一种改性超分散四氧化三铁的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种改性超分散四氧化三铁的制备方法，属于四氧化三铁制备领域。
【背景技术】
[0002]四氧化三铁，化学式Fe3O4，别名氧化铁黑、磁铁、吸铁石，为具有磁性的黑色晶体，故又称为磁性氧化铁。不是氧化铁与氧化亚铁的混合物，但可以近似地看作是氧化亚铁和氧化铁的化合物。此物质溶于酸，不溶于水、碱及乙醇、乙醚等有机溶剂。天然的四氧化三铁不溶于酸，潮湿状态下在空气中容易氧化成三氧化二铁。通常用作颜料和抛光剂，也可用于制造录音磁带和电讯器材。另外，四氧化三铁还是导体，因为在磁铁矿中由于Fe2+与Fe 3+在八面体位置上基本上是无序排列的，电子可在铁的两种氧化态间迅速发生转移，所以四氧化三铁固体具有优良的导电性。四氧化三铁可用于制底漆和面漆，是生产铁触媒和催化剂的主要原料。它的硬度很大，可以作磨料。已广泛应用于汽车制动领域，如:刹车片、刹车蹄等。四氧化三铁在国内焊接材料领域已得到认可，用于电焊条、焊丝的生产尚属起步阶段，市场前景十分广阔。四氧化三铁因其比重大，磁性强的特点，在污水处理方面表现出了良好的性能。
[0003]目前制备四氧化三铁方法有共沉淀法、水热法、微乳化法和溶胶-凝胶法等，其中共沉淀法是最简单、最经济的合成方法。共沉淀法在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂，让所有离子完全沉淀。为了获得均匀的沉淀，通常将含有多种阳离子的盐溶液慢慢加入到过量的沉淀剂中进行搅拌，使所有离子的浓度大大超过沉淀的平衡浓度，尽量使各组分按比例同时析出来。共沉淀法得到的四氧化三铁纳米粒子多为球形结构，粒径较小为5?10nm。但由于该反应的温度比较低，所以得到的粒子的结晶性相对较差。而且，该法制备的纳米Fe3O4微粒沉淀在洗涤、过滤和干燥时颗粒间易发生团聚，反应过程复杂，产物团聚严重不易分散，且产物成分难以调控，会影响纳米Fe3O4的性能。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题:针对普通共沉淀法制备的纳米Fe3O4微粒沉淀在洗涤、过滤和干燥时颗粒间易发生团聚，反应过程复杂，产物团聚严重不易分散，产物成分难以调控，导致粒子结晶性较差，Fe3O4分散性较差的弊端，提供了一种改性超分散四氧化三铁的制备方法，本发明通过将四氧化三铁经硅烷、丁二酸两次改性，制得超分散性能的四氧化三铁，该方法制备过程简单，所得产物不易团聚，产物成分可调控性强，结晶性能和分散性能好。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是:
(I)按Fe2+和Fe 3+离子摩尔比为1:1，选取FeCl 3.6Η20和FeCl2*4H20溶于去离子水中，随后在650?750r/min转速下搅拌使其完全溶解，得铁离子混合溶液，随后按Fe2+和OH _摩尔比为1:6，将1.3mol/L的氢氧化钠溶液加入到上述铁离子混合溶液中，对其升温至50?60°C下，搅拌反应I?2h，反应完成后用磁铁将其分离并用蒸馏水洗涤5?6次，再置于60?70°C下干燥I?2h，制得纳米四氧化三铁颗粒；
(2)按纳米四氧化三铁和质量分数为80%的乙醇溶液质量比为1:3，将纳米四氧化三铁颗粒加入乙醇溶液中，并在20?30°C下搅拌均匀混合，搅拌速度为600?800r/min，待其搅拌完成后，再按甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和纳米四氧化三铁质量比为1:25比例，将甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷加入上述搅拌完成的混合液中，提高转速为1500 ?1800r/min，搅拌 10 ?12h ；
(3)待其搅拌完成后，对上述混合液升温至70?80°C回流I?2h，待其回流结束陈化20?24h后，将其取出置于离心机中离心分离10?15min，取下层沉淀并用质量分数为80%的乙醇溶液洗涤3?5次，得硅烷改性四氧化三铁颗粒；
(4)取上述制得硅烷改性四氧化三铁颗粒，加入到装有和硅烷改性四氧化三铁颗粒质量相同的乙腈的烧杯中，并在200?300W下，超声振荡分散10?20min，待其初步分散后，将丁二酸和超声分散后的混合液按体积比1:1进行混合，并对其升温至70?75°C:
(5)待温度达到70?75°C后，在2600?2800r/min的速率下，高速搅拌20?24h，待其搅拌完成后，将混合液冷却至60?65°C，趁热过滤，并将过滤后的四氧化三铁颗粒用无水乙醇和蒸馏水分别洗涤5?6次，并置于100?105°C的烘箱中干燥10?12h，干燥后取出自然冷却至室温，即可制得一种改性超分散四氧化三铁。
[0006]本发明所制得改性超分散四氧化三铁为黑色颗粒状，粒径为10?20nm。
[0007]本发明与其他方法相比，有益技术效果是:
(1)本发明所得产物不易团聚，产物成分可调控性强，结晶性能和分散性能好；
(2)该方法制备简单，生产过程无污染。
【具体实施方式】
[0008]首先按Fe2+和Fe 3+离子摩尔比为1:1，选取FeCl 3.6Η20和FeCl2*4H20溶于去离子水中，随后在650?750r/min转速下搅拌使其完全溶解，得铁离子混合溶液，随后按Fe2+和0!1_摩尔比为1:6，将1.3mol/L的氢氧化钠溶液加入到上述铁离子混合溶液中，对其升温至50?60°C下，搅拌反应I?2h，反应完成后用磁铁将其分离并用蒸馏水洗涤5?6次，再置于60?70°C下干燥I?2h，制得纳米四氧化三铁颗粒；再按纳米四氧化三铁和质量分数为80%的乙醇溶液质量比为1:3，将纳米四氧化三铁颗粒加入乙醇溶液中，并在20?30°C下搅拌均匀混合，搅拌速度为600?800r/min，待其搅拌完成后，再按甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和纳米四氧化三铁质量比为1:25比例，将甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷加入上述搅拌完成的混合液中，提高转速为1500?1800r/min，搅拌10?12h ;待其搅拌完成后，对上述混合液升温至70?80°C回流I?2h，待其回流结束陈化20?24h后，将其取出置于离心机中离心分离10?15min，取下层沉淀并用质量分数为80%的乙醇溶液洗涤3?5次，得硅烷改性四氧化三铁颗粒；然后取上述制得硅烷改性四氧化三铁颗粒，加入到装有和硅烷改性四氧化三铁颗粒质量相同的乙腈的烧杯中，并在200?300W下，超声振荡分散10?20min，待其初步分散后，将丁二酸和超声分散后的混合液按体积比1:1进行混合，并对其升温至70?75 °C:最后待温度达到70?75 °C后，在2600?2800r/min的速率下，高速搅拌20?24h，待其搅拌完成后，将混合液冷却至60?65°C，趁热过滤，并将过滤后的四氧化三铁颗粒用无水乙醇和蒸馏水分别洗涤5?6次，并置于100?105°C的烘箱中干燥10?12h，干燥后取出自然冷却至室温，即可制得一种改性超分散四氧化三铁。
[0009]实例I
首先按Fe2+和Fe 3+离子摩尔比为1:1，选取FeCl 3.6Η20和FeCl2*4H20溶于去离子水中，随后在650r/min转速下搅拌使其完全溶解，得铁离子混合溶液，随后按Fe2+和OH _摩尔比为1:6，将1.3mol/L的氢氧化钠溶液加入到上述铁离子混合溶液中，对其升温至50°C下，搅拌反应lh，反应完成后用磁铁将其分离并用蒸馏水洗涤5次，再置于60°C下干燥lh，制得纳米四氧化三铁颗粒；再按纳米四氧化三铁和质量分数为80%的乙醇溶液质量比为1:3，将纳米四氧化三铁颗粒加入乙醇溶液中，并在20 °C下搅拌均匀混合，搅拌速度为600r/min，待其搅拌完成后，再按甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和纳米四氧化三铁质量比为1:25比例，将甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷加入上述搅拌完成的混合液中，提高转速为1500r/min，搅拌1h ;待其搅拌完成后，对上述混合液升温至70°C回流lh，待其回流结束陈化20h后，将其取出置于离心机中离心分离lOmin，取下层沉淀并用质量分数为80%的乙醇溶液洗涤3次，得硅烷改性四氧化三铁颗粒；然后取上述制得硅烷改性四氧化三铁颗粒，加入到装有和硅烷改性四氧化三铁颗粒质量相同的乙腈的烧杯中，并在200W下，超声振荡分散lOmin，待其初步分散后，将丁二酸和超声分散后的混合液