环糊精改性Fe3O4磁性液体的制备与感应加热特性_图文

1、第21卷第5期 化学研究 中国科技核心期刊 2010年9月 CHEMICAl。RESEARCH .crl环糊精改性Fe304磁性液体的制备与感应加热特性袁子龙1*,张 伟1,庄 琳2,赵韦人1,沈 辉2(1.广东工业大学物理与光电工程学院,广东广州510006l 2.中山大学太阳能系统研究所,广东广州510275摘要:采用两步法制备伊环糊精改性纳米四氧化三铁磁性液体,探讨了pH值、改性剂用量、改性温度对改性效果的影响.改性水基磁性液体性能稳定,饱和磁化强度可达1.78em;u/g.在高频交变磁场下,磁性液体升温超过4l,可用于肿瘤的磁热疗研究.关键词:8-环糊精;磁性液

2、体;热磁效应中图分类号:TQ 586.1文献标识码:A 文章编号:10081011(2010050006-04Preparation and Inductive Heating Behavior of Fe3Magnetic Liquid Modified by p-CyclodextrinYUAN Zilongh,ZHANG Weil,ZHUANG Lin2,ZHAO Weirenl,SHEN Hui2(1.School of Physics and Optoelectronic Engineering,Guangdong University of Technology,Guangzhou

3、 510006Guangdong,China;2.Institute for Solar Energy Systems,Zhongshan University.Guangzhou 510275,Guangdong,ChinaAbstract:Water-based magnetic fluid of nanoscale Fe304modified by/9-cyclodextrin was pre-pared via a twostep route.The effects of pH value,dosage of modifying agent,and temperature on mod

4、ification efficiency were investigated.The structure and magnetic performance ofthe product were analyzed by using a scanning electron microscope,Fourier transformation infrared spectrometer,and fl vibrating sample magnetometer.Results indicate that the magneticfluid has an average grit size of abou

5、t 50nm and possesses stable magnetic performance,withsaturated magnetic intensity being as much as 1.78emtffg.Besides。the temperature of themagnetic liquid can be increased by over 41under highfrequency alternating magnetic field.showing potential in treating cancer by magnetic heating.Keywords:fl-c

6、yclodextrin;modification;magnetic fluid;inductive heating behavior磁性液体是把用表面活性剂处理过的纳米级超细磁性微粒高度分散于基液中形成的一种均匀胶体溶 液.它既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性,因此具有许多独特的性质,在机械、化工、医疗等行 业领域都具有独特而广泛的应用口_4.p环糊精(pCD是7个葡萄糖单元的环状聚合物,其立体结构是中空 圆筒形,圆筒中能够包合物质(含磁性微粒形成包合材料.因此,在医药和食品行业等领域中,环糊精受到 了极大的重视和广泛应用.作者研究了J争环糊精包裹纳米Fe。O。磁性颗粒的工艺,以及磁性

7、液体在高频交 变磁场下的热磁效应,以期能拓宽磁性液体在生物医学领域中的应用5.6j.1实验部分1.1实验仪器及药品HSG-IB-2型恒温水浴锅(上海仪表供销公司,TGL20M型离心机(长沙骏逸实验仪器有限公司,收稿日期:20100617.基金项目:国家自然科学基金资助项目(30672297,广东省自然科学基金资助项目(07300540.作者简介:袁子龙(1985-,男,硕士生,主要从事纳米功能材料的研究,Email:yuancylong163.corn.第5期 袁子龙等:环糊精改性Fe。0。磁性液体的制备与感应加热特性 7SCM杯式超滤器(上海亚东核级树脂有限公司,KQ3200E型超声波清洗器

8、(昆山市超声仪器有限公司, SP一15高频感应加热设备(深圳市双平电源技术有限公司,7404振动样品磁强计(美国Lakeshore公司, Excalibur Series FTIR傅立叶红外光谱仪(美国BIpRAD公司,JSM一6330F扫描电镜(日本电子株式会 社,TG-209热重分析仪(德国Netzsch公司.FeCl:4H20(AR,FeCI。6H20(AR,25%氨水(AR, 伊环糊精(AR,实验用水均为蒸馏水.1.2样品制备配制摩尔比为2:1的FeCl。与FeCl。混合溶液,加入适量浓氨水,在一定水浴温度下快速搅拌30rain得 到纳米磁性颗粒;经蒸馏水清洗后,超声制成水基纳米Fe。

9、0。磁性颗粒溶胶;取一定体积的溶胶,调节体系 pH后,按一定比例缓慢均匀加入伊环糊精,于70水浴中连续搅拌反应30rain制得磁性液体;磁性液体经 蒸馏水清洗、超声分散、离心处理后即得稳定均匀的水基磁性液体.将磁性液体注入试管中,置于振荡频率 50kHz,输出功率7kW,输出电流450A的高频磁感应加热器线圈上加热,记录磁性液体的升温情况. 1.3pH、温度、改性剂用量对改性效果的影响改性剂fl-CD与纳米Fe。0。磁核的用量比以fl-CD和Fe的摩尔比来表示.固定用量比为2:25,反应温 度为70,在不同pH值体系中反应制备磁性液体;固定用量比为2:25,保持体系pH值为4,分别在 50、7

10、0、903个温度下制备磁性液体;保持体系pH值为4,固定反应温度为70,在行(fl-CD:n (Fe=1:25、3:50、2:25、1:lO、3:25等条件下制备磁性液体.通过磁性液体的颜色、磁性能来判断改 性效果,优化出最佳改性条件.2结果与讨论2.1磁性液体的制备从表1中可以看出水基磁性液体的饱和磁化强度在水浴温度超过70后,所制得磁性液体的磁饱和强 度相差不大,表明ffCD在纳米Fe。0。磁性颗粒表面的反应和吸附过程在高温时对温度并不敏感.通过比较 饱和磁化强度值,水浴温度为90有些下降的的原因可能是二价铁氧化所致,故水浴温度在70左右改 性效果较好.表l 合成温度对磁性和饱和磁化强度的

11、影响Table 1The influence of synthesis temperature on the magnetism and magnetic saturation intension如图1所示,p环糊精包覆Fes0。的特点,若体系为碱性时,难以合成磁性液体,中性及偏酸性则可合成, 并在pH值为4左右时达到一个峰值.究其原因是,p环糊精的醛基在酸性条件下部分被氧化为羧基,理论 上酸性条件有利于吸附,实验结果也同样证实;同时又由于在改性剂p环糊精的酸性水溶液中,其羧基与磁 性颗粒表面的水解铁离子的氢氧根结合,这预示着将在酸性范围内出现一个峰值,与实验结果相符.芎g善。图1饱和磁化强度

12、pH曲线Fig.1The curve of saturated magnetic intensity and pH 言墓:o-厍 Z 罴1. 7806000.2000”20006000薹50乡 Field/一.1:;j,嚣;图2CD改性水基磁性液体的饱和磁化曲线Fig.2The curve of saturated magnetic intensity of the magnetic fluid modified by争CD筋m卯拈 233J咄峪吣咄嘶 帅删彻m . 呈化学研究由图2可知,当Fe。0。磁性颗粒一定时,随着p环糊精用量的增加(1:25、3:50、2:25,磁饱和强度增 大,当加入

13、量超过一定值时饱和磁化强度呈缓慢非线性降低(1:10、3:25,这说明p环糊精用量不能太 大,因为过多的伊环糊精会在氧化后形成羧酸根从而影响pH值以及增大溶液黏度,不利于改性过程,太少 又会造成改性产率低.综合考虑两者成本以及制备工艺,将咒(伊CD:刀(Fe定为2:25为宜.2.2性能分析利用傅里叶红外光谱仪分析了表面改性剂pCD与磁性颗粒的化学键.图3红外光谱图中曲线1是 Fe。O。裸磁性颗粒的红外谱,在585El-D_.1出现了Fe。O。特征吸收峰,曲线2是fl-CD改性后的红外谱.对比 曲线1可以看出:改性后在1630和1396cm_1出现的特征吸收峰为COOM所产生的(M代表金属离 子

14、8,可看成在酸性条件下Fe3+的强氧化性将一CD中的醛基及醇羟基氧化成的羧基与Fe。0。磁性颗粒表面 的水解氢氧根反应,由此可见fl-CD以羧化物方式成功地吸附在了纳米Fe。o。磁性颗粒表面9.用扫描电镜观察#cD改性后Fe。o。磁性晶粒大小.磁性液体的扫描电镜照片(图4显示,颗粒的粒径 约为50nm,由于裸磁颗粒粒径基本在8nm左右,改性后Fe。O。包覆的伊CD厚度大约21nm左右,满足作 为热疗实验的基本要求.Wavenumber,(cm。图3伊CD改性磁性颗粒的er夕l,光谱图 Fig.3The IR spectrum of magnetic particles modified by

15、pCD 图4fl-CD改性磁性液体中颗粒的扫描电镜图 Fig.4The SEM macrograph of particles in magnetic fluid modified by fl-CD用热失重TG(通N。,10/min测定p-CD的吸附含量.从图5可看出,145以下的质量损失百分比 为3.82%,为水分的损失;145528的质量损失则为改性层ffCD的损失1,百分比大概为7.37%,剩下 的89.28%为Fe。0。磁核,计算可得环糊精同磁核的质量比大概为0.08:1,可以确认环糊精吸附在Fe。0。颗 粒表面1¨.图6为4组样品(13号为CD改性磁性液体,4号为未改性磁性

16、液体在高频感应加热条件下的升温情况(室 温为30,加热电流450A,升温时间15rain,从图中可以看出磁饱和强度越大的磁性液体升温速度越快,能达到 的温度也越高,最高温度达到63.可见高频感应加热跟磁饱和强度有关系.又因为在高频加热条件下,磁性液 体能够被加热到41"-一46或更高温度,此挣l生可用于医学领域,可见本研究具有一定应用价值u2-14.图5fled改性磁性颗粒的TG图 Fig.5The TG figure of magnetic particles modified by ffCD 鲁姜三基图6交变磁场下加热的升温图Fig.6Temperature-saturation

17、 curves in the alternating current magnetic fields:2 钌耶加筇如巧第5期 袁子龙等:环糊精改性Fe。0。磁性液体的制备与感应加热特性 9 3结语采用两步法成功研制成环糊精改性水基Fe。o。磁性颗粒,通过FTIR、TG分析得出吸附改性核壳结构 主要以羧化物形式结合,振动磁强计分析得出磁性液体的饱和磁化强度可达到1.7806emu/g,磁性颗粒粒 径平均50nm,在随后进行的体外升温实验中得出在高频交变磁场下,磁性液体升温可超过41,结果表明 可用于肿瘤的磁热疗研究.参考文献:1张建红,刘俊峰,李伟.靶向药物载体一纳米级磁性氧化铁的合成与性能EJ

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