一种利用植物模版法制备的超顺磁粒子及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种利用植物模版法制备超顺磁粒子的方法，属于磁性材料制备领域，包括以下步骤：（1）将植物种子在10～30℃水中浸种1～12小时至种子充分饱胀，没有皱纹，种子壳破皮为止，种子与水的质量比为1︰1；（2）将浸泡后的种子在5～40℃恒温中培育生长；（3）加入培养液，培养24～48小时，继续生长48～72小时；（4）将步骤（3）所得植物的根和茎分离，可使植物根和茎的端部形成通道，加快稳定剂进入植物根和茎的速率，并分别浸泡稳定剂溶液24～48小时后，用清水漂洗1～3次；（5）将步骤（4）所得植物的根和茎脱水干燥，研磨，得到Fe3O4超顺磁粒子。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于磁性材料制备领域，具体涉及一种利用植物模版法制备的超顺磁粒子及其制备方法。
技术介绍
纳米技术与磁学的结合制备出了一种全新的超顺磁材料，这种磁性纳米材料具有许多新特征，现已成为全球科技界研究的热点。超顺磁粒子一般以磁性粒子为核心，在磁性粒子表面修饰金属氧化物、无机氧化物或者聚合物而形成的尺寸在10～300纳米的核壳结构的纳米粒子，这种粒子在外加磁场作用下可以产生感应磁场，因此又叫“超顺磁”粒子。超顺磁粒子除了具有和普通纳米材料一样的物理效应之外，还具有超顺磁性、高场不可逆性及高饱和磁化强度特性等。如果在这种超顺磁粒子上修饰可以和目标分子或离子具有亲和性的功能化层，可以广泛应用于蛋白质药物分离纯化、有机染料分子的分离纯化、土壤重金属污染修复、水体中重金属离子污染治理等领域。合成的磁性纳米颗粒的磁性核种类很多，主要有：Fe和Co等金属纳米颗粒，Fe3O4、y-Fe3O4和CoFe2O4金属氧化物和铁氧体纳米颗粒以及CoPt3和FeCo等。综合考虑磁性能、稳定性、成本以及毒副作用，Fe3O4磁性纳米颗粒常被选来用作磁性核的主要材料。纳米Fe3O4已经被应用于：1）生物医药：磁共振成像、磁分离、靶向药物载体、肿瘤热疗技术、细胞标记和分离，以及作为增强显影剂、造影剂的研究、视网膜脱离的修复手术等；2）磁性液体：选矿技术、精密研磨、磁性液体阻尼装置、磁性液体密封、磁性液体轴承、磁性液体印刷、磁性液体润滑、磁性液体燃料、磁性液体染料、磁性液体速度传感器和加速度传感器、磁性液体变频器、磁性液体陀螺仪、水下低频声波发生器、用于移位寄存器显示等；3）催化剂载体：制取NH3(Haber制氨法）、高温水气转移反应和天然气的去硫反应等；4）微波吸波材料：制备成各种光学材料、铁氧体吸波材料；5）磁记录材料：纳米Fe3O4由于其尺寸小，其磁结构由多畴变为单畴，具有非常高的矫顽力，用来做磁记录材料可以大大提高信噪比，改善图像质量，而且可以达到信息记录的高密度；6）污水处理等方面的应用：去除重金属离子的方法[8]一般主要有化学沉淀、电解法、溶剂萃取法、离子交换法、膜分离技术、生物和物理吸附法。近几年来，利用磁性吸附分离技术作为一种较新的分离技术解决水体污染问题越来越受到人们的关注。磁性吸附剂可以吸附水体中的污染物，吸附完成后，可以再外加磁场的作用下磁性分离，操作简单、环保节能、成本低。磁性吸附剂还可修饰接枝不同的功能集团，改善吸附剂的吸附性能和特异选择性。Fe3O4超顺磁粒子的制备常见方法主要包括：水热反应法、热分解法、中和沉淀法、化学共沉淀法、沉淀氧化法、r-ray辐照法、微波辐射法等，其中以共沉淀法最为简便。1）共沉淀法：是在包含两种或两种以上金属离子的可溶性盐溶液中，加入适当的沉淀剂，使金属离子均匀沉淀或结晶出来，再将沉淀物脱水或热分解而制得纳米微粉，其特点为产品纯度高、反应温度低、颗粒均匀、粒径较小、分散性也好；其主要不足是：(a）得到的Fe3O4纳米粒子间存在非常严重的团聚现象，产品粒径分布范围较宽；这是由于制备过程要经历氢氧化物胶体步骤，加之Fe3O4纳米粒子的磁性和纳米粒子的高表面能，致使产物粒子容易团聚；(b）制备必须在碱性条件下进行，而在此条件下Fe2+极易氧化为Fe3+，因而产物中的Fe2+与Fe3+比例很难准确地控制为1︰2，致使产物中或多或少存在杂相。2）氧化-沉淀法：是取一定量的Fe2+溶液置于反应器中，充分搅拌下，加入定量的碱液，使Fe2+完全沉淀为Fe(OH）2并保持强碱环境，然后加入(通入）适量的氧化剂，将2/3物质的量的Fe(OH）2氧化，从而形成纳米级Fe3O4，其缺点是制得的产物粒子较大，分布不均匀，20K时发现Verwey转变。3）还原-沉淀法：是在Fe3+可溶盐的溶液中，用还原剂将1/3物质的量的Fe3+还原，使Fe2+、Fe3+摩尔比为1︰2，然后在体系中加入碱溶液，Fe2+与Fe3+共沉淀形成纳米Fe3O4。4）溶胶-凝胶法：溶胶-凝胶方法：是将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶，然后使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分，最后得到无机材料，Sol-gel方法采用金属醇盐作为原料，致使成本偏高，且凝胶化过程缓慢，合成周期长。5）微乳液法：是由油、水、表面活性剂（有时还存在助表面活性剂）组成的透明、各向同性、低黏度的热力学稳定体系，其中不溶于水的非极性物质作为分散介质，反应物水溶液为分散相，表面活性剂为乳化剂，形成油包水型(W/O）或水包油(O/W）微乳液。这样反应空间仅限于微乳液滴这一微型反应器的内部，可有效避免颗粒之间的进一步团聚。因而得到的纳米粉体粒径分布窄、形态规则、分散性能好且大多为球形。同时，可通过控制微乳化液体中水的体积及各种反应物的浓度来控制成核、生长，以获得各种粒径的单分散纳米微粒。6）水热法：是将Fe2+和Fe3+溶液按1︰2摩尔比混合，加入碱调节到预定pH值后，将反应体系转入高压釜中，在一定温度下或按程序升温后反应一定时间，经过分离、洗涤和干燥得到产物。水热法可以分为水热沉淀法、水热氧化法和水热还原法：a）水热氧化法是以亚铁盐为原料，用空气等氧化剂氧化亚铁为三价铁的水热合成法；b）水热还原法则是将碱液加入到FeCl3中，调节至碱性，再加入一定量还原剂，经水热处理，得到纳米Fe3O4，水热法(溶剂热法）是在高温高压条件下进行的，因而可以缩短反应时间；产物为晶态，无需晶化，可以减少团聚现象，因此水热法所得产品的品质高于沉淀法的产品；但反应是在相对较高的温度和压力下进行的，设备投资大，生产成本相对较高，难于大批量生产。7）水解法：一种是Massart水解法，另一种是滴定水解法，这两种方法的本质区别就在于前者是将铁盐混合溶液加入到碱溶液中，而后者恰恰相反，是将碱溶液缓缓加入到铁盐混合溶液中，也即前者的反应环境为碱性，而后者则为中性或稍显酸性。8）其他制备方法：除了以上几种常见的制备方法外，人们还开发了一些制备Fe3O4的方法：如多元醇还原法、前驱体热分解法、溶剂热法等。以上使用的制备Fe3O4的化学合成方法，普遍存在以下不足：1）上述方法对实验设备和制备条件方面的要求较高，收率很低，成本高，大多数也只停留在实验室小批量制备而处于实验研究阶段，很难大批量生产；2）上述方法所制备的Fe3O4超顺磁粒子还需要多步的包覆稳定层、功能化过程，这样更进一步使收率降低收率、成本增加、工业上生产难度加大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备条件要求较低、收率高的利用植物模版法制备超顺磁粒子的方法，提供利用该方法制备出的超顺磁粒子为本专利技术的另一个目的。基于上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种利用植物模版法制备超顺磁粒子的方法，包括以下步骤：（1）将植物种子在10～30℃水中浸种1～12小时至种子充分饱胀，没有皱纹，种子壳破皮为止，种子与水的质量比为1︰1；（2）将浸泡后的种子在5～40℃恒温中培育生长72～120小时；（3）加入培养液培养24～48小时，继续生长48～72小时；所述培养液由以下质量比的原料组成：Fe离子︰氨基酸︰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用植物模版法制备超顺磁粒子的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将植物种子在10～30℃水中浸种1～12小时至种子充分饱胀，种子与水的质量比为1︰1；（2）将浸泡后的种子在5～40℃恒温中培育生长72～120小时；（3）加入培养液培养24～48小时，继续生长48～72小时；所述培养液由以下质量比的原料组成：Fe离子︰氨基酸︰甲基咪唑︰水=（10～100）︰（0.1～0.5）︰（0.1～1.0）︰（1000～5000）；（4）将步骤（3）所得植物浸泡稳定剂溶液24～48小时后，用清水漂洗1～3次；（5）将步骤（4）所得植物的根和茎脱水干燥，研磨，得到超顺磁粒子。

【技术特征摘要】
1.一种利用植物模版法制备超顺磁粒子的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将植物种子在10～30℃水中浸种1～12小时至种子充分饱胀，种子与水的质量比为1︰1；
（2）将浸泡后的种子在5～40℃恒温中培育生长72～120小时；
（3）加入培养液培养24～48小时，继续生长48～72小时；所述培养液由以下质量比的原料组成：Fe离子︰氨基酸︰甲基咪唑︰水=（10～100）︰（0.1～0.5）︰（0.1～1.0）︰（1000～5000）；
（4）将步骤（3）所得植物浸泡稳定剂溶液24～48小时后，用清水漂洗1～3次；
（5）将步骤（4）所得植物的根和茎脱水干燥，研磨，得到超顺磁粒子。
2.根据权利要求1所述的利用植物模版法制备超顺磁粒子的方法，其特征在于，步骤（3）中，培养液的用量为0.05～0.1ml/g种子。
3.根据权利要求1所述的利用植物模版法制备超顺磁粒子的方法，其特征在于，所述Fe离子为Fe3+和Fe2+的混合物，Fe3+和Fe2+的质量比为1︰（2.0～3.0）。
4.根据权利要求1所述的利用植物模版法制备超顺磁粒子的方法，其特征在于，所述氨基酸为丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、蛋氨酸、甘氨酸、...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志军，李顺灵，
申请(专利权)人：河南金谷实业发展有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41