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四氧化三铁纳米粉的制备方法及应用

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万方数据无机盐工业            第37卷第2期INORGANIC CHEMICALS INDUSTRY2005年2月  四氧化三铁纳米粉的制备方法及应用崔          升,沈晓冬,林本兰(南京工业大学材料科学与工程学院,江苏南京210009    摘要:对纳米级四氧化三铁的制备方法,例如沉淀法、微乳液法、水热法及高温热分解法等,做了详细的阐述说明和分析比较。同时对纳米级四氧化三铁在磁性液体、磁记录材料、生物靶向材料、微波吸收材料、静电复印显影剂以及高梯度磁分离器等方面的应用做了详细阐述。最后对纳米级四氧化三铁的制备方法及应用做了展望。关键词:    四氧化三铁;磁性液体;生物靶向材料;微波吸收材料中图分类号:    TQ138.11文献标识码:A文章编号:1006 -4990(2005)02一0004-03Preparat                    ion and application of Fe3 04 nanoparticle                                Cui Sheng,Shen Xiaodong,Lin Benlan(College of Material Science and Technology, Nanjing University of Technology, Jiangsu Nanjing 210009, ChinaAbs    tract: The preparation methods of Fe3 04 nanopatricle, such as precipitation method, microemulsion polymerizationmethod, hydrothermal method and high一temperature heat decomposition method etc. are introduced and analyzed. Patricu-larly the application of Fe3 04 nanoparticle in magnetic lfuids, magnetism recorder material,biologic一target material, mi-crowave absorbing material, static reprography developer and high一gradient magnetism separator etc. are described in de-tail. At last, the prospect of preparation and application of Fe, 0, nanopatricle are made.Key     words: Fe, 0, ; magnetic lfuid; biologic一target material; microwave absorbing mateiral1  Fe3 04纳米粉的制备方法聚现象,使磁学性能恶化。1.1.2改进共沉淀法1.1沉淀法    采用共沉淀法制备Fe3 04纳米微粒时,沉淀在1.1.1共沉淀法洗涤、过滤、干燥时易产生团聚现象,为此许多化学共沉淀法是目前使用最普遍的方法之一,    依据家对共沉淀法进行了改进。改进共沉淀法主要是分的基本原理为:散生成的纳米Fe, 04粒子,并使其不团聚。目前报Fe            e` +2Fe3十+80H--Fe304 +4H20道改进共沉淀法有两种途径:一是加人表面活性剂,将Fe 2+与Fe3十的氯化物溶液以一定的比例混合后对制得纳米Fe, Oa微粒进行表面改性,使其具有亲(一般物质的量比为1 : 2或2 :3  ),用过量的油性或亲水性,最后通过胶溶等方式来获得磁性液NH3・H20或NaOH等溶液作为沉淀剂,在一定的温体。改性过程中,pH、表面活性剂的用量及表面活度和pH下,高速搅拌进行反应,高速离心得到沉性剂的成分配比对颗粒改性效果影响很大,目前研淀,将沉淀洗涤、干燥,得到纳米级Fe3 04微粒。邹究者对此尚有很大的分歧。王伟等[’〕研究表明,酸涛等川在无N2气保护下,利用共沉淀法制备出tre性和强碱性环境对改性均不利,pH在8一12时效果为73.5 emu/g的Fe3 04纳米粒子,通过控制制备过最好,表面活性剂用量可以通过理论计算。蒋新宇程中n (Fe2+ ):n (Fe3+ )、晶化温度、晶化时间、总铁等〔’〕先通过化学反应生成Fe, Oa微粒,经充分洗涤浓度及NaOH溶液浓度等条件,得到强磁性的、粒径后再包覆双层表面活性剂,得到粒径为纳米级,同时可控的Fe, 0;纳米粒子。共沉淀法制备Fe3 0;超微具有磁响应性和稳定性强的Fe, Oa磁性粒子。二是粉特点是:设备简单,反应条件温和,原料价格低廉,制得纳米Fe, Oa复合粒子。程海斌等[a〕采用改进共工艺流程短,易于工业化生产;且反应过程中成核容沉淀法制得纳米Fe, 0;复合粒子能在更宽的pH范易控制,产物纯净度高;但影响粉末粒径和磁学性能围内稳定分散。研究表明,表面活性剂、pH, 6电位的因素较多,而且都必须严格控制,否则可能出现团对Fe, O,复合粒子分散性有很大的影响。2005年2月崔升等:四氧化三铁纳米粉的制备方法及应用万方数据1.1.3化学氧化沉淀法化学沉淀法基本原理是,    在一定温度下,调节含Fee+溶液的pH,使溶液中生成Fe(OH)2悬浮液,再采用氧气诱导、空气氧化Fe(OH)2悬浮液制得纳米Fe3 04粒子。孟哲等[,〕在室温下,在pH为10左右的环境中,采用氧气诱导,使FeS04溶液由浅绿色迅速变为墨绿色的粘稠液绿锈(II),再通过空气氧化,使墨绿色的绿锈(II)转化为黑色的悬浮液,制得的样品经抽滤、洗涤、50℃恒温干燥后进行表征。结果表明,此法制得的磁粉与粉碎法及化学合成法制得的样品相比,纯度高,磁性强,粒径小,是一种制备粒径为20一30 nm的Fe3 04的非常有意义的方法。1.2微乳液法微乳液法是由表面活性剂、    油相、水相及助溶剂等在适当比例下混合自发形成的热力学稳定体系,具有透明(或半透明)、低粘度、各向同性、分散相液滴极其微小和均匀等特点。油包水(W/0)或水包油(0/W)型微乳液中的水核是一个“微型反应器”,化学反应被限制在水核内,故最终得到的微粒粒径将受到水核大小的控制。利用该方法制备纳米粉操作简单,颗粒小,但晶型多样。Arturo M等〔6〕在AOT一HO - n一Heptance体系中,含0. 5 mol/L FeCl:和0. 3 mol/L FeC13的乳液与含NH3・H2O乳液混合,经充分反应后离心,再用庚烷丙酮洗涤后,经干燥得纳米Fe, 04颗粒。中南大学何秋星等〔’〕利用AE03十TX,。作为表面活性剂,工业级煤油作为油相,正丁醇为助溶剂,分别在Fee + /Fe 3十水溶液和NaOH水溶液中形成W/0微乳液,采用双乳液混合法制备纳米磁性Fe3 04微粒。1.3水热法水热法是指在密封的压力容器中,    以水为溶剂,温度从100一400℃,压力从大于0. 1 MPa直至几十到几百MPa的条件下,使前驱物(即原料)反应和结晶。水热法制备出的纳米晶体,晶粒发育完整,粒度分布均匀,颗粒之间很少团聚。该法原料较便宜,可以得到理想的化学计量组成材料,颗粒粒度可以控制,生产成本低。郑州大学邹大香等人,采用( NH4 ) 2 S04, FeS04・6H20和H4 N2・H2O的水溶液,置于聚四氟乙烯内衬的高压釜中,溶液填充度为75%。反应液的起始pH用稀HZ SO;和NaOH溶液来调节。水热处理过程结束后,进行过滤、洗涤,将沉淀物自然晾干;然后,将所得粉末用干燥箱在120℃下脱水6h,研磨得到实验样品。他们研究了在水热过程中反应溶液的起始pH、处理时间和处理温度对合成的Fe, 04纳米晶粒纯度和平均粒径的影响。他们认为当溶液的起始pH为11、处理时间4h、处理温度为150℃的条件下,能得到纯度高且平均粒径较小的Fe, 0、纳米晶粒[8一‘1701.4高温分解法高温分解铁有机物法是将铁前驱体「如    Fe(CO)S,Fe(CuP)3等」高温分解产生铁原子,再由铁原子生成铁纳米颗粒,将铁纳米颗粒控制氧化得到四氧化三铁。这种方法制得的纳米颗粒结晶度高,粒径可控,且分布很窄[”〕。2  Fe3 04纳米粉的应用2.1磁性液体磁性液体亦称磁性流体。磁性流体是一种新型    的功能材料,由磁性颗粒、稳定剂(表面活性剂)和载液3部分组成,具有固体的磁性和液体的流动性,在磁场作用下显示出优于其它磁性材料的优良性能。可以应用于非磁性材料的分选、旋转轴的密封和润滑,大面积水域污染浮油的清除和回收,电声器件功率的增强,以及医药、航空航天等方面。2.2生物靶向材料磁性纳米粉在磁场的作用下,    被磁化而形成小磁体,因而相互吸引、前后相连而聚集形成串珠状。磁性纳米粉的这种特性,使得它在磁场存在的条件下形成的功能直径比实际直径要大得多。20世纪40年代以来,细胞毒性药广泛应用于癌症患者的化疗,但这些药物对癌细胞和人体健康细胞的非特异性,使其在杀伤癌细胞的同时也对人体产生毒副作用。对此,人们提出了用导向药物解决的办法,即给药后使药物选择性地定位于特定生理部位器官组织和细胞,并在这些部位发挥药效,以达到减少用药剂量、提高药物治疗指数、降低药物毒副作用的目的。李凤生〔‘,」等人制备了磁响应纳米四氧化三铁/壳聚糖复合微球。该球既具有磁响应的功能,又具有生物可降解特性,因此在医学等领域都具有十分好的应用前景。马明【14〕等研究了四氧化三铁纳米粒子与癌细胞相互作用。该研究为利用Fe, 04纳米粒子的磁过滤热疗法治疗肿瘤提供了细胞层次的实验和理论基础。张阳德[‘,〕等进行磁性阿霉素白蛋白纳米粒的研制,把Fe, 04纳米粉应用于靶向药物治疗。总之,磁性纳米粉具有磁性稳定、靶向性强、药物包含率高、释药速度可以控制的特点,为靶向药物治疗提供了可靠的载药工具「16一“〕。无机盐工业第37卷第2期万方数据2.3高梯度磁分离器    高梯度磁分离器是20世纪70年代迅速发展起来的一门新技术,它广泛应用于废水净化,磁性矿富集,高岭土提纯,煤的脱硫,以及红血球、癌细胞的分离等领域。基本原理是,在分离器内填充几十微米粗细的导磁不锈钢毛,通过它的聚磁作用,可在钢毛表面产生很强的吸力,当具有磁性的物质通过分离器时,即被吸附;必须加人磁种,即把待分离的物质吸附在磁种上,在通过分离器时,和磁种一起被钢毛吸附而达到分离的目的。该磁种即为超顺磁性Fe, 04纳米微粒。该物质在分离污水中的细菌、回收酵母和富集生物酶方面,效果很好,可重复使用。这对处理污水,改善环境,以及酶和酵母的回收利用都2.具有重要意义〔4微波吸收材料19]。    纳米微粒由于小尺寸效应使它具有常规大块材料不具备的光学特性,如光学非线性,以及光吸收、光反射过程中的能量损耗等,都与纳米微粒的尺寸有很大的依赖关系。研究表明,利用纳米微粒的特殊的光学特性制备成各种光学材料将在日常生活和高技术领域得到广泛的应用。目前关于这方面研究主要还处在实验室阶段。纳米微粒的量子尺寸效应等使它对某种波长的光吸收带有蓝移现象。纳米微粒粉体对各种波长光的吸收有宽化现象。Fe3 04磁性纳米粉由于具有高的磁导率,可以作为铁氧体吸波材料的一种,应用在微波吸收方面。2.5静电复印显影剂静电复印显影剂有双组分显影剂和单组分显影    剂两种。单组分显影剂使用简单,没有载体劣化、载体和色彩混合比变动带来显像质量差等问题。在单组分显影剂中使用的磁性材料为Fe, 04纳米粉。冯远冰等,〕采用化学沉淀法制备得到纳米级的Fe3 04纳米粉,并将其添加到单组分显影剂中,随后在中间实验、批量生产中,并经有关显影剂厂试验,其黑度均可达到国家颁布的标准,可以在大规模工业生产中使用。3结束语纳米Fe,     04的制备方法有很多种,但各种方法都有各自的优缺点。由于纳米Fe3 04在磁性液体、生物靶向材料、微波吸收材料、高梯度磁分离器、静电复印显影剂等方面都有极其广泛的用途,近年来,国内外很多学者都致力于新的制备方法研究,以期得到粒径分布范围窄、粒径小、操作简单、成本低的纳米Fe3 04。参考文献:[1〕邹涛.强磁性Fe3 0;纳米粒子的制备及其性能表征【J].精细化2,      2002,19(12);707一710[2l王伟Fe3 04纳米颗粒改性详析【J].材料科学与工艺,2001,9(12)       :431一433[3〕蒋新宇.导向药物用纳米Fe3 04磁性粒子的制备及表征〔J]中南T    -业大学学报(自然科学版),2003,34(5) :516 - 520[4」程海斌.纳米Fe3 0;的f电位和分散稳定性【J].武汉理工大学学报,      2003,25(5) :4一7[5〕孟哲.磁性纳米级Fe3 0;的氧气诱导、空气氧化液相合成与表征[    Jl.光谱实验室,2003,20(7) :489一491[6] ArturoM . Magnetic iorn oxide nanopatricles synthesized via micor-e      mulsions[J].Journal of Colloid and Interface Science, 1993,158:      446一451[7〕何秋星.微乳液法制备纳米磁性Fe3 0;微粒工艺条件研究(J].磁性材料及器件,    2003,34(4) :9一11[8l邹大香.影响水热合成纳米Fe304晶粒纯度和平均粒径的因素[Jl.    科学技术与Z程,2003(3):253一256仁9」钟维卓.纳米材料及其水热法制备(上)[J].上海化工,1998,23(11):      25一28「10]钟维卓.纳米材料及其水热法制备(下)[J].上海化工,1998,23(1      2):25一28[11]Chen Xing. Hydrothermal synthesis and superparamagneticbehav-iors of a series of ferrite nanoparticles[ J].Chinese Journalof In-organic Chemistry, 2002 (5 ) :460一464[12〕陈辉.高温分解法合成Fe3 04磁性纳米微粒[J].河南化工,2004(2)       :11一12[ 131李凤生.磁响应纳米四氧化三铁/壳聚糖复合微球的制备及特性【J].磁性材料及器件,2002,33(6) :1一4目4「.一.一J马明.四氧化三铁纳米粒子与癌细胞相互作用的初步研究[J].东南大学学报,2003,33(2):205一207目.,1气J ̄.J张阳德.磁性阿霉素白蛋白纳米粒的研制【J〕中国现代医学杂志,2001,11(3):1一3‘.6,1..J龚连生.磁性化疗纳米粒治疗大鼠移植性肝癌[J1.中国现代医学杂志,2001,11(3):14一16勺7,且..J卢继新.阿霉素与血清白蛋白的作用及共存离子对反应影响的研究[Jl.化学学报,1997,55(9):915一920jsl[张阳德.载阿霉素磁性白蛋白纳米粒—一种高效靶向抗肿瘤系统【J].中国现代医学杂志,2001,11(3):39-42网关成信‘超磁性Fe3 04微粒的制备及应用〔J7.磁性材料及器件,1992,23(3):23[201冯远冰.Fe3 04超细微粉在静电复印显影剂中的应用【J].磁记录材料,1995,13(4).:20一21收稿日期:2004 -09 -03作者简介:崔升(1980-),男,在读硕士研究生,主要从事纳米靶向抗癌药物、          无机/高分子纳米复合材料的研究,已发表论文2篇。          联系方法:cui2002sheng@ 126. com

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