專利名稱：二氧化硅包裹氧化鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二氧化硅包裹氧化鐵的方法。
背景技術(shù)：
因?yàn)闆]有毒性、廉價(jià)及相對的穩(wěn)定性，氧化鐵在磁性記錄媒介、催化劑、氣體傳感 器、顏料、光學(xué)器件、可再充電電池及電磁器件等方面具有廣泛的應(yīng)用而成為目前熱門
研究課題之一。為了氧化鐵的穩(wěn)定性和擴(kuò)展氧化鐵的應(yīng)用，已有許多諸如微乳法[s.
Santra, R. Tapec， N, Theodoropoulou， J， Dobson， A, Hebard， W， Tan，丄a"g腦z'/", 2001， 17， 2900]，分子模板法[P. Wu， J. Zhu, Z. Xu,爿c/v.Afa加2004,14， 345]，改良SWber法 [Y. Lu, Y. Yin, B. T. .Mayers, Y. Xia， Mmo.2002， 2， 183]、 [L. Hao, C. Zhu, W,Q. Jiang， C,N. Chen， Y. Hu, Z.陽Y. Chen, / Mato: C7^肌2004， 14,2929]、 [C. Yang， G. Wang, Z. Lu， J. Sun， J. Zhuang, W. Yang, / Afo^: 2005,15,4252]、 [Y,S. Han, G,Y. Jeong， S.-Y. Lee，
H,K. Kim,5WWStofe C/ ew. 2007, 180, 2978]、 [A. P. Phylipse， M. P. B. van Bruggen， C. Path,丄a"g附w/r 1994,10， 92]、 [Z. Dai， R Meiser, H. M6hwald， J! Co//ozW/wto/ace 2005， 288, 298]等被開發(fā)用來將氧化鐵均勻包裹上二氧化硅。然而所有巳報(bào)道的方法通常具 有團(tuán)聚、變形的球形、多分散性、需進(jìn)行額外的表面處理以防生成新核等局限性。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種二氧化硅包裹氧化鐵的方法，以克服上述團(tuán)聚、 變形的球形、多分散性等局限性。
技術(shù)方案本發(fā)明采用了一種新的水/聚乙烯吡咯烷酮/正戊醇體系，利用該體系中 聚乙烯吡咯烷酮對水的束縛和對氧化鐵的良好吸附作用，可將正硅酸乙酯的水解反應(yīng)局 域于氧化鐵的表面，從而實(shí)現(xiàn)了二氧化硅對氧化鐵的均勻包裹。
本發(fā)明的二氧化硅包裹氧化鐵的方法，包括以下步驟
1、 將氧化鐵顆粒均勻分散在醇和氨水的混合溶液中，氨水占醇氨混合液的質(zhì)量百 分比為10~50%，氨水中含氨的質(zhì)量百分比為25~28%，氧化鐵顆粒與醇氨混合液的質(zhì)量 比為0.025-2.5 :100;
2、 將步驟1所得的氧化鐵懸浮液在攪拌條件下加入到聚乙烯吡咯烷酮的正戊醇溶 液中，繼續(xù)攪拌15分鐘 1小時(shí)，聚乙烯吡咯烷酮占聚乙烯吡咯烷酮的正戊醇的質(zhì)量百 分比為0.3-2%，氧化鐵懸浮液和聚乙烯吡咯垸酮的正戊醇溶液的質(zhì)量比為5~24 : 100;
3、 將正硅酸乙酯的醇溶液在攪拌條件下加入到步驟2所得的反應(yīng)液中，繼續(xù)攪拌
6~24小時(shí)，正硅酸乙酯與占正硅酸乙酯的醇溶液的質(zhì)量百分比為10~50%，正硅酸乙酯 和步驟1中所用的氧化鐵顆粒的質(zhì)量比為0. 5~200 : 1;
4、將反應(yīng)液離心后，去除液體部分，得二氧化硅包裹的氧化鐵顆粒。
其中，步驟l中所述的醇為甲醇、乙醇或丙醇。
其中，步驟3中所述的醇為甲醇、乙醇或丙醇。
其中，步驟3中，通過增大正硅酸乙酯和氧化鐵顆粒的質(zhì)量比可以連續(xù)地增加二氧 化硅的層厚，見表l。
_表1正硅酸乙酯和氧化鐵顆粒的質(zhì)量比與二氧化硅的層厚的關(guān)系_
正硅酸乙酯和氧化鐵顆粒的質(zhì)量比_二氧化硅的層厚(納米)_
1.2:1 10 12.4 : 1 60 18.7:1 '80 186.7 : 1 200
有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下突出優(yōu)點(diǎn)
1、 本發(fā)明成功地克服了現(xiàn)有技術(shù)中的二氧化硅包裹氧化鐵方法中常見的團(tuán)聚、變 形的球形、多分散性、額外的表面處理等局限性，實(shí)現(xiàn)了氧化鐵的均勻包裹。
2、 本發(fā)明所得的氧化鐵-二氧化硅復(fù)合粒子的二氧化硅層厚可在10-200納米范圍內(nèi) 調(diào)節(jié)。
3、 本發(fā)明所制備的氧化鐵-二氧化硅復(fù)合球形粒子由于具有較優(yōu)的單分散性和球形 而被首次成功地組裝成光子晶體。圖2即可證明，所制得的蛋白石結(jié)構(gòu)晶體具有明顯的
光子晶體帶隙，充分顯示了本方法所制得的氧化鐵-二氧化硅復(fù)合球形粒子具有較好的 單分散性和球形。
4、 本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
5、 本發(fā)明工藝簡單，對設(shè)備要求很低，生產(chǎn)成本低廉。


圖1為球形氧化鐵粒子被包上10納米(a) ， 60納米(b) ， 80納米(c)，及 200納米(d)厚的二氧化硅的復(fù)合粒子的透射電子顯微鏡圖。
圖2 (a)為圖1 (b)所示的復(fù)合粒子(即球形氧化鐵粒子被包上60納米厚的二氧 化硅)所組裝成的蛋白石結(jié)構(gòu)晶體的掃描電子顯微鏡圖。
圖2 (b)為圖1 (c)所示的復(fù)合粒子(即球形氧化鐵粒子被包上80納米厚的二氧
化硅)所組裝成的蛋白石結(jié)構(gòu)晶體的掃描電子顯微鏡圖。
圖2 (c)為蛋白石結(jié)構(gòu)晶體的透射光譜圖，其中曲線1為圖2 (a)所示晶體的透 射光譜，曲線2為圖2 (b)所示晶體的透射光譜。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:
將氧化鐵顆粒均勻分散在乙醇和氨水(氨水中含氨的質(zhì)量百分比為25~28%)的混 合溶液中，氨水占醇氨混合液的質(zhì)量百分比為20%，氧化鐵顆粒與醇胺混合液的質(zhì)量百 分比為0.47 : 100;然后將所得氧化鐵懸浮液在攪拌條件下加入到聚乙烯吡咯垸酮的正戊 醇溶液中，聚乙烯吡咯垸酮占聚乙烯吡咯烷酮的正戊醇的質(zhì)量百分比為1.25%，氧化鐵 懸浮液和聚乙烯吡咯烷酮的正戊醇溶液的質(zhì)量比為20:100;攪拌30分鐘后，向以上所 得的反應(yīng)液中再加入正硅酸乙酯的乙醇溶液，正硅酸乙酯與占正硅酸乙酯的乙醇溶液的 質(zhì)量百分比為20%，正硅酸乙酯和氧化鐵顆粒的質(zhì)量比控制為1.2 : 1;繼續(xù)攪拌12小 時(shí)，將所得反應(yīng)溶液離心后，去除液體部分，即得二氧化硅包裹的氧化鐵顆粒，其透射 電子顯微鏡圖見圖la。 實(shí)施例2:
將氧化鐵顆粒均勻分散在乙醇和氨水(氨水中含氨的質(zhì)量百分比為25~28%)的混 合溶液中，氨水占醇氨混合液的質(zhì)量百分比為20%，氧化鐵顆粒與醇胺混合液的質(zhì)量百 分比為0.03 : IOO;然后將所得氧化鐵懸浮液在攪拌條件下加入到聚乙烯吡咯烷酮的正戊 醇溶液中，聚乙烯吡咯烷酮占聚乙烯吡咯烷酮的正戊醇的質(zhì)量百分比為1.25%,氧化鐵 懸浮液和聚乙烯吡咯烷酮的正戊醇溶液的質(zhì)量比為20:100;攪拌30分鐘后，向以上所 得的反應(yīng)液中再加入正硅酸乙酯的乙醇溶液，正硅酸乙酯與占正硅酸乙酯的乙醇溶液的 質(zhì)量百分比為20%，正硅酸乙酯和氧化鐵顆粒的質(zhì)量比控制為186.7 : 1;繼續(xù)攪拌12 小時(shí)，將所得反應(yīng)溶液離心后，去除液體部分，即得二氧化硅包裹的氧化鐵顆粒，其透 射電子顯微鏡圖見圖ld。 實(shí)施例3:
將氧化鐵顆粒均勻分散在甲醇和氨水(氨水中含氨的質(zhì)量百分比為25~28%)的混 合溶液中，氨水占醇氨混合液的質(zhì)量百分比為10%，氧化鐵顆粒與醇胺混合液的質(zhì)量百 分比為0.025 : 100;然后將所得氧化鐵懸浮液在攪拌條件下加入到聚乙烯吡咯垸酮的正 戊醇溶液中，聚乙烯吡咯垸酮占聚乙烯吡咯垸酮的正戊醇的質(zhì)量百分比為0.3%，氧化 鐵懸浮液和聚乙烯吡咯烷酮的正戊醇溶液的質(zhì)量比為5 : 100;攪拌15分鐘后，向以上 所得的反應(yīng)液中再加入正硅酸乙酯的甲醇溶液，正硅酸乙酯與占正硅酸乙酯的甲醇溶液
的質(zhì)量百分比為10%，正硅酸乙酯和氧化鐵顆粒的質(zhì)量比控制為0.5:1;繼續(xù)攪拌6小
時(shí)，將所得反應(yīng)溶液離心后，去除液體部分，即得二氧化硅包裹的氧化鐵顆粒。 實(shí)施例4:
將氧化鐵顆粒均勻分散在丙醇和氨水(氨水中含氨的質(zhì)量百分比為25~28%)的混 合溶液中，氨水占醇氨混合液的質(zhì)量百分比為50%，氧化鐵顆粒與醇胺混合液的質(zhì)量百 分比為2.5 : 100;然后將所得氧化鐵懸浮液在攪拌條件下加入到聚乙烯吡咯烷酮的正戊 醇溶液中，聚乙烯吡咯垸酮占聚乙烯吡咯垸酮的正戊醇的質(zhì)量百分比為2%，氧化鐵懸 浮液和聚乙烯吡咯烷酮的正戊醇溶液的質(zhì)量比為24 : 100;攪拌1小時(shí)后，向以上所得 的反應(yīng)液中再加入正硅酸乙酯的甲醇溶液，正硅酸乙酯與占正硅酸乙酯的甲醇溶液的質(zhì) 量百分比為50%，正硅酸乙酯和氧化鐵顆粒的質(zhì)量比控制為200 : 1;繼續(xù)攪拌24小時(shí)， 將所得反應(yīng)溶液離心后，去除液體部分，即得二氧化硅包裹的氧化鐵顆粒。
權(quán)利要求
1、一種二氧化硅包裹氧化鐵的方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)將氧化鐵顆粒均勻分散在醇和氨水的混合溶液中，氨水占醇氨混合液的質(zhì)量百分比為10～50％，氨水中含氨的質(zhì)量百分比為25～28％，氧化鐵顆粒與醇氨混合液的質(zhì)量比為0.025～2.5∶100；(2)將步驟(1)所得的氧化鐵懸浮液在攪拌條件下加入到聚乙烯吡咯烷酮的正戊醇溶液中，繼續(xù)攪拌15分鐘～1小時(shí)，聚乙烯吡咯烷酮占聚乙烯吡咯烷酮的正戊醇的質(zhì)量百分比為0.3～2％，氧化鐵懸浮液和聚乙烯吡咯烷酮的正戊醇溶液的質(zhì)量比為5～24∶100；(3)將正硅酸乙酯的醇溶液在攪拌條件下加入到步驟(2)所得的反應(yīng)液中，繼續(xù)攪拌6～24小時(shí)，正硅酸乙酯與占正硅酸乙酯的醇溶液的質(zhì)量百分比為10～50％，正硅酸乙酯和步驟(1)中所用的氧化鐵顆粒的質(zhì)量比為0.5～200∶1；(4)將反應(yīng)液離心后，去除液體部分，得二氧化硅包裹的氧化鐵顆粒。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化硅包裹氧化鐵的方法，其特征在于步驟(1)中所 述的醇為甲醇、乙醇或丙醇。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化硅包裹氧化鐵的方法，其特征在于步驟(3)中所 述的醇為甲醇、乙醇或丙醇。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二氧化硅包裹氧化鐵的方法，包括以下步驟將氧化鐵顆粒均勻分散在醇和氨水的混合溶液中；然后在攪拌條件下加入到聚乙烯吡咯烷酮的正戊醇溶液中，繼續(xù)攪拌15分鐘～1小時(shí)；將正硅酸乙酯的醇溶液在攪拌條件下加入到上述反應(yīng)液中，繼續(xù)攪拌6～24小時(shí)；將反應(yīng)液離心后，去除液體部分，得二氧化硅包裹的氧化鐵顆粒。本發(fā)明利用聚乙烯吡咯烷酮對水的束縛和對氧化鐵的良好吸附作用，成功地將正硅酸乙酯的水解反應(yīng)局域于氧化鐵的表面，從而實(shí)現(xiàn)了對氧化鐵的均勻二氧化硅包裹。二氧化硅的層厚可以通過簡單地增加正硅酸乙酯和氧化鐵顆粒的質(zhì)量比來連續(xù)地增加。本發(fā)明具有成本低廉、操作簡單，無需復(fù)雜設(shè)備、可大批量快速生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C09C3/06GK101186762SQ20071019093
公開日2008年5月28日 申請日期2007年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月3日
發(fā)明者劉淮涌, 王振林, 章建輝, 閔乃本 申請人:南京大學(xué)