专利名称：一种离子液体基磁流体的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种室温离子液体基磁流体材料及其制备方法，属材料及其制 备领域。
背景技术：
磁流体是一种随外加磁场变化有可控流变性的智能材料，它既有固体磁性 材料的强磁性，又有液体的流动性。最早研制磁流体是作为航空密封材料，目前 已在电子、化工、机械、能源、冶金、生物医药等许多领域中得到广泛应用。磁流体载液的类型根据密封介质和工况选择，可以是水、煤油、硅油、汞 等。汞和金属性强的磁粒子可以很好的溶合形成稳定的磁流体；煤油和硅油蒸气 压低，可在较高温度下实用，也可应用于密封；随着绿色化学的发展，水基磁流 体由于对环境和人体都友好而得到广泛应用尤其在生物医药领域中。室温离子液 体是今些年来备受关注的绿色溶剂，其热稳定性高，不可燃，蒸气压极低，减少 了因挥发对环境和人体的危害，以室温离子液体作为磁流体的载液是非常符合当 今化学的绿色化趋势的。发明内容本发明的目的在于提供一种新型室温离子液体基磁流体材料。 本发明的另一 目的在于提供一种操作简便、环境效应好的室温离子液体基磁 流体的制备方法。本发明所述的室温离子液体基磁流体由磁性纳米Fe304、甜菜碱包覆层和载 体离子液体组成，其中磁性纳米Fe304的粒径为8.9-12.5nm，饱和磁化强度为 39-45emu/g。上述磁流体的制备方法，采用化学共沉淀法制得，其具体工艺步骤如下第一步，原料配备将硝酸铁配制成0.12-0.24mol/L的水溶液，将硫酸亚铁 配制成0.08-0.16mol/L的水溶液；第二步，纳米Fe304的制备取10ml硝酸铁水溶液和10ml硫酸亚铁水溶液， 混合并搅拌均匀，在4(TC恒温水浴中，快速加入1.6-3.2ml氨水(25。/。)，反应15min， 升温至6(TC，搅拌5min。用蒸馏水洗涤生成的黑色沉淀，直至上层液体为中性， 最后得到的黑色沉淀就是纳米Fe304;第三步，甜菜碱复合粒子的制备向洗涤干净的Fe304湿沉淀中加入30ml 蒸馏水，超声2min，可得一分散均一的黑色溶液。滴加稀HC1至pH值为5左
右，将0.6-1.2ml甜菜碱溶液(30。/。)加入到该溶液中，搅拌6h，用丙酮洗涤生成 的沉淀；第四步，磁流体的制备取0.5g用丙酮洗涤后的湿沉淀，分散于10ml室温 离子液体中，搅拌均匀，其中的少量丙酮可通过稍微加热除去，超声2min，再 加入2ml聚乙二醇-400，搅拌，超声2min，最终可得室温离子液体基磁流体。本发明所述的室温离子液体基磁流体的制备方法，其中第四步中的室温离子 液体为[BuMelm]BF4即l-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、[EtEtlm]BF4即1-乙基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐、[BuEtlm]BF4即l-丁基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐、[EtPy]BF4 即N-乙基吡啶四氟硼酸盐或者[BuPy]BF4即N-丁基吡啶四氟硼酸盐。本发明的基本原理为利用化学共沉淀法制备出纳米Fe304，甜菜碱中的羧 基可以和Fe304颗粒表面发生化学键合，而烷基链能阻止纳米颗粒的团聚，将表 面处理过的纳米颗粒均匀分散于室温离子液体中可得到稳定的磁流体。本发明方法与现有技术相比具有以下优点.-(1) 本发明采用化学共沉淀法制备Fe304,该方法操作简便，对仪器和实验 条件的要求低，由于反应温度低，所以不需在无氧的环境下反应。(2) 制得的纳米Fe304粒径小，分布均窄，包覆了甜菜碱后的饱和磁化强度 较强，是优良的磁性材料。(3) 该磁流体以室温离子液体为载液，以甜菜碱为表面活性剂，对环境和人 体均无害，符合绿色化学的要求。(4) 原料易得价廉，易于工业应用。
具体实施方式
实施例h取10ml 0.12mol/L的硝酸铁溶液和10ml 0.08mol/L的硫酸亚铁溶液，混和 并搅拌均匀，在40'C恒温水浴中，快速加入L6ml氨水(25。/。)，同时加速搅拌， 反应15min，升温至60'C继续反应5min。用蒸馏水洗涤生成的黑色沉淀，直至 上层液体为中性。向该黑色沉淀中加入30ml水，搅拌均匀，超声2min可得一 均一分散的黑色溶液，滴加稀HCl至pH值为5左右，再加入0.6ml甜菜碱溶液 (30%)，搅拌6h，用磁铁迫使颗粒沉降，用丙酮洗涤除去其中所含的水，最后得 到的是表面处理过的纳米Fe304和丙酮组成的湿沉淀。该磁性复合粒子的粒径为 8.9nm，饱和磁化强度为39emu/g。取该湿沉淀0.5g分散于10ml[BuMelm]BF4 即l-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中，搅拌均匀，超声2min,加入2ml聚乙二醇 -400，超声2min可得磁流体。实施例2:工艺步骤与实施例1相同，只是作为载体的离子液体换成[EtEtlm]BF4即l-乙基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐。 实施例3:工艺步骤与实施例1相同，只是作为载体的离子液体换成[BuEtlm]BF4即 l-丁基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐。 实施例4:工艺步骤与实施例1相同，只是作为载体的离子液体换成[EtPy]BF4即N-乙基吡啶四氟硼酸盐。 实施例5:工艺步骤与实施例1相同，只是作为载体的离子液体换成[BuPy]BF4即N-丁基吡啶四氟硼酸盐。 实施例6:取10ml 0.18mol/L的硝酸铁溶液和10ml 0.12mol/L的硫酸亚铁溶液，混和 并搅拌均匀，在4(TC恒温水浴中，快速加入2.4ml氨水(25%)，同时加速搅拌， 反应15min，升温至6(TC继续反应5min。用蒸馏水洗涤生成的黑色沉淀，直至 上层液体为中性。向该黑色沉淀中加入30ml水，搅拌均匀，超声2min可得一 均一分散的黑色溶液，滴加稀HC1至pH值为5左右，再加入0.9ml甜菜碱溶液 (30%)，搅拌6h，用磁铁迫使颗粒沉降，用丙酮洗涤除去其中所含的水，最后得 到的是表面处理过的纳米Fe304和丙酮组成的湿沉淀。该磁性复合粒子的粒径为 10nm，饱和磁化强度为41emu/g。取该湿沉淀0.5g分散于10ml[BuMelm]BF4即 l-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中，搅拌均匀，超声2min，加入2ml聚乙二醇-400， 超声2min可得磁流体。实施例7:工艺步骤与实施例6相同，只是作为载体的离子液体换成[E伍tlm]BF4即 l-乙基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐。 实施例8:工艺步骤与实施例6相同，只是作为载体的离子液体换成[BuEtlm]BF4即 l-丁基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐。 实施例9:工艺步骤与实施例6相同，只是作为载体的离子液体换成[EtPy]BF4即N-乙基吡啶四氟硼酸盐。 实施例10:工艺步骤与实施例6相同，只是作为载体的离子液体换成[BuPy]BF4即N-丁基吡啶四氟硼酸盐。 实施例11:取10ml 0.24mol/L的硝酸铁溶液和10ml 0.16mol/L的硫酸亚铁溶液，混和
并搅拌均匀，在4(TC恒温水浴中，快速加入3.2ml氨水(25%)，同时加速搅拌， 反应15min，升温至60'C继续反应5min。用蒸馏水洗涤生成的黑色沉淀，直至 上层液体为中性。向该黑色沉淀中加入30ml水，搅拌均匀，超声2min可得一 均一分散的黑色溶液，滴加稀HCl至pH值为5左右，再加入1.2ml甜菜碱溶液 (30%)，搅拌6h，用磁铁迫使颗粒沉降，用丙酮洗涤除去其中所含的水，最后得 到的是表面处理过的纳米Fe304和丙酮组成的湿沉淀。该磁性复合粒子的粒径为 12.5nm，饱和磁化强度为45emu/g。取该湿沉淀0.5g分散于10ml[BuMelm]BF4 即l-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中，搅拌均匀，超声2min，加入2ml聚乙二醇 -400，超声2min可得磁流体。 实施例12:工艺步骤与实施例11相同，只是作为载体的离子液体换成[EtEtlm]BF4即 l-乙基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐。 实施例13:工艺步骤与实施例11相同，只是作为载体的离子液体换成[BuEtlm]BF4即 l-丁基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐。 实施例14:工艺步骤与实施例11相同，只是作为载体的离子液体换成[EtPy]BF4即N-乙基吡啶四氟硼酸盐。 实施例15:工艺步骤与实施例11相同，只是作为载体的离子液体换成[BuPy]BF4即 N-丁基吡啶四氟硼酸盐。
权利要求
1.一种离子液体基磁流体，其特征在于由磁性纳米Fe3O4、甜菜碱包覆层和室温离子液体载体组成，其中磁性纳米Fe3O4的粒径为8.9-12.5nm，饱和磁化强度为39-45emu/g。
2. —种离子液体基磁流体的制备方法，采用化学共沉淀法，其特征在于包括以下几个步骤第一步，纳米Fe304的制备取10ml浓度为0.12-0.24mol/L的硝酸铁水溶 液和10ml浓度为0.08-0.16mol/L的硫酸亚铁水溶液，混合并搅拌均匀，在40°C 恒温水浴中，力H入1.6-3.2ml， 25%的氨水，反应15min，升温至60。C，搅拌，用 蒸馏水洗涤生成的黑色沉淀，直至上层液体为中性，得到的黑色沉淀就是纳米 Fe304;第二步，甜菜碱复合粒子的制备向洗涤干净的Fe304湿沉淀中加入30ml 蒸馏水，超声分散得黑色溶液，滴加HCl至pH值为5，将0.6-1.2ml， 30%的甜 菜碱溶液加入分散后的黑色溶液中，搅拌，用丙酮洗涤生成的沉淀；第三步，磁流体的制备取0.5g用丙酮洗涤后的湿沉淀，分散于10ml室温 离子液体中，搅拌均匀，其中的少量丙酮通过加热除去，超声分散，再加入2ml 聚乙二醇-400，超声分散，最终可得室温离子液体基磁流体。
3. 如权利要求2所述的室温离子液体基磁流体的制备方法，其特征在于第 三步中的室温离子液体为[BuMelm]BF4艮卩l-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、 [EtEtlm]BF4即l-乙基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐、[BuEtlm]BF4即l-丁基-3-乙基咪 唑四氟硼酸盐、[EtPy]BF4即N-乙基吡啶四氟硼酸盐或者[BuPy]BF4即N-丁基吡 啶四氟硼酸盐。
全文摘要
本发明涉及一种室温离子液体基磁流体材料及其制备方法，属材料及其制备技术领域。本发明采用化学共沉淀法制得纳米级Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>颗粒，用甜菜碱作为表面活性剂对其进行表面修饰，再均匀分散于室温离子液体中，最终可得到室温离子液体基磁流体。制备过程无须隔绝氧气，得到的Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>粒径小、分布窄且磁性较强。此外，该方法还具有操作简便易行，原料易得廉价，易于广泛应用的特点。
文档编号H01F1/44GK101162634SQ20071004618
公开日2008年4月16日 申请日期2007年9月20日 优先权日2007年9月20日
发明者单永奎, 帆 杨, 董健媛, 燕 薛 申请人:华东师范大学