本发明专利技术涉及一种超临界法制备纳米Ｆｅ↓［３］Ｏ↓［４］／ＳｉＯ↓［２］复合气凝胶颗粒的方法，其特征在于：首先利用溶胶－凝胶法制备Ｆｅ↓［３］Ｏ↓［４］晶体的前躯体－Ｆｅ（ＯＨ）↓［２］与Ｆｅ（ＯＨ）↓［３］，再将其加入到ＳｉＯ↓［２］气凝胶的前躯体中，超声数分钟，高速搅拌，加入一定的碱性溶液使其凝胶，得到复合湿凝胶体系，利用超临界干燥法干燥制备出纳米磁性Ｆｅ↓［３］Ｏ↓［４］／ＳｉＯ↓［２］复合气凝胶材料，从而制得分散稳定、无明显团聚、分布均匀的纳米磁性Ｆｅ↓［３］Ｏ↓［４］／ＳｉＯ↓［２］复合气凝胶材料，最后对复合气凝胶材料进行球磨得到纳米磁性Ｆｅ↓［３］Ｏ↓［４］／ＳｉＯ↓［２］复合气凝胶颗粒。该制备方法工艺简单可行、制备过程易控、制备的纳米磁性Ｆｅ↓［３］Ｏ↓［４］／ＳｉＯ↓［２］复合材料质量稳定。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及制备纳米Fe304/Si02复合气凝胶颗粒的方法，尤其一种超临界法制备纳米Fe304/Si02复合气凝胶颗粒的方法。
技术介绍
纳米Fe304在磁、催化、生物等方面具有优异性能。纳米Fe304由于粒径小、比表面积大、磁性强、具有表面效应、磁效应等，又因其化学稳定性好、原料易得、价格低廉，所以纳米Fe304在颜料、磁流体、磁性微球、磁记录、催化、电子、金融、通讯、涂料、油墨、医药、显影剂、感光材料和微波吸收材料等领域f到了广泛的应用。Si02气凝胶是一种新型的结构可控的孔状材料，其具有很大比表面积(最高达1000g/m2)、高的孔隙率(最高可达90%以上)、低密度(最低达0.02g/cm3 )、低的折射率、强吸附性、典型的分形结构多种独特的性质，已经多个研究领域得到了广泛的应用。纳米磁性Fe304/Si02复合气凝胶材料结合了上述两种材料的优点，具有比表面积大、磁性强、具有表面吸附效应和特殊的光学、磁学和电学性质，所以纳米Fe304/Si02复合气凝胶材料在光电转换、气敏材料、透明材料和透明磁体、颜料、磁流体、磁性微球、磁记录、环境吸附保护、电子、通讯、涂料、肿瘤靶向治疗、感光材料和微波吸收材料等领域都具有广泛的应用前景。目前纳米磁性Fe304/Si02复合气凝胶材料的制备思路有两种， 一是在Fe304表面复合一层Si02薄膜制得复合微球；二是将纳米Fe304分散到Si02体系中制得Fe304/Si02复合体系。但是制备的Fe304/Si02复合体系由于Si02体系简单包覆纳米Fe304颗粒，Fe304表面的羟基与Si02复合的能力未完全表现出来，使得颗粒包覆效果不佳，Si02容易脱落，使得在应用上受到很大限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了针对以往制备的纳米Fe304/Si02复合气凝胶颗粒在应用过程中Si02易脱落和Fe304纳米颗粒分布不均的问题，而提供了一种超临界法制备纳米FesOVSi02复合气凝胶颗粒的方法，该方法工艺简单、制备球程易控、制备的纳米粒子颗粒均匀'磁4性强。本专利技术的技术方案为 一种超临界法制备纳米Fe304/Si02复合气凝胶颗粒的方法，其具体步骤如下A、 制备Fe(OH)2与Fe(OH)3的混合胶体按总铁浓度为0.1 0.5mol/L配制Fe"和Fe"溶液，其中Fe"与Fe"的摩尔比为1: 10 10: 1，搅拌使其溶解，并向溶液中加入碱性溶液，快速搅拌，洗涤，超声破碎，得到Fe(OH)2与Fe(OH)3的混合胶体；B、 配制Si02气凝胶前躯体溶液在正硅酸四乙酯或硅酸可溶性盐的乙醇溶液中加入酸溶液和蒸馏水，调节pH值至6.0 8.0，加热搅拌，使正硅酸四乙酯或硅酸可溶性盐完全水解生成Si(OH)4;C、 复合湿凝胶体系的制备按照实验设计的铁硅比，将步骤A制得的Fe(OH)2与Fe(OH)3的混合胶体加入到步骤B制得的Si(OH)4中，不断搅拌，加入碱性溶液调节pH值为2.0 10.0，在10 90'C的恒温箱中恒温l 24h，混合溶液生成复合湿凝胶； .D、 纳米磁性Fe3(VSi02复合气凝胶颗粒的制备将复合湿凝胶放在高温高压反应釜中，用N2排空，调节氮气压力为2 20MPa，控制温度为100 300°C，超临界反应，制得纳米Fe3(VSi02复合材料；最后对Fe304/Si02块状复合材料球磨，得到磁性Fe304/Si02复合气凝胶颗粒。其中步骤A中总铁浓度控制为0.1 0.3mol/L， Fe^与Fe"摩尔比为3: 2 10: 1;步骤A中所配制的F^+和F^+溶液为含F^+和F^+的硫酸盐、硫酸氢盐、氯盐或硝酸盐的无水乙醇溶液，或者是含Fe^和Fe^的硫酸盐、硫酸氢盐、氯盐或硝酸盐的水溶液。上述步骤A中所述的碱性溶液为NaOH、 KOH、氨水、NaHC03、 KHC03、 Na2C03或K2C03的乙醇溶液，或者是NaOH、 KOH、氨水、NaHCQ3、 KHC03、 Na2C03或K2C03的水溶液，其浓度为0.2 1.5mol/L。其中碱性溶液加入量按照碱与铁离子反应生成Fe(OH)2和Fe(OH)3的相当的反应摩尔量计算，或者超出此反应摩尔量的i~io%。步骤A中所述的洗涤过程为洗涤混合胶体去除杂质离子洗涤混合胶体去除杂质离子，洗涤溶液为乙醇或二次蒸馏水，优选洗涤次数为2 10次。步骤A中所述的超声破碎是使胶体均匀的分散在溶液中，超声分散频率为10 100KHz，超声时间为l 5min。步骤b中所述的酸溶液为HC1、 h2S04、 hf或HN03等可溶性酸溶液，其浓度为0.01 lmol/L。酸性溶液的加入量为控制溶液的pH值范屈为6.0 7.5;步骤B中控制加热温度为10 95°C，控制加热搅拌0.5 10h。步骤C中所述的铁硅摩尔比优选为1: 1~1: 10。步骤C中所述的碱性溶液为NaOH、KOH、氨水、NaHC03、 KHC03、 Na2C03或K2C03的乙醇溶液或者是NaOH、 KOH、氨水、NaHC03、 KHC03、 Na2C03或K2C03的水溶液，其浓度为0.5 lmol/L。步骤C中所述的恒温箱温度为30 90°C。步骤D中控制氮气压力为2.5 15MPa，控制温度为90 270°C，超临界反应时间为l 6h;步骤D中所述的球磨时间范围为8 16h。有益效果1、 本专利技术先后用溶胶一凝胶法与超临界法制得纳米磁性Fe304/Si02复合体系。首先通过溶胶凝胶法制备出复合湿凝胶体系，再利用超临界干燥法制得均匀稳定分散的纳米磁性Fe304/Si02复合体系。由于Fe304颗粒的形成是在最终的超临界过程形成的，并且反应过程中的Fe(OH)2与Fe(OH)3颗粒表面的羟基能够与Si(OH)4表面的羟基进行反应，因而很好的解决了 Si02包覆Fe304颗粒效果不佳的问题。2、 本专利技术在制备Fe304/Si02复合体系中不需要表面活性剂而能使磁性颗粒稳定均匀的分散在体系中，并且铁氧体与Si02的结合是以化学键的形式结合的，使得Si02包覆Fe304的能力有了显著提高，为纳米磁性Fe304/Si02复合体系的更广泛应用奠定了基础。3、 本专利技术制备的Fe304/Si02复合颗粒体系，其创造性所在是Fe304/Si02复合颗粒体系制备方法的创新。本专利技术直接利用Fe304前躯体制备复合湿凝胶，利用后期的超临界干燥中形成纳米Fe304颗粒，而不是将Fe304纳米颗粒直接加入分散在Si02气凝胶中形成Si02简单包覆的Fe304纳米颗粒，此过程中利用Fe(OH)2与Fe(OH)3表面存在的羟基直接与Si(OH)4发生縮水反应，反应得到牢固的Fe—O—Si键，有效解决了以往制备Fe304/Si02复合颗粒体系中Fe3CU颗粒与Si02气凝胶结合不牢固、易脱落的缺点。附图说明图1是实施例1所制备的纳米Fe304/Si02复合气凝胶颗粒的HRTEM谱图；其中图(b)为图(a)的局部放大图。图2为图1中(b)图中晶核的透射电镜衍射谱图。图3是实施例1所制备的纳米Fe304/Si02复合气凝胶颗粒的扫描电镜能谱图(EDS)。图4是实施例1所制备的纳米Fe304/Si02复合气凝胶颗粒的振动样品磁场计(VSM)能谱图。图5是实施例2所制备的纳米Fe30本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超临界法制备纳米Ｆｅ↓［３］Ｏ↓［４］／ＳｉＯ↓［２］复合气凝胶颗粒的方法，其具体步骤如下： Ａ、制备Ｆｅ（ＯＨ）↓［２］与Ｆｅ（ＯＨ）↓［３］的混合胶体按总铁浓度为０．１～０．５ｍｏｌ／Ｌ配制Ｆｅ↑［２＋］和Ｆｅ↑［３＋］溶液，其中Ｆｅ↑［２＋］与Ｆｅ↑［３＋］的摩尔比为１∶１０～１０∶１，搅拌使其溶解，并向溶液中加入碱性溶液，快速搅拌，洗涤，超声破碎，得到Ｆｅ（ＯＨ）↓［２］与Ｆｅ（ＯＨ）↓［３］的混合胶体； Ｂ、配制ＳｉＯ↓［２］气凝胶前躯体溶液在正硅酸四乙酯或硅酸可溶性盐的乙醇溶液中加入酸溶液和蒸馏水，调节ｐＨ值至６．０～８．０，加热搅拌，使正硅酸四乙酯或硅酸可溶性盐完全水解生成Ｓｉ（ＯＨ）↓［４］； Ｃ、复合湿凝胶体系的制备 按照实验设计的铁硅比，将步骤Ａ制得的Ｆｅ（ＯＨ）↓［２］与Ｆｅ（ＯＨ）↓［３］的混合胶体加入到步骤Ｂ制得的Ｓｉ（ＯＨ）↓［４］中，不断搅拌，加入碱性溶液调节ｐＨ值为２．０～１０．０，在１０～９０℃的恒温箱中恒温１～２４ｈ，混合溶液生成复合湿凝胶； Ｄ、纳米磁性Ｆｅ↓［３］Ｏ↓［４］／ＳｉＯ↓［２］复合气凝胶颗粒的制备． 将复合湿凝胶放在高温高压反应釜中，用Ｎ↓［２］排空，调节氮气压力为２～２０ＭＰａ，控制温度为１００～３００℃，超临界反应，制得纳米Ｆｅ↓［３］Ｏ↓［４］／ＳｉＯ↓［２］复合材料；最后对Ｆｅ↓［３］Ｏ↓［４］／ＳｉＯ↓［２］块状复合材料球磨，得到磁性Ｆｅ↓［３］Ｏ↓［４］／ＳｉＯ↓［２］复合气凝胶颗粒。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：沈晓冬，伊希斌，崔升，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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