[發明專利]可重復利用的超順磁性納米粒子及其制造方法

無效

• 申請號: 201210266752.3
• 申請日: 2012-07-30
• 公開（公告）號: CN102897846A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 禹庚子;李錫憲;樸雨映;劉永范
• 申請（專利權）人: 韓國科學技術研究院
• 主分類號: C01G49/06
• 分類號: C01G49/06;C01G49/08;C01G51/00;C01G53/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 韓明星;劉燦強

技術領域

本說明書涉及超順磁性納米粒子及其制造方法。具體地講，所述超順磁性納米粒子具有滲透驅動特性，在水中具有高分散性，并且可重復利用。這些納米粒子可作為溶質應用于水處理系統或用于海水淡化。

背景技術

為了為水資源的缺乏或耗盡做準備，當前已經進行了通過滲透膜過濾工藝淡化海水或處理廢水的研究。這樣的水處理采用反滲透膜過濾或正滲透膜過濾。反滲透膜過濾工藝采用加壓式，這導致高能耗。因此，近來，正滲透膜過濾工藝是優選的。

然而，正滲透膜過濾也具有待解決的主要問題。在執行正滲透膜過濾之后從滲透驅動溶液回收溶質的方法中，發現了其中一個問題。使用碳酸銨作為驅動溶液的溶質的研究正在積極地進行。在使用后，這種材料通過分解成氣體然后進行收集而具有可重復利用的優點。然而，該方法也具有導致相當大的能耗以及產生對環境有害并且有毒的氨氣的缺點。

為了克服這些缺點，新加坡大學的Ming?M.L.等首次報道了如下的研究：使用可分散在水中的超順磁性納米粒子作為溶質來驅動正滲透，并且使用磁場從驅動溶液收集超順磁性納米粒子來重復利用(Ing.Eng.Chem.Res.，2010，49，5869-5876)。關于此文獻，將Fe(acac)₃前驅物與2-吡咯烷、三甘醇或三甘醇/聚丙烯酸的混合物在245℃以上的高溫下回流，以制造可分散在水中的氧化鐵超順磁性納米粒子。這里，由Fe(acac)₃前驅物與三甘醇/聚丙烯酸的混合物制造并且具有與聚丙烯酸配合的表面的超順磁性氧化鐵納米粒子顯示出最優異的分散性和滲透作用。在使用鹽水的初次淡化實驗中，它表現出7.5LMH(L·m^-2·hr^-1)的滲透通量。然而，在此文獻中也發現對可重復利用性的若干限制。即，導致了超順磁性納米粒子的聚集，從而使在磁場下回收的納米粒子的尺寸由回收前的21nm增加到回收之后的50.8nm，因此在二次淡化實驗中滲透通量降至2LMH。此外，Ming的研究在245℃的高溫下采用昂貴的Fe(acac)₃前驅物執行合成，因此它是不經濟的。

滲透作用與溶解或者分散于水中的溶質的重量克分子滲透濃度成比例地增加。因此，溶解或分散于水中以提供更多溶質并且更易于回收和重復利用的材料在經濟和生態環境友好方面表現出優點。納米粒子具有結合在其表面上的許多有機分子，因此納米粒子的水分散性和重量克分子滲透濃度成正比關系，直至臨界濃度。超順磁性納米粒子的水分散性由在水中的流體動力學尺寸來確定，納米粒子優選地具有小于20nm的尺寸并且表現出單分散分布。

通常，當磁性納米晶體的尺寸超過20nm時，該納米晶體具有鐵磁性或亞鐵磁性，這使得控制磁性納米粒子的聚集是不可能的。通過傳統的共沉淀方法合成的氧化鐵納米粒子可具有小于20nm的尺寸，但是由于高表面能和較少的表面電荷而會聚集。因此，已知的是，磁性納米粒子的流體動力學尺寸分布大且寬。

同時，如最近所報道的，在非極性有機溶劑中合成的疏水超順磁性納米粒子在尺寸上表現出單分散分布，并且在非極性有機溶劑中分散良好，但在水中不分散。為了使疏水超順磁性納米粒子具有水分散性，它們必須經過表面改性工藝，但表面改性復雜且不經濟。并且，即使在表面改性之后，也難以具有流體動力學單分散性。此外，在需要大量低成本材料的諸如海水淡化的工藝中，經濟性和實用性應當具有優先性。

發明內容

因此，為了解決現有技術的這些缺陷，詳細描述的一個方面在于提供具有高表面電荷、均一的粒子尺寸和優異的水分散性，即，表現出等于或小于20nm的小流體動力學尺寸和單分散分布的超順磁性納米粒子及其制造方法。

詳細描述的另一方面在于提供超順磁性納米粒子，所述超順磁性納米粒子即使在磁場下回收也在再分散時保持優異的分散性，借此，所述超順磁性納米粒子表現出高的滲透驅動特性和可重復利用性。

詳細描述的另一方面在于使用最價廉的前驅物通過在室溫下的反應提供具有最好的分散性的超順磁性納米粒子。

詳細描述的另一方面在于提供能夠經濟且實用地用作用于水處理(例如，海水淡化)的溶質的超順磁性納米粒子。

為了實現根據本說明書目的的這些和其他優點，如在此寬泛地描述和實現的，提供了一種納米粒子，該納米粒子包括在尺寸上等于或小于20nm的超順磁性納米晶體和包含3至5個羧基的分子，其中，所述分子結合到超順磁性納米晶體的表面。