双层四氧化三铁@二氧化硅磁性复合纳米颗粒的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种双层四氧化三铁@二氧化硅磁性复合纳米颗粒的制备方法：将四氧化三铁纳米颗粒分散于柠檬酸三钠中，水浴处理，用丙酮和去离子水交替洗涤，真空干燥，得到四氧化三铁颗粒；称取四氧化三铁颗粒，分散于乙醇溶液中，并加入正硅酸乙酯、氨水和水，在均相反应器中反应4h，得到单层包覆的四氧化三铁@二氧化硅复合材料；将四氧化三铁@二氧化硅复合材料分散于乙醇中，加入十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸乙酯、氨水和水，在均相反应器中反应6h，得到双层包覆的四氧化三铁@二氧化硅复合纳米颗粒。本发明专利技术采用改进的Stober法制备双层四氧化三铁@二氧化硅磁性复合纳米颗粒，其颗粒结构致密，单分散性较好。

Preparation of double-layer Fe3O4 @ SiO2 Magnetic Composite Nanoparticles

The invention discloses a preparation method of double-layer Fe3O4 @ silica magnetic composite nanoparticles: dispersing Fe3O4 nanoparticles in trisodium citrate, water bath treatment, alternating washing with acetone and deionized water, vacuum drying to obtain Fe3O4 granules; weighing Fe3O4 granules, dispersing them in ethanol solution, adding TEOS and ammonia water And water, reacting for 4H in a homogeneous reactor, obtained a single-layer coated Fe3O4 @ silica composite; Fe3O4 @ silica composite was dispersed in ethanol, added cetyltrimethylammonium bromide, TEOS, ammonia water and water, reacting for 6h in the opposite reactor, obtained a double-layer coated Fe3O4 @ silica composite nanoparticles. The invention adopts the improved Stober method to prepare double-layer Fe3O4 @ SiO2 Magnetic Composite Nanoparticles, which have dense particle structure and good monodispersity.

【技术实现步骤摘要】
双层四氧化三铁@二氧化硅磁性复合纳米颗粒的制备方法
本专利技术属于环境材料领域，更具体的说，是涉及一种双层四氧化三铁@二氧化硅磁性复合纳米颗粒的制备方法。
技术介绍
近年来，纳米微粒对人们的工农业、医学以及环境领域的进步起到了重要的作用。四氧化三铁纳米颗粒具有超顺磁性，在外加电场作用下可以快速与液体分离，二氧化硅可以屏蔽粒子间的偶极作用，阻止粒子间团聚，并且其具有良好的生物相容性、亲水性以及良好的稳定性。由于四氧化三铁颗粒间的分子力会使颗粒间团聚，柠檬酸三钠能够在四氧化三铁表面接枝，使颗粒具有良好的分散性；外部二氧化硅层的多孔结构和较大的比表面积使其具有良好的吸附性能。利用这些特点，它可以用于环境领域吸附去除污染物，因此如何制备四氧化三铁@二氧化硅纳米颗粒具有十分重要的现实意义。本专利技术采用改进的Stober法制备双层四氧化三铁@二氧化硅磁性复合纳米颗粒，图例和实施例说明了该复合材料单分散性良好，粒径均匀。目前，四氧化三铁@二氧化硅的复合材料的制备已经大量报道。例如专利CN201310631784.3利用反相微乳液法制得四氧化三铁@二氧化硅复合纳米微粒，但是由于废液不易处理，容易污染环境，处理成本较高；专利CN201710875704.7中按照四氧化三铁与正硅酸乙酯质量比为(1.5-4):1的比例，在100-150℃下反应5-15h得到四氧化三铁@二氧化硅复合纳米颗粒，但存在分散性较差、颗粒不均的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提出一种双层四氧化三铁@二氧化硅磁性复合纳米颗粒的制备方法，采用改进的Stober法制备双层四氧化三铁@二氧化硅磁性复合纳米颗粒，其颗粒结构致密，单分散性较好。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术双层四氧化三铁@二氧化硅磁性复合纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将四氧化三铁纳米颗粒分散于柠檬酸三钠中，80℃水浴处理1h，之后用丙酮和去离子水交替洗涤，30℃真空干燥24h，得到处理后的四氧化三铁颗粒；步骤二：称取步骤一中得到的四氧化三铁颗粒，分散于乙醇溶液中，并加入正硅酸乙酯、氨水和水，混合均匀，搅拌条件下在均相反应器中20-80℃条件下反应4h，经过洗涤后得到单层包覆的四氧化三铁@二氧化硅复合材料；步骤三：将步骤二中得到的四氧化三铁@二氧化硅复合材料分散于乙醇中，加入十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸乙酯、氨水和水，混合均匀，搅拌条件下在均相反应器中20-80℃条件下反应6h，经过洗涤后得到双层包覆的四氧化三铁@二氧化硅复合纳米颗粒。步骤一中所述四氧化三铁纳米颗粒粒径为20nm。步骤一中所述柠檬酸三钠浓度为0.1mol/L，体积为200ml，丙酮和去离子水的比例为1:3。步骤二中所述四氧化三铁为0.5g，乙醇为200ml，正硅酸乙酯为0.3-0.7ml，氨水为0.2-0.5ml，水为100ml。步骤三中所述乙醇为200ml，正硅酸乙酯为1.5-2.0ml，氨水为0.3-1.0ml，水为70ml，十六烷基三甲基溴化铵为0.3g。步骤二、步骤三中所述反应均是搅拌条件下在均相反应器中进行，所述搅拌转速均为1200r/min。步骤二、步骤三中所述反应均是在无酸、无碱、无盐、无添加剂条件下进行。所述丙酮体积分数为99.5％，乙醇体积分数为99.8％。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：(1)本专利技术实验条件容易控制，反应装置简单易于实现。(2)本专利技术粒径分布易于控制，纳米微粒粒径均匀。(3)本专利技术粒子分散性良好，复合材料比较稳定，正常条件下不易变性。本专利技术双层四氧化三铁@二氧化硅磁性复合纳米颗粒的制备方法，用柠檬酸三钠预处理四氧化三铁能够使其更好地分散，然后采用改进的Stober法制备双层二氧化硅包覆四氧化三铁复合纳米磁性材料，内部二氧化硅结构致密，起到保护和稳定四氧化三铁纳米颗粒的作用。附图说明图1是本专利技术实施例1步骤三磁性材料四氧化三铁@二氧化硅纳米微粒双层包覆后的XRD图谱；图2是本专利技术使用的未经处理的20nm四氧化三铁纳米颗粒的TEM图片；图3是本专利技术实施例1步骤一预处理后的四氧化三铁纳米粒子的TEM图片；图4是本专利技术实施例1步骤三磁性材料四氧化三铁@二氧化硅纳米微粒双层包覆后的TEM图片。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的说明。提供该实施例是为了更好的理解，绝不是为了限制本专利技术。本专利技术双层四氧化三铁@二氧化硅磁性复合纳米颗粒的制备方法，通过大量的实验探究，获得了结构致密、单分散性良好的双层四氧化三铁@二氧化硅磁性复合纳米颗粒，具体包括以下步骤：步骤一：将四氧化三铁纳米颗粒分散于柠檬酸三钠中，80℃水浴加热处理1h，之后用丙酮和去离子水交替洗涤，30℃真空干燥24h，得到处理后的四氧化三铁颗粒。其中，四氧化三铁纳米颗粒粒径为20nm。所述柠檬酸三钠浓度为0.1mol/L，体积为200ml，丙酮和去离子水的比例为1:3。所述丙酮体积分数为99.5％。步骤二：称取步骤一中得到的四氧化三铁颗粒，超声分散于乙醇溶液中，并加入正硅酸乙酯、氨水和水，混合均匀，搅拌条件下在均相反应器中20-80℃条件下反应4h，经过离子水和乙醇交替清洗数次后得到单层包覆的四氧化三铁@二氧化硅复合材料。其中，所述四氧化三铁为0.5g，乙醇为200ml，正硅酸乙酯为0.3-0.7ml，氨水为0.2-0.5ml，水为100ml。搅拌转速均为1200r/min。乙醇体积分数为99.8％。该步骤反应是在无酸、无碱、无盐、无添加剂条件下进行步骤三：将步骤二中得到的四氧化三铁@二氧化硅复合材料分散于乙醇中，加入十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸乙酯、氨水和水，混合均匀，搅拌条件下在均相反应器中20-80℃条件下反应6h，所得到的产物用乙醇和去离子水清洗数次，在45℃条件下真空干燥24h，得到双层包覆的四氧化三铁@二氧化硅复合纳米颗粒。其中，所述乙醇为200ml，正硅酸乙酯为1.5-2.0ml，氨水为0.3-1.0ml，水为70ml，十六烷基三甲基溴化铵为0.3g。搅拌转速均为1200r/min。乙醇体积分数为99.8％。该步骤反应是在无酸、无碱、无盐、无添加剂条件下进行。实施例1：步骤一：将0.5g20nm球状四氧化三铁分散在200ml0.1mol/l的柠檬酸三钠中，在80℃温度下水浴1h，用丙酮和去离子水交替洗涤，丙酮与去离子水的比例为1:3，并放在真空干燥箱中30℃条件下干燥24h，得到处理后的四氧化三铁颗粒。步骤二：称取步骤一处理好的四氧化三铁颗粒0.5g，分散于200ml乙醇中，超声处理15min。然后加入100ml水和0.2ml氨水，在20℃1200r/min的搅拌条件下，以1ml/min的速度将溶有0.3ml正硅酸乙酯的乙醇溶液25ml加入上述溶液，反应4h，得到单层二氧化硅包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双层四氧化三铁@二氧化硅磁性复合纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：将四氧化三铁纳米颗粒分散于柠檬酸三钠中，80℃水浴处理1h，之后用丙酮和去离子水交替洗涤，30℃真空干燥24h，得到处理后的四氧化三铁颗粒；/n步骤二：称取步骤一中得到的四氧化三铁颗粒，分散于乙醇溶液中，并加入正硅酸乙酯、氨水和水，混合均匀，搅拌条件下在均相反应器中20-80℃条件下反应4h，经过洗涤后得到单层包覆的四氧化三铁@二氧化硅复合材料；/n步骤三：将步骤二中得到的四氧化三铁@二氧化硅复合材料分散于乙醇中，加入十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸乙酯、氨水和水，混合均匀，搅拌条件下在均相反应器中20-80℃条件下反应6h，经过洗涤后得到双层包覆的四氧化三铁@二氧化硅复合纳米颗粒。/n

【技术特征摘要】
1.一种双层四氧化三铁@二氧化硅磁性复合纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将四氧化三铁纳米颗粒分散于柠檬酸三钠中，80℃水浴处理1h，之后用丙酮和去离子水交替洗涤，30℃真空干燥24h，得到处理后的四氧化三铁颗粒；
步骤二：称取步骤一中得到的四氧化三铁颗粒，分散于乙醇溶液中，并加入正硅酸乙酯、氨水和水，混合均匀，搅拌条件下在均相反应器中20-80℃条件下反应4h，经过洗涤后得到单层包覆的四氧化三铁@二氧化硅复合材料；
步骤三：将步骤二中得到的四氧化三铁@二氧化硅复合材料分散于乙醇中，加入十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸乙酯、氨水和水，混合均匀，搅拌条件下在均相反应器中20-80℃条件下反应6h，经过洗涤后得到双层包覆的四氧化三铁@二氧化硅复合纳米颗粒。


2.根据权利要求1所述的双层四氧化三铁@二氧化硅磁性复合纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤一中所述四氧化三铁纳米颗粒粒径为20nm。


3.根据权利要求1所述的双层四氧化三铁@二氧化硅磁性复合纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤一中所述柠檬酸三钠浓度为0.1mol/L，体积为200ml，丙酮和去离子水的比...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵亚君，赵鹏，王紫璇，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12