專利名稱：超疏水磁性粉末的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及疏水材料的制備方法。
背景技術(shù)：
超疏水材料在工業(yè)農(nóng)業(yè)和國防等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，最近，其超疏水和超 親油的性能更是在環(huán)境保護(hù)中受到關(guān)注。超疏水材料主要制備原理包括對粗糙表面用低表 面能物質(zhì)進(jìn)行修飾，或者在低表面能物質(zhì)上構(gòu)建粗糙表面。在超疏水材料的制備方法上主 要有模板法、刻蝕法、氣相沉積法和光化學(xué)法等等，但這些方法都存在著操作復(fù)雜，條件要 求苛刻，儀器設(shè)備復(fù)雜等缺點(diǎn)。目前，超疏水材料主要應(yīng)用在材料表面自清潔、防污染等領(lǐng) 域。而在環(huán)境保護(hù)和油水分離方面的應(yīng)用還沒有考慮超疏水材料在實(shí)際應(yīng)用方面的可操作 性和快捷性。ANGEffANGTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION 雜志(2004，43，2012-2014)曾報道 過的一篇采用噴涂法制備的超疏水和超親油的一種表面膜。此種方法使用的材料設(shè)備復(fù) 雜，制備過程和方法復(fù)雜難操控，同時制備的超疏水表面膜在實(shí)際應(yīng)用中缺乏可操作性。Nature nanotechnology 雜志(2008，3，332-336)曾報道了一篇使用 Mn02 納米線 制成的薄膜具有超疏水和超親水可控效果的性能，而且此薄膜可以吸附較材料本身20倍 重的有機(jī)物。這種具有可控性的納米薄膜可以選擇性吸附不同的有機(jī)物，但在實(shí)際使用中 不適合大規(guī)模大面積的處理，實(shí)際可操作性較差，而且回收吸附有機(jī)物的薄膜也是一個難 點(diǎn)ο綜上所述，現(xiàn)有方法制備的超疏水材料存在工藝復(fù)雜、難以分離的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為了解決現(xiàn)有方法制備的超疏水材料工藝復(fù)雜、難以分離的問題； 而提供超疏水磁性粉末的制備方法。本發(fā)明中超疏水磁性粉末的制備方法是按下述步驟進(jìn)行的一、將磁性粉體置 于含有能與磁性粉體發(fā)生置換反應(yīng)的金屬離子鹽的溶液中，溶液中金屬離子的濃度為 0.01 l.Omol/L，室溫下攪拌反應(yīng)1 60min，然后用去離子水洗滌至pH值為中性，烘干； 二、將經(jīng)步驟一處理的磁性粉體置于濃度為0. 01 1. Omol/L月桂酸溶液中浸泡0. 5h 2h，月桂酸溶液中的溶劑為乙醇、甲醇、丙酮或甲苯，過濾后烘干得到超疏水磁性粉體材料。 該方法具有超疏水和超親油的特征。利用此方法制成的超疏水磁性材料可以在磁場作用下 快速分離水和疏水性有機(jī)物。本發(fā)明采用的原材料價格低廉，制作方法簡便，用磁鐵等可將 吸附有機(jī)物的超疏水磁性材料快速分離出來，使用便捷，適合大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明超疏水磁性粉末的制備方法還可按下述步驟進(jìn)行的步驟一、將醋酸鐵、醋 酸鈷或醋酸鎳置于石英管中，在空氣或氬氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為300 800°C，燒結(jié)時間 為1 24小時，然后冷卻，得到黑色粉末；步驟二、將步驟一得到的黑色粉末置于濃度為 0. 01mol/L 1. 0mol/L有機(jī)硅氧烷溶液中浸泡0. 5h 2h，有機(jī)硅氧烷溶液中的溶劑為乙醇、甲醇、丙酮或甲苯，然后過濾，烘干后得到超疏水磁性粉末。該方法具有超疏水和超親油 的特征。利用此方法制成的超疏水磁性材料可以在磁場作用下快速分離水和疏水性有機(jī) 物。本發(fā)明采用的原材料價格低廉，制作方法簡便，用磁鐵等可將吸附有機(jī)物的超疏水磁性 材料快速分離出來，使用便捷，適合大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1是水滴(6ml)在超疏水微米鐵粉材料表面的接觸角示意圖；圖2是水滴(6ml) 在超疏水納米鐵粉材料表面的接觸角示意圖；圖3是水滴(6ml)在超疏水納米Fe2O3-C材 料表面的接觸角示意圖；圖4是水滴(6ml)在超疏水納米MO-C材料表面的接觸角示意圖； 圖5是水滴(6ml)在超疏水納米CoO-C材料表面的接觸角示意圖；圖6是油滴(4ml)在超 疏水納米Fe2O3-C材料表面的接觸滲透流程示意圖；圖7是將油紅染料染色后的潤滑油在水 中的狀態(tài)圖；圖8是加入超疏水磁性CoO-C粉末后的圖；圖9是去除超疏水磁性CoO-C粉末 圖；圖10是去除超疏水磁性CoO-C粉末后的狀態(tài)圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式中超疏水磁性粉末的制備方法是按下述步驟進(jìn)行 的一、將磁性粉體置于含有能與磁性粉體發(fā)生置換反應(yīng)的金屬離子鹽的溶液中，溶液中金 屬離子的濃度為0. 01 1. Omol/L，室溫下攪拌反應(yīng)1 60min，然后用去離子水洗滌至pH 值為中性，烘干；二、將經(jīng)步驟一處理的磁性粉體置于濃度為0. 01 1. Omol/L月桂酸溶液 中浸泡0. 5h 2h，月桂酸溶液中的溶劑為乙醇、甲醇、丙酮或甲苯，過濾后烘干得到超疏水 磁性粉體材料。按本實(shí)施方式方法制備的超疏水磁性粉體材料均勻撒在水和疏水性有機(jī)物表面， 進(jìn)行適當(dāng)攪拌可見磁性粉體不會沉落液底而漂浮在液面，并對有機(jī)物進(jìn)行選擇性吸附，然 后使用磁鐵等可將吸附有機(jī)物的超疏水磁性材料快速分離出來，實(shí)現(xiàn)了操作簡便的油/水 分離方法。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中烘干的溫度 為80 90°C，烘干所用的時間為1 3h。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是步驟二中烘干的 溫度為80 90°C，烘干所用的時間為3 8h。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一或二相 同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三之一不同的是步驟一所述 的磁性粉體為微米級鐵粉或納米級鐵粉，含有能與磁性粉體發(fā)生置換反應(yīng)的金屬離子鹽的 溶液為CuSO4溶液。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至三之一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三之一不同的是步驟一所述 的磁性粉體為微米級鈷粉或納米級鈷粉，含有能與磁性粉體發(fā)生置換反應(yīng)的金屬離子鹽的 溶液為AgNO3溶液。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至三之一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三之一不同的是步驟一所述 的磁性粉體為微米級鎳粉或納米級鎳粉，含有能與磁性粉體發(fā)生置換反應(yīng)的金屬離子鹽的 溶液為AgNO3溶液。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至三之一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式中超疏水磁性粉末的制備方法是按下述步驟進(jìn)行 的步驟一、將醋酸鐵、醋酸鈷或醋酸鎳置于石英管中，在空氣或氬氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為 300 800°C，燒結(jié)時間為1 24小時，然后冷卻，得到黑色粉末；步驟二、將步驟一得到的 黑色粉末置于濃度為0. 01mol/L 1. Omol/L有機(jī)硅氧烷溶液中浸泡0. 5h 2h，有機(jī)硅氧 烷溶液中的溶劑為乙醇、甲醇、丙酮或甲苯，然后過濾，烘干后得到超疏水磁性粉末。按本實(shí)施方式方法制備的超疏水磁性粉體材料均勻撒在水和疏水性有機(jī)物表面， 進(jìn)行適當(dāng)攪拌可見磁性粉體不會沉落液底而漂浮在液面，并對有機(jī)物進(jìn)行選擇性吸附，然 后使用磁鐵等可將吸附有機(jī)物的超疏水磁性材料快速分離出來，實(shí)現(xiàn)了操作簡便的油/水 分離方法。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
七不同的是步驟二中烘干的溫度 為80 90°C，烘干所用的時間為3 5h。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
七相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式中超疏水磁性粉末的制備方法是按下述步驟進(jìn)行 的一、將5. Og 3. 4 μ m的鐵粉置于200mL濃度為0. 02mol/L CuSO4溶液中，室溫下攪拌反 應(yīng)30min，然后用去離子水洗滌至pH值為中性，在80°C條件下烘干；二、將經(jīng)步驟一處理的 磁性粉體置于濃度為0. 005mol/L月桂酸乙醇溶液中浸泡2h，過濾后烘干得到超疏水磁性 粉體材料。本實(shí)施方式制得的超疏水磁性粉體材料接觸角CA = 159° (圖1)。使用小盆盛些許水，在水面上滴幾滴食用油，待有機(jī)物暈開之后，取少許制備好的 超疏水鐵粉撒于液面上，鐵粉不下沉，浮于水面上，并與有機(jī)物有較好的親和效果，使用磁 鐵將吸附有機(jī)物的超疏水鐵粉分離，很快使液面變得干凈，達(dá)到了水和有機(jī)物分離的效果。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式中超疏水磁性粉末的制備方法是按下述步驟進(jìn)行 的一、將3. Og IOOnm的鐵粉置于200mL濃度為0. 03mol/L CuSO4溶液中，室溫下攪拌反應(yīng) 40min，然后用去離子水洗滌至pH值為中性，在80°C條件下烘干；二、將經(jīng)步驟一處理的磁 性粉體置于濃度為0. 005mol/L月桂酸乙醇溶液中浸泡50min，過濾后烘干得到超疏水磁性 粉體材料。本實(shí)施方式制得的超疏水磁性粉體材料接觸角CA = 158° (圖2)。使用小盆盛些許水，在水面上滴幾滴石油醚，待有機(jī)物暈開之后，取少許制備好的 超疏水納米鐵粉撒于液面上，鐵粉不下沉，浮于水面上，與水面上的有機(jī)物形成較好的親和 效果，使用磁鐵將吸附有機(jī)物的超疏水納米鐵粉分離，使液面很快變得干凈，達(dá)到了水和有 機(jī)物分離的效果。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式中超疏水磁性粉末的制備方法是按下述步驟進(jìn)行 的一、將3. Og 200nm的鈷粉置于200mL濃度為0. 01mol/L AgNO3溶液中，室溫下攪拌反應(yīng) 20min，然后用去離子洗滌至pH值為中性，在80°C條件下烘干；二、將經(jīng)步驟一處理的磁性 粉體置于濃度為0. 005mol/L月桂酸乙醇溶液中浸泡50min，過濾后烘干得到超疏水磁性粉 體材料。使用小盆盛些許水，在水面上滴幾滴石油醚，待有機(jī)物暈開之后，取少許制備好的 超疏水磁性鈷粉撒于液面上，粉體不下沉，浮于水面上，與水面上的有機(jī)物形成較好的親和 效果，使用磁鐵將吸附有機(jī)物的超疏水納米鈷粉分離，使液面很快變得干凈，達(dá)到了水和有 機(jī)物分離的效果。
具體實(shí)施方式
十二 本實(shí)施方式中超疏水磁性粉末的制備方法是按下述步驟進(jìn)行 的一、將3. Og IOOnm的鎳粉置于200mL濃度為0. 02mol/L AgNO3溶液中，室溫下攪拌反應(yīng) 30min，然后用去離子洗滌至pH值為中性，在80°C條件下烘干；二、將經(jīng)步驟一處理的磁性 粉體置于濃度為0. 01mol/L月桂酸乙醇溶液中浸泡60min，過濾后烘干得到超疏水磁性粉 體材料。使用小盆盛些許水，在水面上滴幾滴石油醚，待有機(jī)物暈開之后，取少許制備好的 超疏水磁性鎳粉撒于液面上，粉體不下沉，浮于水面上，與水面上的有機(jī)物形成較好的親和 效果，使用磁鐵將吸附有機(jī)物的超疏水納米鎳粉分離，使液面很快變得干凈，達(dá)到了水和有 機(jī)物分離的效果。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式中超疏水磁性粉末的制備方法是按下述步驟進(jìn)行 的步驟一、將5. Og醋酸鐵置于石英管中，在氬氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為600°C，燒結(jié)時間為 1小時，然后冷卻，得到黑色粉末；步驟二、將步驟一得到的黑色粉末置于濃度為0. 01mol/L 有機(jī)硅氧烷乙醇溶液中浸泡lh，有機(jī)硅氧烷溶液中的溶劑為丙酮，然后過濾，烘干后得到超 疏水磁性Fe2O3-C粉末(粒徑在30 200nm)。本實(shí)施方式制得的超疏水磁性粉體材料接觸角CA = 162° (圖3)。4 μ 1油滴滴在超疏水材料表面的滲透過程見圖6。油滴在材料表面整個滲透過程 只需要4s，說明超疏水材料具有良好的親油性，適合用來進(jìn)行水油分離。使用小盆盛些許水，在水面上滴幾滴石油醚，待有機(jī)物暈開之后，取少許制備好的 超疏水磁性Fe2O3-C粉末撒于液面上，粉體不下沉，浮于水面上，與水面上的有機(jī)物膜形成 較好的親和效果，使用磁鐵將吸附有機(jī)物的超疏水納米Fe2O3-C粉末分離，使液面很快變得 干凈，達(dá)到了水和有機(jī)物分離的效果。
具體實(shí)施方式
十四本實(shí)施方式中超疏水磁性粉末的制備方法是按下述步驟進(jìn)行 的步驟一、將5. Og醋酸鎳置于石英管中，在氬氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為400°C，燒結(jié)時間為 1小時，然后冷卻，得到黑色粉末；步驟二、將步驟一得到的黑色粉末置于濃度為0. 01mol/L 有機(jī)硅氧烷乙醇溶液中浸泡lh，有機(jī)硅氧烷溶液中的溶劑為甲苯，然后過濾，烘干后得到超 疏水磁性NiO-C粉末(粒徑在50-250nm)。本實(shí)施方式制得的超疏水磁性粉體材料接觸角CA = 152° (圖4)使用小盆盛些許水，在水面上滴幾滴石油醚，待有機(jī)物暈開之后，取少許制備好的 超疏水磁性NiO-C粉末撒于液面上，粉體不下沉，浮于水面上，與水面上的有機(jī)物膜形成較 好的親和效果，使用磁鐵將吸附有機(jī)物的超疏水納米MO-C粉末分離，使液面很快變得干 凈，達(dá)到了水和有機(jī)物分離的效果。
具體實(shí)施方式
十五本實(shí)施方式中超疏水磁性粉末的制備方法是按下述步驟進(jìn)行 的步驟一、將5. Og醋酸鈷置于石英管中，在氬氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為400°C，燒結(jié)時間為 1小時，然后冷卻，得到黑色粉末；步驟二、將步驟一得到的黑色粉末置于濃度為0. 01mol/L 有機(jī)硅氧烷乙醇溶液中浸泡lh，有機(jī)硅氧烷溶液中的溶劑為乙醇，然后過濾，烘干后得到超 疏水磁性CoO-C粉末(粒徑在30-250nm)。本實(shí)施方式制得的超疏水磁性粉體材料接觸角CA = 162° (圖5)使用小盆盛些許水，在水面上滴入經(jīng)油紅染料染色后的潤滑油，待有機(jī)物暈開之 后(見圖7)，取少許制備好的超疏水磁性CoO-C粉末撒于液面上，粉體不下沉，浮于水面上，與水面上的有機(jī)物膜形成較好的親和效果(見圖8)，使用磁鐵將吸附有機(jī)物的超疏水納米 CoO-C粉末分離(見圖9)，使液面很快變得干凈(見圖10)，達(dá)到了水和有機(jī)物分離的效果。
權(quán)利要求
超疏水磁性粉末的制備方法，其特征在于超疏水磁性粉末的制備方法是按下述步驟進(jìn)行的一、將磁性粉體置于含有能與磁性粉體發(fā)生置換反應(yīng)的金屬離子鹽的溶液中，溶液中金屬離子的濃度為0.01～1.0mol/L，室溫下攪拌反應(yīng)1～60min，然后用去離子洗滌至pH值為中性，烘干；二、將經(jīng)步驟一處理的磁性粉體置于濃度為0.01～1.0mol/L月桂酸溶液中浸泡0.5h～2h，月桂酸溶液中的溶劑為乙醇、甲醇、丙酮或甲苯，過濾后烘干得到超疏水磁性粉體材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超疏水磁性粉末的制備方法，其特征在于步驟一中烘干的溫 度為80 90°C，烘干所用時間為1 3h。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超疏水磁性粉末的制備方法，其特征在于步驟二中烘干的溫 度為80 90°C，烘干所用時間為3 8h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的超疏水磁性粉末的制備方法，其特征在于步驟一所述 的磁性粉體為微米級鐵粉或納米級鐵粉，含有能與磁性粉體發(fā)生置換反應(yīng)的金屬離子鹽的 溶液為CuS04溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的超疏水磁性粉末的制備方法，其特征在于步驟一所述 的磁性粉體為微米級鈷粉或納米級鈷粉，含有能與磁性粉體發(fā)生置換反應(yīng)的金屬離子鹽的 溶液為AgN03溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的超疏水磁性粉末的制備方法，其特征在于步驟一所述 的磁性粉體為微米級鎳粉或納米級鎳粉，含有能與磁性粉體發(fā)生置換反應(yīng)的金屬離子鹽的 溶液為AgN03溶液。
7.超疏水磁性粉末的制備方法，其特征在于超疏水磁性粉末的制備方法是按下述步驟 進(jìn)行的步驟一、將醋酸鐵、醋酸鈷及醋酸鎳中的一種置于石英管中，在空氣或氬氣氛中燒 結(jié)，燒結(jié)溫度為300 800°C，燒結(jié)時間為1 24小時，然后冷卻，得到黑色粉末；步驟二、將 步驟一得到的黑色粉末置于濃度為0. 01mol/L 1. Omol/L有機(jī)硅氧烷溶液中浸泡0. 5h 2h，有機(jī)硅氧烷溶液中的溶劑為乙醇、甲醇、丙酮或甲苯，然后過濾，烘干后得到超疏水磁性 粉末。
8.根據(jù)權(quán)利要求7二所述的超疏水磁性粉末的制備方法，其特征在于步驟二中烘干的 溫度為80 90°C，時間3 8h。
全文摘要
超疏水磁性粉末的制備方法，它涉及疏水材料的制備方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有方法制備的超疏水材料工藝復(fù)雜、難以分離的問題。本發(fā)明的一種方法是一、將磁性粉體置于含有能與磁性粉體發(fā)生置換反應(yīng)的金屬離子的溶液中，室溫下攪拌反應(yīng)，洗滌，烘干；二、再置于月桂酸溶液中浸泡，過濾后烘干得到超疏水磁性粉體材料。另一種方法步驟一將醋酸鐵、醋酸鈷或醋酸鎳燒結(jié)；步驟二、將置于有機(jī)硅氧烷溶液中浸泡，過濾，烘干后得到超疏水磁性粉末。本發(fā)明所述的方法采用的原材料價格低廉，制作方法簡便，產(chǎn)品容易分離，使用便捷，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號B22F1/00GK101912964SQ201010271708
公開日2010年12月15日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者潘欽敏, 祝青 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)