[發(fā)明專利]一種親水磁性納米材料的制備方法及應用

有效

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• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108384573B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發(fā)明（設計）人: 何林;李泓達;李鑫鋼;隋紅;周涇涇;張自生
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C10G29/16
• 分類號: C10G29/16;C01G49/08;H01F1/44;H01F41/02
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 趙瑤瑤

本發(fā)明屬于納米材料技術領域，主要涉及一種親水磁性納米材料的制備方法及應用，包括四氧化三鐵納米流體的制備、聚乙二醇(PEG)改性γ?(2,3?環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH560)的合成、PEG改性硅烷在四氧化三鐵納米顆粒表面的修飾及應用實例。其制備過程工藝簡單，生產成本低廉，無副產物產生，制得的納米顆粒約16nm，具有粒度均一、磁響應好、親水性好、無毒、環(huán)境友好等優(yōu)點。由制得納米顆粒均勻分散得到的納米流體可以顯著降低油?水界面張力，并且可以提高固體礦物表面潤濕性，顯示其在油固分離、三次采油、藥物載體以及聚合物驅油等領域的良好應用前景。

技術領域

本發(fā)明涉及納米材料技術領域，特別涉及一種親水磁性納米材料的制備方法以及應用過程。

背景技術

隨著世界范圍內常規(guī)化石能源儲量的減少，非常規(guī)化石能源占能源比重越來越大，目前工業(yè)利用非常規(guī)化石能源的方法主要為化學試劑輔助水洗法。然而傳統(tǒng)的化學輔助水洗法會消耗大量熱能與化學添加劑且會生成難以處理后續(xù)利用的乳液。為了降低過程能耗與水耗，新型高效的方法不斷涌現。納米流體驅替法以其低濃度、高穩(wěn)定性、高活性等優(yōu)點引起了越來越多的關注。然而納米顆粒在驅替過后很難與溶液分離再回收利用，這無疑影響著產品的質量及過程的經濟性和工業(yè)化。近年來具有兩種或多種響應的新材料不斷被開發(fā)出來，多響應的性質豐富了對于材料回收利用的靈活性。其中納米磁流體是一種既具有納米流體的優(yōu)良性質又具備磁性分離性質的材料，磁性可以用于納米材料的回收利用過程。

納米磁流體是指磁性納米顆粒分散在溶劑中形成的固相納米級、固液兩相均一穩(wěn)定混合的膠體懸浮液，在重力場下不發(fā)生分層沉淀。它是一種兼具液體的流動性與固體磁性材料對磁場的響應特性的一種新型功能材料。因此，其被廣泛應用于化工、生物和臨床醫(yī)學等多個領域。而納米磁流體的核心為分散相磁性納米顆粒，在眾多磁性納米顆粒中，四氧化三鐵納米顆粒具有飽和磁強大(70emu/g)，常溫下表現出超順磁性，即無矯頑力和剩磁的性質，因而作為研究的熱點。

然而單純裸露的四氧化三鐵納米核由于其高比表面能常常發(fā)生團聚現象。為了穩(wěn)定分散納米流體，常常采用超聲、表面活性劑復配、表面修飾等手段，其中表面修飾技術由于其在防止四氧化三鐵被氧化的同時可以靈活的選擇修飾基團性質而備受關注。專利CN107469796 A提出一種利用酸固化技術將木質素酚醛修飾到四氧化三鐵表面制得核殼型微球的技術，將木質素所具備的染料吸附性能賦予磁性微球。專利CN 107417914 A采用表面聚合法將吡咯單體在四氧化三鐵聚合，制得的磁性復合材料既具備四氧化三鐵的磁性，也具備聚吡咯的優(yōu)良電性能。

為了強化重油從礦物表面剝離過程以及延緩四氧化三鐵納米顆粒氧化過程，選擇一種既具有一定表面活性又可以提高礦物表面親水性的材料是關鍵。聚乙二醇(PEG)憑借其良好的生物相容性、水潤濕性以及驅油能力已被應用于生物醫(yī)藥載體表面修飾以及聚合物強化三次采油等研究。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供一種親水磁性納米材料的制備方法及應用，本發(fā)明首次將親水四氧化三鐵納米顆粒應用于油固分離過程，在保證良好的重油回收效率的同時具備磁性分離的性質。本發(fā)明合成得到的親水磁性納米材料不僅具有較好的磁響應，又可以強化重質油從礦物表面剝離過程，從而降低了操作成本，具有很好的應用前景。

本發(fā)明實現目的的技術方案如下：

一種親水磁性納米材料的制備方法，步驟如下

⑴四氧化三鐵納米流體的制備：含Fe³⁺鹽和Fe²⁺鹽混合鹽前驅體溶液在40-80℃、惰性氣體環(huán)境下緩慢滴加沉淀溶劑，沉淀5-30min即得到產物四氧化三鐵納米顆粒，產物經磁鐵吸引后醇洗、水洗各兩遍，然后分散在pH＝8.5-9.5堿液中，超聲10-30min制成四氧化三鐵納米流體；