一种包覆型纳米磁颗粒的连续流动合成方法技术

一种包覆型纳米磁颗粒的连续流动合成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、搭建连续反应装置，连续反应装置包括：装置包括：铁盐储罐V1101、碱液储罐V1102、用于裸磁颗粒制备的反应釜R1101、酸储罐V1103、硅酸钠储罐V1104、修饰反应釜R1102和磁颗粒悬浊液储罐V1105；本发明专利技术在常温条件下制备出了包覆型纳米磁颗粒，极大降低了纳米磁颗粒制备成本。并且利用流动合成方法能够实现纳米磁颗粒的稳定、可重复、宏量制备，且制备的纳米磁颗粒具有良好的尺寸均一性和结晶度。良好的尺寸均一性和结晶度。良好的尺寸均一性和结晶度。

【技术实现步骤摘要】
一种包覆型纳米磁颗粒的连续流动合成方法


[0001]本专利技术是一种包覆型纳米磁颗粒的连续流动合成方法，属于功能磁颗粒的制备领域，具体是一种包覆型纳米磁颗粒的连续流动合成方法。

技术介绍

[0002]纳米磁颗粒在现代科学的众多领域如生物医药、磁流体、催化作用、核磁共振成像、数据储存和环境保护等得到越来越广泛的应用。纳米磁颗粒一般由铁、钴、镍等金属氧化物组成的磁性内核及包裹在磁性内核外的高分子聚合物、硅、羟基磷灰石等壳层组成。最常见的核层由具有超顺磁或铁磁性质的Fe3O4或γ
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Fe2O3制成，具有磁导向性(靶向性)，在外加磁场作用下，可实现定向移动，方便定位和与介质分离。纳米磁颗粒内核的表面包覆和修饰不仅能增强其稳定性，还能提高其在水溶液中的稳定性、分散性和生物相容性，以及进一步复合其它纳米粒子、化合物或生物配体，实现纳米磁颗粒的功能化。纳米磁颗粒表面包覆氧化硅技术是磁颗粒制备过程中的改性方法之一，有利于颗粒的分散，提高磁性材料的耐候性、耐酸性和耐磨性。
[0003]在纳米磁颗粒内核表面包覆氧化硅的常用方法是溶胶凝胶法。其中溶胶凝胶法需要用到有机溶剂和有机硅烷，制备成本较高。以硅酸钠为硅源在纳米磁颗粒内核表面包覆氧化硅的方法虽有报道(过程工程学报，2002，2(4)319
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324；专利201410608653.8；专利202011456805.9)，但是所报道的方法首先采用高温(60
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90℃)共沉淀法制备得到四氧化三铁纳米磁颗粒内核，利用磁铁分离进行洗涤回收，将产物超声分散在硅酸钠溶液中，然后在高温(40
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100℃)搅拌条件下，向溶液中加入酸，使反应体系的pH值由碱性调至中性。通过磁铁分离出产物，得到表面包覆有二氧化硅的磁颗粒。但是该方法的缺点是需要高温条件，导致制备成本偏高，不适用于磁颗粒的大规模制备。
[0004]与现有间歇合成不同，所谓连续流动合成是向反应器内少量的持续供给原料来诱导合成反应的方式。连续流动合成过程能够使各种物料在管道中进行混合，管道混合器的使用使物料的混合效率更高，化学反应更快，反应所需时间明显缩短。连续流动合成方法由于具有优秀的混合效率，相比于基本的间歇合成方法，大幅减少反应时间，并能够以高效率、高质量合成材料。专利(202010462822.7)公开了一种用于氧化铁纳米颗粒内核连续制备的流体方法，但并未提供磁颗粒的包覆方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种包覆型纳米磁颗粒的连续流动合成方法，以克服现有技术的缺陷。
[0006]一种包覆型纳米磁颗粒的连续流动合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]步骤一、搭建连续反应装置，连续反应装置包括：铁盐储罐V1101、碱液储罐V1102、用于裸磁颗粒制备的反应釜R1101、酸储罐V1103、硅酸钠储罐V1104、修饰反应釜R1102和磁颗粒悬浊液储罐V1105；
[0008]铁盐储罐V1101连接的铁盐进样通道上设有抽样泵P1101和进料控制阀FV
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101；碱液储罐V1102连接的碱液进样通道上设有抽样泵P1102和进料控制阀FV
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102；进料控制阀FV
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101和进料控制阀FV
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102都通过通道通入反应釜R1101中；
[0009]酸储罐V1103连接的酸进样通道上设有抽样泵P1105和进料控制阀FV
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105；硅酸钠储罐V1104连接的硅酸钠进样通道上设有抽样泵P1104和进料控制阀FV
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104；进料控制阀FV
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105和进料控制阀FV
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105都通过通道通入反应釜R1102；
[0010]反应釜R1101有通道经过控制阀FV
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103和抽样泵P1103连接反应釜R1102；反应釜R1102经过控制阀FV
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106和抽样泵P1106通过通道连接磁颗粒悬浊液储罐V1105；
[0011]步骤二、利用连续反应装置进行连续反应：首先将铁盐溶液装入铁盐储罐V1101中，将碱溶液装入碱液储罐V1102中，通过管道混合器混合后泵入反应釜R1101制备Fe3O4的纳米颗粒，铁盐溶液与碱溶液在反应釜R1101内混合后的pH控制在7.5～13.5，优先，pH控制在9.5～12，平均停留时间为5min
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2h；
[0012]步骤三、将步骤二得到的Fe3O4纳米颗粒依次与硅酸钠溶液和酸溶液通过管道混合器混合后，泵入反应釜R1102，制备成Fe3O4@SiO2纳米颗粒；Fe3O4纳米磁颗粒、硅酸钠溶液和酸溶液在反应釜R1102内混合后的pH控制在0.5～4，优先，pH控制在1.5～3.5，平均停留时间为10min
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4h。
[0013]在反应釜R1101和修饰反应釜R1102内都设有pH计用于对反应的pH进行监测，pH计与自动控制系统相连接，自动控制系统根据设定的pH值自动调控酸和碱液的进样流速。整个反应过程在常温常压下完成，无需惰性气体保护。
[0014]步骤二和步骤三所述的酸选自盐酸、硫酸、硝酸、磷酸或乙酸中的一种。
[0015]所述的碱溶液为氢氧化钠溶液和氨水中的一种。
[0016]所述的铁盐溶液为摩尔比2：1的三价铁盐和二价铁盐的混合溶液；
[0017]所制备得到的Fe3O4纳米颗粒不须经过磁分离洗涤过程，直接进入Fe3O4@SiO2纳米颗粒的制备过程。
[0018]本专利技术的技术优势
[0019]现有技术合成纳米磁颗粒的方法一般都需要高温条件，导致制备成本偏高，不适用于磁颗粒的大规模制备。本专利技术在常温条件下制备出了包覆型纳米磁颗粒，极大降低了纳米磁颗粒制备成本。并且利用流动合成方法能够实现纳米磁颗粒的稳定、可重复、宏量制备，且制备的纳米磁颗粒具有良好的尺寸均一性和结晶度。
[0020]本方案区别于依赖高温条件的传统技术方案，有利于降低纳米磁颗粒的制备成本。利用流动合成方法能够实现纳米磁颗粒的稳定、可重复、宏量制备，且制备的纳米磁颗粒尺寸均一性好。
附图说明
[0021]图1、本专利技术之反应装置的示意图；
[0022]图2、本专利技术实施例2制备的Fe3O4和Fe3O4@SiO2纳米颗粒的红外测试结果图；
[0023]图3、本专利技术实施例3所制备得到的Fe3O4@SiO2纳米颗粒的透射电镜图。
具体实施方式
[0024]一种包覆型纳米磁颗粒的连续流动合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0025]步骤一：按照附图1搭建连续反应装置，装置包括：铁盐储罐，碱液储罐，1号反应釜，硅酸钠储罐，酸储罐，2号反应釜，磁颗粒悬浊液储罐。进样通道上设有抽样泵和进料控制阀，多个进样通道的出口与反应器之间还连通有管道混合器，以将各种通道流出的试剂进行混合。反应釜内设有pH计用于对反应的pH进行监本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包覆型纳米磁颗粒的连续流动合成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、搭建连续反应装置，连续反应装置包括：铁盐储罐V1101、碱液储罐V1102、用于裸磁颗粒制备的反应釜R1101、酸储罐V1103、硅酸钠储罐V1104、修饰反应釜R1102和磁颗粒悬浊液储罐V1105；铁盐储罐V1101连接的铁盐进样通道上设有抽样泵P1101和进料控制阀FV
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101；碱液储罐V1102连接的碱液进样通道上设有抽样泵P1102和进料控制阀FV
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102；进料控制阀FV
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101和进料控制阀FV
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102都通过通道通入反应釜R1101中；酸储罐V1103连接的酸进样通道上设有抽样泵P1105和进料控制阀FV
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105；硅酸钠储罐V1104连接的硅酸钠进样通道上设有抽样泵P1104和进料控制阀FV
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104；进料控制阀FV
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105和进料控制阀FV
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105都通过通道通入反应釜R1102；反应釜R1101有通道经过控制阀FV
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103和抽样泵P1103连接反应釜R1102；反应釜R1102经过控制阀FV
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106和抽样泵P1106通过通道连接磁颗粒悬浊液储罐V1105；步骤二、利用连续反应装置进行连续反应：首先将铁盐溶液装入铁盐储罐V1101中，将碱溶液装入碱液储罐V1102中，通过管道混合器混合后泵入反应釜R1101制备Fe3O4的纳米颗粒，铁盐溶液与碱溶液在反应釜R1101内混合后的pH控制在7.5～13.5，优先，pH控制在9.5～12，平均停留时间为5min
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2h；步骤三、将步骤二得到的Fe3O4纳米颗粒依次与硅酸钠溶液和酸溶液通过管道混合器混合后，泵入反应釜R1102，制备成Fe3O4@SiO...

【专利技术属性】
技术研发人员：张跃，王晓乐，
申请(专利权)人：北京新风航天装备有限公司，
类型：发明
国别省市：