一种调控单分散溶剂热磁性纳米粒子尺寸的方法与流程

本发明属纳米材料，具体涉及一种调控单分散溶剂热磁性纳米粒子尺寸的方法。

背景技术：

1、随着纳米技术的飞速发展，纳米材料已被广泛应用于生物学、医学、材料学、液晶显示等众多领域。在众多纳米材料中，磁性纳米材料尤为引人注目，该类型材料不仅具有普通纳米材料的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应等性质，还具有特殊的超顺磁性。将该类型材料修饰包覆后分散在溶液中兼具液体的流动性和固体的磁性，从而大大拓展了其应用领域。磁性纳米材料主要以fe、co、ni的金属合金及其氧化物为代表，尤以fe3o4纳米粒子研究的最为广泛；目前人工合成fe3o4磁性纳米的方法主要有共沉淀法、水热法、溶剂热法、高温热分解法等，其中以共沉淀法和溶剂热法研究的最为深入。

2、共沉淀法是指将三价和二价铁盐在过量碱液中反应从而沉淀析出纳米晶粒，该制备方法所用仪器装置简单、粒子产量高，但制备出的粒子尺寸小、粒径不均一、易被空气氧化，实际下游包覆修饰时最终产物磁响应弱，难以满足实际应用需求。溶剂热法是指将三价铁盐溶解在多元醇体系中，通过醋酸钠、尿素等制造碱性环境，多元醇在高温高压下将部分三价铁还原成二价铁，在醋酸钠作用下结晶析出fe3o4小晶粒，小晶粒堆积从而形成纳米颗粒。该方法制备的粒子球形度好、粒径均一、磁响应速度快，但粒子产量低、放大效应明显、尺寸难控制。

技术实现思路

1、本发明第一方面的目的，在于提供一种调控单分散溶剂热磁性纳米粒子尺寸的方法。

2、本发明第二方面的目的，在于提供本发明第一方面的方法在制备不同尺寸磁性纳米粒子中的应用。

3、为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

4、本发明的第一个方面，提供一种调控单分散溶剂热磁性纳米粒子尺寸的方法，所述方法为在溶剂热法的基础上，通过控制反应液超声处理时长，即可得到不同尺寸的磁性纳米粒子。

5、在本发明一些实施方式中，所述方法具体包括以下步骤：

6、将金属铁盐溶于有机溶剂中，得到金属铁盐溶液；

7、金属铁盐溶液依次与聚丙烯酸、乙酸钠混合反应；

8、超声处理0.5～10h，加热反应，即得到不同尺寸的磁性纳米粒子。

9、在本发明一些实施方式中，所述金属铁盐与有机溶剂的质量比为1:7～12。

10、在本发明一些优选实施方式中，所述金属铁盐与有机溶剂的质量比为1:8～11。

11、在本发明一些更优选实施方式中，所述金属铁盐与有机溶剂的质量比为1:8～10。

12、在本发明一些实施方式中，所述金属铁盐、聚丙烯酸、乙酸钠的三者的质量比为1:0.01～0.1:1～2。

13、在本发明一些优选实施方式中，所述金属铁盐、聚丙烯酸、乙酸钠的三者的质量比为1:0.01～0.05:1～1.8。

14、在本发明一些更优选实施方式中，所述金属铁盐、聚丙烯酸、乙酸钠的三者的质量比为1:0.02～0.04:1～1.5。

15、在本发明一些实施方式中，所述金属铁盐溶液依次与聚丙烯酸、乙酸钠混合反应的条件为油浴加热条件下搅拌1～4h。

16、在本发明一些优选实施方式中，所述金属铁盐溶液依次与聚丙烯酸、乙酸钠混合反应的条件为油浴加热条件下搅拌1～2h。

17、在本发明一些实施方式中，所述油浴加热的温度为60～90℃。

18、在本发明一些优选实施方式中，所述油浴加热的温度为70～90℃。

19、在本发明一些更优选实施方式中，所述油浴加热的温度为80～85℃。

20、在本发明一些实施方式中，所述超声处理的条件为16000～20000w的功率下超声1～5h。

21、在本发明一些优选实施方式中，所述超声处理的条件为18000～20000w的功率下超声1～5h。

22、在本发明一些更优选实施方式中，所述超声处理的条件为18000w的功率下超声1～5h。

23、在本发明一些实施方式中，所述加热反应的条件为180～220℃反应10～15h。

24、在本发明一些优选实施方式中，所述加热反应的条件为200～220℃反应10～15h。

25、在本发明一些实施方式中，所述加热反应的条件为200～220℃反应12～15h。

26、在本发明一些实施方式中，所述方法还包括洗涤步骤，所述洗涤包括使用乙醇和水对磁性纳米粒子进行反复洗涤。

27、在本发明一些实施方式中，所述金属铁盐包括三氯化铁、氯化锰、氯化钴、氯化锌中的任意一种。

28、在本发明一些实施方式中，所述有机溶剂包括乙二醇、一缩二乙二醇中的任意一种。

29、本发明在传统溶剂热法的基础上探究前驱液放大配置工艺，在不改变放大工艺中各物料配比的前提下，仅通过控制反应液超声处理时长即可实现产物磁性纳米粒子尺寸的单分散调控。克服了传统溶剂热法产物粒径差异大、难以工业化量产的问题。克服了共沉淀法磁核团聚严重、氧化后难磁分离的问题。

30、本发明的第二个方面，提供本发明第一方面的方法在制备不同尺寸磁性纳米粒子中的应用。

31、在本发明一些实施方式中，所述磁性纳米粒子包括但不限于fe3o4纳米粒子、二氧化锡纳米粒子、羟基氧化铁纳米粒子、cofe2o4纳米粒子和四氧化三锰纳米粒子等。

32、本发明的有益效果是：

33、按照常规报道的一锅法配置反应液，当反应体系较小时可制备得到尺寸较为均一的磁性纳米粒子。当制备体系放大5倍时，产物粒径失控，形貌差异较大，不均一。采用本发明提供的方法，通过超声处理配液，调控反应液超声处理时长即可实现产物粒径的精确调控。相比于现有文献报道的引入柠檬酸钠、二元醇等调控磁核粒径的处理方式，本发明提供的方法更为简便可靠。

34、本发明提供的方法适用于磁性纳米颗粒的放大制备，可为下一步制备各种复杂的磁性纳米复合功能材料提供超顺磁性内核原料。

35、本提供的方法制备出的磁性纳米粒子表面配位有大量聚丙烯酸分子，具有良好的亲水性、磁性极强，这对于后续包覆修饰后仍保持产物较强的磁饱和常数具有积极作用。

技术特征：

1.一种调控单分散溶剂热磁性纳米粒子尺寸的方法，其特征在于，所述方法为在溶剂热法的基础上，通过控制反应液超声处理时长，即可得到不同尺寸的磁性纳米粒子。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述金属铁盐与有机溶剂的质量比为1:7～12。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述金属铁盐、聚丙烯酸、乙酸钠的三者的质量比为1:0.01～0.1:1～2。

5.根据权利要求2～4中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属铁盐溶液依次与聚丙烯酸、乙酸钠混合反应的条件为油浴加热条件下搅拌1～4h；和/或，所述超声处理的条件为16000～20000w的功率下超声1～5h。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述油浴加热的温度为60～90℃。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述加热反应的条件为180～220℃反应10～15h。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括洗涤步骤，所述洗涤包括使用乙醇和水对磁性纳米粒子进行反复洗涤。

9.权利要求8所述的方法，其特征在于，所述金属铁盐包括三氯化铁、氯化锰、氯化钴、氯化锌中的任意一种；和/或，所述有机溶剂包括乙二醇、一缩二乙二醇中的任意一种。

10.权利要求1～9中任一项所述的方法在制备不同尺寸磁性纳米粒子中的应用。

技术总结本发明属于纳米材料技术领域，公开了一种调控单分散溶剂热磁性纳米粒子尺寸的方法，具体公开了一种调控单分散溶剂热磁性纳米粒子尺寸的方法，所述方法为在溶剂热法的基础上，通过控制反应液超声处理时长，即可得到不同尺寸的磁性纳米粒子。采用本发明提供的方法，通过超声处理配液，调控反应液超声处理时长即可实现产物粒径的精确调控。相比于现有文献报道的引入柠檬酸钠、二元醇等调控磁核粒径的处理方式，本发明提供的方法更为简便可靠。技术研发人员：潘诗敏,谭杰峰,王亮受保护的技术使用者：广州奕昕生物科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29