[发明专利]一种包覆纳米Fe3O4的空心玻璃微珠的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机非金属材料技术领域，具体地指一种包覆纳米Fe₃O₄的空心玻璃微珠的制备方法。

背景技术

四氧化三铁是一类重要的尖晶石类铁氧体，具有许多特性，如光，电，声和磁等，是应用广泛的一种软磁性材料之一，常用作记录材料、颜料、磁流体材料，磁性高分子微球和电子材料等，在生物技术领域和医学领域有着良好的应用前景。目前制备磁性纳米Fe₃O₄的方法主要有水热反应法，中和沉淀法，化学共沉淀法，沉淀氧化法等，其中，化学共沉淀法具有操作简单，环境友好，纯度高，制备出的纳米颗粒均匀，分散性好，磁性强度高，易实现工业化生产等优点。空心玻璃微珠（HGB）是一种新型的无机轻型材料，为空心结构，其主要成分是SiO₂、Al₂O₃等，内部含有气体或为真空，一般粒度在十几到几百微米之间，壁厚为几微米。具有密度小，抗压强度高，介电常数低、隔音，绝热，抗压、电绝缘等优异性能等特点，是一种有着广泛用途，性能优异的轻质材料。利用空心玻璃微珠质轻、中空的特点，对其表面进行包覆改性，能够得到具有电磁性能的复合材料，可以应用在吸波材料，海上石油吸附，磁性分离的应用等方向，具有很好的应用前景。目前采用冻融循环法制备纳米Fe₃O₄包覆空心玻璃微珠的相关技术还没有，现有的在空心玻璃微珠表面进行Fe₃O₄包覆的方法有化学共沉淀法、共沉淀法和一步法，这类方法成本相对较高，或者操作相对复杂，不易实现工业化。

发明内容

本发明的目的是提供一种包覆纳米Fe₃O₄的空心玻璃微珠的制备方法，通过冻融循环法将Fe₃O₄纳米粒子包覆在空心玻璃微珠表面从而对空心玻璃微珠进行包覆改性。

本发明的技术方案：一种包覆纳米Fe₃O₄的空心玻璃微珠的制备方法，包括以下步骤：

将质量比为1:1～1:3的经过清洁处理的空心玻璃微珠与纳米Fe₃O₄磁流体混合密封后进行超声处理后再进行冻融处理，冻融处理过程是首先将混合物在-20℃环境中冷藏，冷藏24h后取出混合物在室温下放置1～3h，将所述冻融处理过程循环3～8次再将混合物过滤后真空干燥即得到纳米Fe₃O₄包覆空心玻璃微珠。

上述方案中的纳米Fe₃O₄磁流体是由共沉淀制得的纳米Fe₃O₄经过磁分离得到的。

上述方案中的共沉淀是指在40℃向FeCl₂·4H₂O和FeCl₃·6H₂O混合溶液中滴加质量浓度为28%的NH₃· H₂O，反应0.5-1h，然后升温至80℃，反应1.5-2.5h，保持溶液的PH值为9～11，同时以900～1100r/min恒定的速度搅拌混合溶液，混合溶液反应完毕后用去离子水清洗至中性。

作为优选方案，FeCl₂·4H₂O和FeCl₃·6H₂O混合溶液中Fe²⁺和Fe³⁺的摩尔比为1:1.4～1:2，混合溶液中Fe²⁺和Fe³⁺的总浓度为0.1～2mol/L。

上述方案中对空心玻璃微珠所做的清洁处理是指将空心玻璃微珠加入到无水乙醇中清洗，清洗之后过滤将得到的空心玻璃微珠加入到0.1～1mol/L的NaOH溶液中超声处理0.5～2h，将超声处理完毕的空心玻璃微珠过滤水洗后再在50℃下真空干燥0.5～4h。

上述方案中的超声处理时间为0.5～2h，超声的功率为100W，工作频率为53kHz。

上述方案中的真空干燥温度为50℃，真空干燥时间为0.5～3h。

上述方案中的磁分离所用的磁铁为第三代稀土永磁钕铁硼磁铁。

本发明更具体的技术方案：一种包覆纳米Fe₃O₄的空心玻璃微珠的制备方法，包括以下步骤：