自形成磁性液体制备方法技术

自形成磁性液体制备方法，包括以下步骤：　　　　第一步：在碱性介质中，共沉淀Ｆｅ↑［３＋］－Ｍ↑［２＋］水溶液混合物，制取铁氧体纳米微粒，其化学反应为：　　　　２Ｆｅ↑［３＋］＋Ｍ↑［２＋］＋８ＯＨ↑［－］→ＭＦｅ↓［２］Ｏ↓［４］＋４Ｈ↓［２］Ｏ　　（１）　　　　第二步：对碱性介质中共沉淀形成的ＭＦｅ↓［２］Ｏ↓［４］纳米微粒进行清洗，洗液为ＨＮＯ↓［３］溶液（≤０．０１Ｍ），清洗多次，直到微粒的零电荷点；　　　　　第三步：磁性液体合成：将零电荷的ＭＦｅ↓［２］Ｏ↓［４］纳米微粒与适当酸性水溶液混合，生成磁性液体，铁氧体在酸性介质中发生如下化学反应：　　　　ＭＦｅ↓［２］Ｏ↓［４］＋８Ｈ↑［＋］→Ｍ↑［２＋］＋２Ｆｅ↑［３＋］＋４Ｈ↓［２］Ｏ　　（２）　　　　其中，Ｈ↑［＋］和ＭＦｅ↓［２］Ｏ↓［４］的比例小于８∶１，铁氧体发生表层的溶解，Ｍ↑［２＋］和Ｆｅ↑［３＋］离子通过Ｖａｎｄｅｒ　Ｗａａｌｓ键吸附在ＭＦｅ↓［２］Ｏ↓［４］微粒未溶解部分的外部，使ＭＦｅ↓［２］Ｏ↓［４］纳米微粒表面离子化，由Ｍ↑［２＋］和Ｆｅ↑［３＋］的电荷在微粒间产生的静电排斥力可阻止微粒间的团聚而形成稳定的磁性液体。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料
，具体涉及一种基于铁氧体MFe2O4(M＝Mn，Fe，Co，Ni，Zn，Cu)微粒表面自身离子化，从而形成离子型磁性液体的制备方法。
技术介绍
磁性液体是单畴磁性纳米微粒分散在基液中的胶体悬浮液。这种液态材料具有物理性质在外磁场影响下可调的特性，作为新型的功能材料已在工程
获得应用。通常，磁性液体中的悬浮的磁性纳米微粒包裹了一层表面活性剂，以防止微粒的团聚。这种磁性液体被称之为“表面处理磁性液体”。在1980年，法国人Massart提出了一种非表面处理的水基磁性液体的制备方法。这种磁性液体是使磁性纳米微粒表面吸附H+或OH-，通过静电排斥力防止微粒的团聚。这种磁性液体被称作为“离子型磁性液体”或“电偶层磁性液体”。这两类磁性液体的制备都需在制得磁性纳米微粒后，必须对微粒进行特殊的处理-包裹表面活性剂或形成惰性表层，才能合成磁性液体。其制备过程都较为复杂，废弃物中的酸或碱有害成分浓度较高，量较大，成本较高。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于铁氧体MFe2O4(M＝Mn，Fe，Co，Ni，Zn，Cu)微粒表面自身离子化来形成离子型磁性液体的制备方法，具有独特的形成机理，制备过程简单，易于操作。本专利技术的制备方法具有如下步骤 第一步在碱性介质中，共沉淀Fe3+-M2+水溶液混合物，(加入少量的酸，以防止金属离子水解反应)制取铁氧体纳米微粒。其化学反应为(1)M＝Mn，Fe，Co，Ni，Zn，Cu，此反应在室温下不会发生，反应物必须加热至沸点。第二步对碱性介质中共沉淀形成的MFe2O4纳米微粒进行清洗。洗液为极稀的HNO3溶液(≤0.01M)。清洗多次，直到微粒的零电荷点。第三步磁性液体合成。将零电荷的MFe2O4纳米微粒与适当酸性水溶液混合，生成磁性液体。铁氧体在酸性介质中会发生如下化学反应(2)从(2)式可知，如果H+和MFe2O4的比例小于8∶1，则铁氧体只可能部分溶解，即仅仅发生铁氧体表层的溶解。M2+和Fe3+离子会通过Vander Waals键吸附在MFe2O4微粒未溶解部分的外部。这类似于使MFe2O4纳米微粒表面离子化。在合适的的情况下，由M2+和Fe3+的电荷在微粒间产生的静电排斥力可阻止微粒间的团聚而形成稳定的磁性液体。这种磁性液体是依靠MFe2O4纳米微粒自身的表面离子化来克服微粒团聚的，因此称之为“自形成磁性液体”。合成时基液的酸浓度的选择必须合适。酸浓度选择为C=QΦv1-Φv×103]]>(摩尔/升)(3)式中φv为磁性液体中微粒的体积分数 Q为H+与磁性液体中金属原子(Fe，M)的摩尔比 Q=[H+][Fe+M]---(5)]]>从Q值定义可知Q值反映了MFe2O4微粒的酸蚀程度。Q值可通过实验确定，一般约为10-3左右。部分金属离子会发生水解反应 (6)因此自形成磁性液体呈酸性。本专利技术的优点是磁性纳米微粒的制备采取成熟的共沉淀法制备铁氧体(MFe2O4，M＝Mn，Fe，Co等)纳米微粒技术。磁性纳米微粒的制取至磁性液体的最终合成不需要对铁氧体纳米微粒进行特殊的表面处理中间过程，因此制备方法简单，重复性好，成本低廉，废弃物少，有害成分浓度较低。具体实施例方式下面结合自形成磁性液体的制备实例对本专利技术做进一步说明实例1MnFe2O4自形成磁性液体第一步MnFe2O4纳米微粒的制备(I)配液溶液1用FeCl3·6H2O配置1M浓度的FeCl3水溶液。溶液2用MnCl2·4H2O配置2M浓度的MnCl2水溶液。并按每升MnCl2水溶液加5MHCl的比例加入适量的HCl，以防止合成时金属水解。溶液3用30％(w/v)的CH3NH2配置0.7M浓度的CH3NH2水溶液。(II)混合根据(1)式，按Fe3+与Mn2+的摩尔比为2∶1的比例选取一定体积的溶液1和溶液2。将溶液1倒入溶液2中，得到溶液2′。按溶液2′与溶液3的体积比为1∶10的比例选取一定体积的溶液3。搅拌条件下将溶液2′快速倒入溶液3中，得到溶液3′。(III)反应将溶液3′在搅拌条件下加热至沸腾，保持沸腾1分钟。随后停止加热及搅拌，自然冷却至室温。冷却过程中逐渐出现黑色MnFe2O4纳米微粒沉淀。1小时后共沉淀反应完成上部为清液，下部为黑色沉淀物。第二步磁性纳米微粒清洗倒掉反应产物上部的清液，保留沉淀物。加入5倍于沉淀物的酸性洗液中，搅动0.5分钟。离心分离后倒掉上部清液。如此反复多次，直至离心后的上部清液的pH值为8左右。第三步磁性液体合成(I)基液的配置根据所需制备的磁性液体的φv值，由(3)式配置适当浓度的HNO3水溶液。(II)合成将HNO3水溶液与清洗后的微粒混合后，充分搅拌1小时。静置24小时。于是可得到稳定的MnFe2O4自形成磁性液体。实例2Fe3O4自形成磁性液体制备第一步Fe3O4纳米微粒的制备(I)配液溶液1用FeCl3·6H2O配置1M浓度的FeCl3水溶液。溶液2用FeCl2·4H2O配置2M浓度的FeCl2水溶液，并按每升FeCl2水溶液加2.5MHCl的比例加入适量的HCl。溶液3用NaOH配置0.7M浓度的NaOH水溶液。(II)混合按Fe3+与Fe2+的摩尔比为1∶2的比例选取一定体积的溶液1和溶液2。将溶液1倒入溶液2中，得到溶液2′。(注按照(1)式，Fe3+与Fe2+的摩尔比应为2∶1。但Fe2+易氧化为Fe3+，所以只能增加Fe2+的加入量才能得到满意的结果)按溶液2′与溶液3的体积比为1∶12.5的比例选取一定体积的溶液3，将溶液2′快速倒入溶液3中，得到溶液3′。(III)反应将溶液3′在搅拌条件下加温至70℃，保温1分钟，然后停止加热及搅拌，自然冷却至室温。冷却过程中逐渐出现黑色Fe3O4纳米微粒沉淀。1小时后共沉淀反应完成上部为清液，下部为黑色沉淀物。第二步磁性纳米微粒清洗与MnFe2O4自形成磁性液体制备相同，略第三步磁性液体合成与MnFe2O4自形成磁性液体制备相同，略实例3CoFe2O4自形成磁性液体制备第一步CoFe2O4纳米微粒的制备(I)配液溶液1用FeCl3·6H2O配置1M浓度的FeCl3水溶液。溶液2用Co(NO3)2·H2O配置2M浓度的Co(NO3)2水溶液，并按每升Co(NO3)2水溶液加5MHCl的比例加入适量的HCl。溶液3用NaOH配置0.7M浓度的NaOH水溶液。(II)混合根据(1)式，按Fe3+与Co2+的摩尔比应为2∶1的比例选取一定体积的溶液1和溶液2。将溶液1倒入溶液2中，得到溶液2′。按溶液2′与溶液3的体积比为1∶11的比例选取一定体积的溶液3，在搅拌条件下将溶液2′快速倒入溶液3中，得到溶液3′。(III)反应将溶液3′在搅拌条件下加热至沸腾，保持沸腾1分钟，然后停止加热及搅拌，自然冷却至室温。冷却过程中逐渐出现黑色CoFe2O4纳米微粒沉淀。1小时后共沉淀反应完成上部为清液，下部为黑色沉淀物。第二步磁性纳米微粒清洗与MnFe2O4自形成磁性液体制备相同，略第三步磁性液体合成与MnFe2O4自形成磁性液体制备相同，略本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.自形成磁性液体制备方法，包括以下步骤第一步在碱性介质中，共沉淀Fe3+-M2+水溶液混合物，制取铁氧体纳米微粒，其化学反应为2Fe3++M2++8OH-→MFe2O4+4H2O (1)第二步对碱性介质中共沉淀形成的MFe2O4纳米微粒进行清洗，洗液为HNO3溶液(≤0.01M)，清洗多次，直到微粒的零电荷点；第三步磁性液体合成将零电荷的MFe2O4纳米微粒与适当酸性水溶液混合，生成磁性液体，铁氧体在酸性介质中发生如下化学反应MFe2O4+8H+→M2++2Fe3++4H2O (2)其中，H+和MFe2O4的比例小于8∶1，铁氧体发生表层的溶解，M...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建，戴大临，
申请(专利权)人：西南师范大学，
类型：发明
国别省市：