征摘要】
1.一种粒径可控Fe3O4纳米粉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)、将0.3～0.4g的FeCl3.6H2O和0.1～1g的甘露醇溶于60mL去离子水中超声使其完全溶解；2)、用NaOH溶液调节溶液的pH值，使其达到3～11；3)、将调配好的溶液转入反应釜中，在180℃下经水热合成反应24h后取出产物，经过后处理得到Fe3O4纳米粉。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述NaOH溶液的浓度为0.4～1mol/...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩成良，张蔓茹，常洁，行少东，谢劲松，
申请(专利权)人：合肥学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34