專利名稱：表面負(fù)載磁性Fe₃O₄納米粒子膠態(tài)碳球的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米/微米尺度碳球材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及表面負(fù)載磁性 Fe3O4納米粒子膠態(tài)碳球的制備方法。
背景技術(shù)：
自從發(fā)現(xiàn)C6tl和碳納米管以來，在世界范圍內(nèi)便開展了對碳素材料的全面研究。不同形貌碳材料在許多方面有著潛在的應(yīng)用價值，因此具有獨特結(jié)構(gòu)的碳材料已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注。許多不同形貌碳材料如碳蔥、碳錐、碳珠、碳球等已經(jīng)被成功地合成。在這些不同形貌的碳材料中，碳球作為一種新型材料由于其類似于富勒烯或石墨性質(zhì)而受到重視。這些相似性質(zhì)使得碳球廣泛應(yīng)用于金剛石膜的制備、潤滑材料、特殊橡膠添加劑、高強復(fù)合材料、吸附劑、鋰離子二次電池負(fù)極材料和催化劑的載體等。到目前為止，尺寸大小從納米級到微米級和結(jié)構(gòu)不同的球形碳材料已經(jīng)成功地通過不同的方法制備出來。此外，碳球按照其尺寸大小分為富勒烯Cn族，碳蔥Qnm 20nm)，碳球(50nm 1 μ m)和碳珠(> 1 μ m) ο目前制備碳球的方法很多，包括化學(xué)氣相沉積法、碳源和催化劑的高溫分解、電弧等離子體技術(shù)、混合價氧化物催化碳化、模板法和溶劑熱法等。其中，溶劑熱法是合成具有特殊結(jié)構(gòu)和性能化合物與新材料的一種有效方法。清華大學(xué)的李亞棟等用水熱法在200°C 以下的低溫，以葡萄糖作碳源合成了帶有羥基和羰基等功能團的膠狀碳球，這些表面有活性基團的碳球可與其它離子作用形成表面負(fù)載金屬的碳球，但這種表面負(fù)載金屬的碳球合成需要另外添加金屬鹽溶液及合成過程需要分布進行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種操作簡便、條件易控、經(jīng)濟的可用于大規(guī)模生產(chǎn)、純度高、球形好、尺寸可調(diào)的表面負(fù)載磁性!^e3O4納米粒子膠態(tài)碳球的制備方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)表面負(fù)載磁性!^e3O4納米粒子膠態(tài)碳球的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)將二茂鐵甲酸分散在無水乙醇中，控制二茂鐵甲酸在無水乙醇中的濃度為 1. 25mg/mL 8. 75mg/mL ；(2)將步驟(1)得到的混合物加入到反應(yīng)釜中；(3)將反應(yīng)釜置于控溫爐中加熱到140 180°C反應(yīng)4 28小時，取出容器，自然冷卻至室溫，得到黑色產(chǎn)物，洗滌，離心分離，即得所需產(chǎn)品。所述的二茂鐵甲酸的純度不低于化學(xué)純。步驟(3)中所述的洗滌采用無水乙醇、無水乙醇和丙酮依次洗滌2 4次。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明操作簡便、條件易控、經(jīng)濟的可用于大規(guī)模生產(chǎn)膠態(tài)碳球制備，用一步負(fù)載膠態(tài)碳球表面負(fù)載磁性I^e3O4納米粒子，該方法能夠制備出純度高、球形好、尺寸可調(diào)的膠態(tài)碳球，并且其表面負(fù)載磁性!^e3O4納米粒子，并且磁性納米粒子的負(fù)載量可調(diào)，在靶向藥物，免疫醫(yī)學(xué)，分離技術(shù)等方面有較大的應(yīng)用潛力，具體包括以下優(yōu)點(1)本發(fā)明實現(xiàn)了在一步合成膠態(tài)碳球同時表面負(fù)載磁性!^e3O4納米粒子，并且負(fù)載量可調(diào)節(jié)，簡化了實驗過程。(2)本發(fā)明不使用任何催化劑、添加劑及金屬鹽溶液，因此本發(fā)明具有經(jīng)濟、成本廉價的特點。(3)采用本發(fā)明的方法可以制備出純度高、球形好、尺寸可調(diào)的表面負(fù)載磁性 Fe3O4納米粒子的膠態(tài)碳球。(4)本發(fā)明工藝參數(shù)可調(diào)，整個制備過程操作簡便，條件易控，而且產(chǎn)物后處理方便，因此易于大規(guī)模的生產(chǎn)。(5)本發(fā)明在制備時不產(chǎn)生對環(huán)境有污染的副產(chǎn)物，符合可持續(xù)發(fā)展要求，是一種環(huán)保型合成工藝。


圖1為實施例1得到產(chǎn)品的SEM照片；圖2為實施例1得到產(chǎn)品的TEM照片；圖3為實施例2得到產(chǎn)品的SEM照片；
圖4為實施例2得到產(chǎn)品的TEM照片；圖5為實施例2得到產(chǎn)品的XRD圖；圖6為實施例2得到產(chǎn)品的VSM圖；圖7為實施例6得到產(chǎn)品的TEM照片；圖8為實施例7得到產(chǎn)品的TEM照片；
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。實施例1表面負(fù)載磁性!^e3O4納米粒子膠態(tài)碳球的制備方法，包括以下步驟(1)將30mg 二茂鐵甲酸分散在8mL無水乙醇中。(2)把步驟(1)得到的混合物加入到容積為13mL的反應(yīng)釜中。(3)將步驟O)中裝有混合物的反應(yīng)釜置于控溫爐中加熱到160°C反應(yīng)M小時， 取出容器，自然冷卻至室溫。得到黑色產(chǎn)物，用無水乙醇和丙酮依次洗滌合成產(chǎn)物，離心分離，即得所需產(chǎn)物。圖1和圖2為此反應(yīng)條件所得產(chǎn)物的SEM和TEM圖，由圖中可以看出，膠態(tài)碳球的平均尺寸約為lOOnm。實施例2表面負(fù)載磁性!^e3O4納米粒子膠態(tài)碳球的制備方法，包括以下步驟(1)將50mg 二茂鐵甲酸分散在8mL無水乙醇中。(2)把步驟(1)得到的混合物加入到容積為13mL的反應(yīng)釜中。
(3)將步驟O)中裝有混合物的反應(yīng)釜置于控溫爐中加熱到160°C反應(yīng)M小時， 取出容器，自然冷卻至室溫。得到黑色產(chǎn)物，用無水乙醇和丙酮依次洗滌合成產(chǎn)物，離心分離，即得所需產(chǎn)物。圖3和圖4為此反應(yīng)條件所得產(chǎn)物的SEM和TEM圖，膠態(tài)碳球的平均尺寸約為 150nm。從TEM圖上可以看出，在膠態(tài)碳球的表面負(fù)載有磁性!^e3O4納米粒子。圖5和圖6 為此反應(yīng)條件所得產(chǎn)物的XRD和VSM圖。從圖中可以判定負(fù)載納米粒子為狗304，并且此納米粒子具有超順磁性的效應(yīng)。實施例3表面負(fù)載磁性!^e3O4納米粒子膠態(tài)碳球的制備方法，包括以下步驟(1)將70mg 二茂鐵甲酸分散在8mL無水乙醇中。(2)把步驟(1)得到的混合物加入到容積為13mL的反應(yīng)釜中。(3)將步驟O)中裝有混合物的反應(yīng)釜置于控溫爐中加熱到160°C反應(yīng)M小時， 取出容器，自然冷卻至室溫。得到黑色產(chǎn)物，用無水乙醇和丙酮依次洗滌合成產(chǎn)物，離心分離，即得所需產(chǎn)物。此反應(yīng)條件所得膠態(tài)碳球的平均尺寸約為200nm。實施例4表面負(fù)載磁性!^e3O4納米粒子膠態(tài)碳球的制備方法，包括以下步驟(1)將50mg 二茂鐵甲酸分散在8mL無水乙醇中。(2)把步驟(1)得到的混合物加入到容積為13mL的反應(yīng)釜中。(3)將步驟⑵中裝有混合物的反應(yīng)釜置于控溫爐中加熱到160°C反應(yīng)4小時，取出容器，自然冷卻至室溫。得到黑色產(chǎn)物，用無水乙醇和丙酮依次洗滌合成產(chǎn)物，離心分離， 即得所需產(chǎn)物。此反應(yīng)條件所得膠態(tài)碳球的平均尺寸約為400nm。實施例5表面負(fù)載磁性!^e3O4納米粒子膠態(tài)碳球的制備方法，包括以下步驟(1)將50mg 二茂鐵甲酸分散在8mL無水乙醇中。(2)把步驟(1)得到的混合物加入到容積為13mL的反應(yīng)釜中。(3)將步驟O)中裝有混合物的反應(yīng)釜置于控溫爐中加熱到160°C反應(yīng)28小時， 取出容器，自然冷卻至室溫。得到黑色產(chǎn)物，用無水乙醇和丙酮依次洗滌合成產(chǎn)物，離心分離，即得所需產(chǎn)物。此反應(yīng)條件所得膠態(tài)碳球的平均尺寸約為150nm。實施例6表面負(fù)載磁性!^e3O4納米粒子膠態(tài)碳球的制備方法，包括以下步驟(1)將50mg 二茂鐵甲酸分散在8mL無水乙醇中。(2)把步驟(1)得到的混合物加入到容積為13mL的反應(yīng)釜中。(3)將步驟O)中裝有混合物的反應(yīng)釜置于控溫爐中加熱到140°C反應(yīng)M小時， 取出容器，自然冷卻至室溫。得到黑色產(chǎn)物，用無水乙醇和丙酮依次洗滌合成產(chǎn)物，離心分離，即得所需產(chǎn)物。圖7為此反應(yīng)條件所得產(chǎn)物的TEM圖。膠態(tài)碳球的平均尺寸約為150nm。從TEM圖上可以看出，反應(yīng)溫度在140°C時，膠態(tài)碳球的表面比較光滑，負(fù)載的磁性!^e3O4納米粒子較少。實施例7表面負(fù)載磁性!^e3O4納米粒子膠態(tài)碳球的制備方法，包括以下步驟(1)將50mg 二茂鐵甲酸分散在8mL無水乙醇中。(2)把步驟(1)得到的混合物加入到容積為13mL的反應(yīng)釜中。(3)將步驟O)中裝有混合物的反應(yīng)釜置于控溫爐中加熱到180°C反應(yīng)M小時， 取出容器，自然冷卻至室溫。得到黑色產(chǎn)物，用無水乙醇和丙酮依次洗滌合成產(chǎn)物，離心分離，即得所需產(chǎn)物。圖8此反應(yīng)條件所得產(chǎn)物的TEM圖。膠態(tài)碳球的平均尺寸約為250nm。從TEM圖上可以看出，反應(yīng)溫度在180°C時，膠態(tài)碳球的表面光滑度下降，表面較粗糙，負(fù)載的磁性 Fe3O4納米粒子增多。
權(quán)利要求
1.表面負(fù)載磁性!^e3O4納米粒子膠態(tài)碳球的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)將二茂鐵甲酸分散在無水乙醇中，控制二茂鐵甲酸在無水乙醇中的濃度為 1. 25mg/mL 8. 75mg/mL ；(2)將步驟(1)得到的混合物加入到反應(yīng)釜中；(3)將反應(yīng)釜置于控溫爐中加熱到140 180°C反應(yīng)4 觀小時，取出容器，自然冷卻至室溫，得到黑色產(chǎn)物，洗滌，離心分離，即得所需產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面負(fù)載磁性!^e3O4納米粒子膠態(tài)碳球的制備方法，其特征在于，所述的二茂鐵甲酸的純度不低于化學(xué)純。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面負(fù)載磁性!^e3O4納米粒子膠態(tài)碳球的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述的洗滌采用無水乙醇、無水乙醇和丙酮依次洗滌2 4次。
全文摘要
本發(fā)明涉及表面負(fù)載磁性Fe3O4納米粒子膠態(tài)碳球的制備方法，將二茂鐵甲酸分散在無水乙醇中，得到的混合物加入到反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜置于控溫爐中加熱到140～180℃反應(yīng)4～28小時，取出容器，自然冷卻至室溫，得到黑色產(chǎn)物，洗滌，離心分離，即得所需產(chǎn)品。本發(fā)明工藝參數(shù)可調(diào)，整個制備過程操作簡便，條件易控，而且產(chǎn)物后處理方便，因此易于大規(guī)模的生產(chǎn)，在制備時不產(chǎn)生對環(huán)境有污染的副產(chǎn)物，符合可持續(xù)發(fā)展要求，是一種環(huán)保型合成工藝，所得產(chǎn)物膠態(tài)碳球純度較高，尺寸均在納米級別，單分散性良好；負(fù)載的磁性納米粒子負(fù)載量可調(diào)，具有超順磁性的性質(zhì)，在靶向藥物，分離技術(shù)中具有較高的應(yīng)用潛力。
文檔編號B01J13/02GK102463088SQ201010530890
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者吳慶生, 王荔祖, 袁品仕 申請人:同濟大學(xué)