RU2678024C1 - Способ получения магнитного композита на основе магнитного оксида железа и слоистого двойного гидроксида - Google Patents
Способ получения магнитного композита на основе магнитного оксида железа и слоистого двойного гидроксида Download PDFInfo
- Publication number
- RU2678024C1 RU2678024C1 RU2017142463A RU2017142463A RU2678024C1 RU 2678024 C1 RU2678024 C1 RU 2678024C1 RU 2017142463 A RU2017142463 A RU 2017142463A RU 2017142463 A RU2017142463 A RU 2017142463A RU 2678024 C1 RU2678024 C1 RU 2678024C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic
- layered double
- iron oxide
- solid
- mixture
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 41
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 38
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 title description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 34
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 24
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 19
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 13
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 150000008044 alkali metal hydroxides Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 3
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical class [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 abstract description 17
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 abstract description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 5
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004137 mechanical activation Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 31
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 24
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 20
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 10
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 8
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 6
- 229910003023 Mg-Al Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 5
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 5
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 5
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 5
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 5
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- MPMSMUBQXQALQI-UHFFFAOYSA-N cobalt phthalocyanine Chemical compound [Co+2].C12=CC=CC=C2C(N=C2[N-]C(C3=CC=CC=C32)=N2)=NC1=NC([C]1C=CC=CC1=1)=NC=1N=C1[C]3C=CC=CC3=C2[N-]1 MPMSMUBQXQALQI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 4
- BSYNRYMUTXBXSQ-UHFFFAOYSA-N Aspirin Chemical compound CC(=O)OC1=CC=CC=C1C(O)=O BSYNRYMUTXBXSQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229960001138 acetylsalicylic acid Drugs 0.000 description 3
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 3
- JLDSOYXADOWAKB-UHFFFAOYSA-N aluminium nitrate Chemical class [Al+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O JLDSOYXADOWAKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 3
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 238000002356 laser light scattering Methods 0.000 description 3
- KBOPZPXVLCULAV-UHFFFAOYSA-N mesalamine Chemical compound NC1=CC=C(O)C(C(O)=O)=C1 KBOPZPXVLCULAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229960004963 mesalazine Drugs 0.000 description 3
- GBMDVOWEEQVZKZ-UHFFFAOYSA-N methanol;hydrate Chemical compound O.OC GBMDVOWEEQVZKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910018512 Al—OH Inorganic materials 0.000 description 2
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical class S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910007857 Li-Al Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910010199 LiAl Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910008447 Li—Al Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910019089 Mg-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910007570 Zn-Al Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000001095 inductively coupled plasma mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 description 2
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002069 magnetite nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 2
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 description 2
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910003271 Ni-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical class [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N aluminum magnesium Chemical compound [Mg].[Al] SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005349 anion exchange Methods 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N ethanol;hydrate Chemical compound O.CCO IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002638 heterogeneous catalyst Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M iron chloride Chemical compound [Cl-].[Fe] FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- MHKWSJBPFXBFMX-UHFFFAOYSA-N iron magnesium Chemical compound [Mg].[Fe] MHKWSJBPFXBFMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N iron(2+);dinitrate Chemical class [Fe+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 description 1
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 description 1
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006249 magnetic particle Substances 0.000 description 1
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 1
- 239000001044 red dye Substances 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G49/00—Compounds of iron
- C01G49/02—Oxides; Hydroxides
- C01G49/08—Ferroso-ferric oxide [Fe3O4]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Compounds Of Iron (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области получения магнитных композитов на основе оксидов железа и слоистых двойных гидроксидов, которые могут быть использованы в качестве магнитных сорбентов в различных областях техники, включая биотехнологию, медицину и фармакологию, а также для адресной доставки лекарственных препаратов. Описан способ получения магнитного композита на основе магнитного оксида железа и слоистых двойных гидроксидов, в котором смесь твердых гидратированных солей двух и трехвалентного железа в молярном соотношении 1:2 смешивают с твердыми солями, содержащими катионы двух- и трехвалентных металлов, взятых в молярном соотношении 2:1, а также с твердыми гидроксидами щелочных металлов, после чего полученную смесь подвергают механической обработке. Технический результат заявляемого решения заключается в возможности получения широкого спектра магнитных композитов, содержащих магнитный оксид железа и различные анионные формы слоистых двойных гидроксидов, а также сокращении необходимого времени механической активации для проведения процесса синтеза на несколько порядков по сравнению с прототипом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 пр.
Description
Предложен твердофазный способ получения магнитного композита, состоящего из магнитного оксида железа и нанесенного на поверхность твердой фазы слоистых двойных гидроксидов, пригодных в качестве ферромагнитных сорбентов, а также носителя лекарственных препаратов. Изобретение относится к области получения магнитных композитов на основе оксидов железа и слоистых двойных гидроксидов, которые могут быть использованы в качестве магнитных сорбентов в различных областях техники, включая биотехнологию, медицину и фармакологию, а также для адресной доставки лекарственных препаратов. Благодаря присутствию в сорбенте магнитной фазы для отделения сорбента от жидкой фазы может быть использована магнитная сепарация. Это позволяет применять сорбент в высокодисперсной форме, что существенно ускоряет кинетику процесса сорбции компонентов из жидкой фазы. Слоистые двойные гидроксиды, имеющие химический состав [1. Me(II)1-xM(III)x(OH)2][(An-)x/n⋅mH2O или [LiAl2(OH)6]n](An-)⋅mH2O, где (An- - ОН-, Cl-, CO3 2- и др.), входящие в состав сорбента, являются хорошими анионообменниками и могут использоваться для очистки природных вод и техногенных растворов от токсикантов.
Известен способ получения магнитного композита Fe3O4/магний-алюминиевый слоистый двойной гидроксид с интеркалированным в межслоевое пространство кобальтфталоцианинтетрасульфонат-ионом [2. Pawan Kumara, Kareena Gill, Sunil Kumar, Sudi K. Ganguly, Suman L. Jaina, Magnetic Fe3O4@MgAl-LDH composite grafted with cobalt phthalocyanine as an efficient heterogeneous catalyst for the oxidation of mercaptans // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 2015. v. 401. Р. 48-54]. Композит предлагается использовать для каталитического аэробного окисления меркаптанов. Синтез композита осуществляли в три стадии. На первом этапе получали магнитные наночастицы магнетита (Fe3O4) путем смешивания растворов хлоридов железа (II и III) с водным раствором NaOH при постоянном перемешивании. Полученный магнетит отделяли с помощью внешнего магнита и центрифугирования. На следующем этапе полученный магнетит помещали в водно-метанольную смесь, диспергировали с помощью ультразвуковой обработки и к полученной суспензии добавляли по каплям водно-метанольную смесь, содержащую карбонат и гидроксид натрия до достижения значения рН 10. К полученной смеси добавляли водно-метанольный раствор, содержащий нитраты магния и алюминия при постоянном значении рН 10, поддерживаемом постепенным добавлением указанной выше щелочной смеси. Полученный гель выдерживали при повышенной температуре в течение суток, декантировали, промывали несколько раз водой и высушивали при повышенной температуре. В итоге был получен Mg-Al СДГ, расположенный на поверхности магнитных наночастиц магнетита. На завершающей стадии синтеза проводили интеркаляцию кобальтфталоцианинтетрасульфонат-ионов в межслоевое пространство Mg-Al СДГ. Водно-этанольную смесь, содержащую кобальтфталоцианинтетрасульфоновую кислоту и синтезированный ранее композит Mg-Al СДГ/ Fe3O4, перемешивали в течение суток при 80°С, затем высушивали на воздухе. Недостатками этого способа синтеза магнитного композита являются многостадийность, длительность и сложность процедур, использование большого количества органических растворителей.
Известен способ получения магнитного материала на основе феррита магния (MgFe2O4) и Zn-Al СДГ с интекалированным анионом 5-аминосалициловой кислоты [3. Hui Zhangʹ, Kang Zou, Hui Sun and Xue Duan. A magnetic organic-inorganic composite: Synthesis and characterization of magnetic 5-aminosalicylic acid intercalated layered double hydroxides // Journal of Solid State Chemistry. 2005. v. 178. 2005. p. 3485-3493]. Синтез осуществляли в два этапа. Сначала получали феррит магния. Раствор, содержащий нитраты магния и железа, смешивали со щелочным раствором гидроксида и карбоната магния, помещали смесь в коллоидную мельницу и обрабатывали при 4000 об./мин в течение 2 мин. Полученную суспензию старили в течение 6 часов при 100°С, промывали деионизованной водой и высушивали при 70°С в течение суток. Полученный образец магний-железного СДГ отжигали при 900°С в течение 2 часов для синтеза MgFe2O4. Далее феррит магния смешивался с раствором нитратов цинка и алюминия. К полученной суспензии по каплям добавлялся раствор, содержащий гидроксид натрия и 5-аминосалициловую кислоту при постоянном значении рН 8.4 при интенсивном перемешивании в атмосфере азота. Далее суспензию выдерживали при 60°С в течение 48 часов, промывали водой и высушивали на воздухе в течение 12 часов при температуре 70°С. В результате образовывался магнитный композит MgFe2O4/ Zn-Al 5-аминосалициат-интеркалированный СДГ. Среди недостатков этого метода синтеза можно выделить многоэтапность, использование процедур, связанных с высокотемпературной обработкой, длительность.
Известен способ синтеза магнитного материалов на основе оксида железа и СДГ, содержащего аспирин [4. G. Garia, Н. Chiriac, N. Lupu. New magnetic organic-inorganic composites based on hydrotalcite-like anionic clays for drag delivery. // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2007. v. 311. P. 26-30]. В качестве магнитной составляющей выступает частично железо-замещенный СДГ, на поверхности частиц которого сформированы фазы оксидов железа. Синтез осуществляли в три этапа. Сначала синтезировали Mg-Fe-Al СДГ путем соосаждения из раствора, содержащего смесь солей FeSO4⋅7H2O, Mg(NO3)⋅6H2O и Al(NO3)⋅9H2O. Для этого в водный раствор смеси солей добавляли раствор Na2CO3/NaOH в течение 3 часов, поддерживая рН=8,9 и температуру 40°С, при постоянном перемешивании в атмосфере азота с последующим старением осадка при 65°С в течение 24 часов. Синтезированный СДГ использовался как прекурсор для получения оксидов железа на поверхности частиц СДГ. Для этого прокаленный при 500°С образец обрабатывали в течение 25 минут раствором FeSO4 при постоянном значении рН. Далее, для получения аспиринсодержащего магнитного материала, отожженный при 500°С образец СДГ, обрабатывали водно-спиртовым раствором аспирина. Недостатками этого способа синтеза магнитого материала, содержащего оксид железа и СДГ, являются многостадийность процесса, его длительность и сложность, необходимость контроля рН реакционной среды.
Известен метод синтеза магнитного композита, включающий в себя: предварительный синтез водной суспензии высокодисперсного оксида железа с помощью ультразвукового диспергирования Fe3O4; осаждение Mg-Al двойного гидроксида на поверхности магнитных частиц из водного раствора, содержащего смесь нитратов магния и алюминия при рН=10; последующее старением полученной смеси при 60°С [5. Ran-ran Shan, Liang-guo Yan, Kun Yang, Shu-jun Yu, Yuan-feng Hao, Hai-qin Yu, Bin Dua Magnetic Fe3O4/MgAl-LDH composite for effective removal of three red dyes from aqueous solution // Chemical Engineering Journal. 2014. v. 252. P. 38-46.]. Недостатком указанного метода является его многостадийность, а также необходимость получения дисперсного оксида перед процессом соосаждения.
Наиболее близким по сути к предлагаемому изобретению является способ получения магнитного композита Fe3O4/(Mg-Al-OH СДГ), заключающийся в двухэтапной механохимической активации в планетарной мельнице смеси гидроксида магния и алюминия с магнетитом [6. Fengrong Zhang. Mechanochemical synthesis of Fe3O4@(Mg-Al-OH LDH) magnetic composite. // Powder technology. 2012. V. 228, P. 250-253]. На первом этапе смесь магнетита Fe3O4 и гидроксидов магния и алюминия обрабатывалась в течение 1 часа. На втором этапе в механически активированную смесь добавляли количество воды из расчета 3 г воды на 10 г шихты. Время механохимической обработки суспензии на этой стадии составляло от 1 до 5 часов. Полученный композит состоял из частиц магнетита, равномерно распределенных в матрице СДГ, и проявлял суперпарамагнитные свойства. Среди недостатков этого способа, прежде всего, следует отметить то, в процессе механохимического синтеза образуется гидроксидная форма Mg-Al СДГ, которая обладает низкими анионообменными характеристиками. Это существенно снижает сорбционные характеристики полученного композита. Кроме того, следует отметить длительность и энергозатратность процесса синтеза, а также неизбежность загрязнения синтезируемого материала продуктами натира, образующимися в процессе механической активации.
Задача, решаемая заявляемым техническим решением заключается в создании более простого способа синтеза магнитного композита, состоящего из магнитного оксида железа и слоистого двойного гидроксида.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в заявляемом способе получения магнитного композита на основе магнитного оксида железа и слоистых двойных гидроксидов, смесь твердых гидратированных солей двух и трехвалентного железа в молярном соотношении 1:2, смешивают с твердыми солями, содержащими катионы двух- и трехвалентных металлов, взятых в молярном соотношении 2:1, либо солями лития и алюминия, взятых в молярном отношении 1:2, а также с твердыми гидроксидами щелочных металлов, после чего полученную смесь подвергают механической обработке.
Таким образом, смесь твердых гидратированных солей, содержащих катионы, необходимые для формирования оксида железа (Fe2+ и Fe3+), и слоистого двойного гидроксида (Fe3+, Mg2+, Ni2+, Al3+, Li+ и др.), подвергается обработке твердым щелочным агентом. Для интенсификации взаимодействия между твердыми компонентами смесь реагентов подвергается механической обработке.
Как нами было впервые выявлено, при взаимодействии смесей солей, содержащих как катионы Fe2+ и Fe3+, так и катионы, необходимые для формирования СДГ, со щелочными реагентами, в качестве которых могут выступать гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов, в твердой фазе происходит два процесса. Во-первых, происходит процесс образования магнитного оксида железа Fe3O4 за счет твердофазного взаимодействия солей двух и трехвалентного железа со щелочью по реакции: Fe2++2Fe3++8OH-=Fe3O4+4Н2О. Во-вторых, происходит образование СДГ за счет взаимодействия солей двух и трехзарядных катионов и щелочи по реакции 
, либо за счет реакции 
. Варьируя состав используемых солей, можно изменять химический состав синтезируемых двойных гидроксидов и соотношение между магнитным оксидом железа и СДГ. Можно предположить, что на первом этапе твердофазного взаимодействия происходит образование высокодисперсного магнитного оксида железа, частицы которого покрываются, образующимся на втором этапе, слоистым двойным гидроксидом. Если в качестве М3+ выступают соли Fe3+, то в результате реакции образуется композит, содержащий M-Fe-СДГ/ Fe3O4.
Суть осуществления изобретения можно продемонстрировать несколькими примерами.
Пример 1. Композит Fe3O4/Ni-Fe-СДГ.
Для синтеза брали смесь солей NiCl2⋅6H2O (2.24 г), FeSO4⋅7H2O (1,31 г), FeCl3⋅6H2O (3,82), и NaOH (2,64 г), для которых мольное отношение составляло 2:1:3:14. Синтез осуществляли следующим образом: в ступке измельчали и гомогенизировали смесь солей железа и никеля. К гомогенизированной смеси добавляли предварительно перетертый гидроксид натрия, полученную смесь перетирали в ступке в течение нескольких минут. Для удаления сульфата и хлорида натрия, образующихся в ходе синтеза, продукт промывали 3 раза на фильтре дистиллированной водой при ж:т = 10:1. Полученный образец высушивали на воздухе в течение 24 часов. По данным рентгенофазового анализа, приведенным на фигуре 1 (кривая 1), образец состоял из Ni-Fe СДГ (рефлексы с индексами СДГ) и Fe3O4 (рефлексы с индексами М). Композит, судя по данным химического анализа, имеет состав близкий к Fe3O4@[Ni2Fe(OH)6]Cl⋅H2O. Удельная поверхность сорбента составила 50 м2/г.По данным лазерного светорассеяния, приведенным на фигуре 2 (кривая 1), и электронной микроскопии, полученный композит состоит из агрегатов размером от единиц до 30-40 мкм, состоящих из частиц субмикронного размера. Была исследована возможность применения полученных композитов для очистки водных растворов от As(III). Концентрация мышьяка составляла 2,62 мг/л. Сорбционный эксперимент проводили при рН=7 в течение 1 суток при 25°С, отношение ж:т = 1000:1. Остаточное содержание As(III) в растворе определяли методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) на приборе Agilent 7500а. В качестве стандарта использовали ГСО растворов ионов As(Ш) (7264-96), Multi-Element Calibration Standard - 2A Agilent Part Number 8500-6940 и Tuning Solution 10 ppb Li, Y, Co, Ce, Tl в 2% HNO3 Agilent Part Number 5184-3566. Для полученного образца остаточное содержание мышьяка в растворе составляло 0,072 мг/л. Степень извлечения мышьяка из раствора - 97%.
Пример 2: Композит Fe3O4/Mg-Fe СДГ.
Для синтеза брали смесь солей MgCl2⋅6H2O (1,98 г), FeSO4⋅7H2O (1,35 г), FeCl3⋅6H2O (3,94 г), NaOH (2,73 г), для которых мольное отношение составляло 2:1:3:14. Процедура синтеза была аналогично примеру 1. По данным рентгенофазового анализа, приведенным на фигуре 1 (кривая 2), образец состоял из Mg-Fe СДГ и Fe3O4. Композит, судя по данным химического анализа, имеет состав близкий к Fe3O4@[Mg2Fe(OH)6]Cl⋅H2O. Удельная поверхность сорбента составила 70 м2/г. По данным лазерного светорассеяния, приведенным на фигуре 2 (кривая 2), и электронной микроскопии, полученный композит состоит из агрегатов размером от единиц до 30-40 мкм, состоящих из частиц субмикронного размера. Была исследована возможность применения полученных композитов для очистки водных растворов от As(III). Условия проведения сорбционного эксперимента аналогичны примеру 1. Для полученного сорбента остаточное содержание мышьяка в растворе составило 0,030 мг/л. Степень извлечения мышьяка из раствора - 99%.
Пример 3. Композит Fe3O4/Li-Al СДГ.
Для синтеза брали смесь солей LiCl (0,415 г), FeSO4⋅7H2O (2,78 г), AlCl3⋅6H2O (4,82 г), FeCl3⋅6H2O (5,4 г), NaOH (5,6 г), для которых мольное отношение составляло 1:1:2:2:14. Процедуры синтеза была аналогична примеру 1. Удельная поверхность сорбента составила 15 м2/г. По данным рентгенофазового анализа, приведенным на фигуре 1 (кривая 3), образец состоял из Li-Al СДГ и Fe3O4. Композит, судя по данным химического анализа, имеет состав близкий к Fe3O4@[LiAl2(ОН)6]Cl⋅H2O. По данным лазерного светорассеяния, приведенным на фигуре 2 (кривая 3), и электронной микроскопии, полученный композит состоит из агрегатов размером от единиц до 30-40 мкм, состоящих из частиц субмикронного размера.
Технический результат заявляемого решения заключается в возможности получения широкого спектра магнитных композитов, содержащих магнитный оксид железа и различные анионные формы слоистых двойных гидроксидов, а также сокращении необходимого времени механической активации для проведения процесса синтеза на несколько порядков по сравнению с прототипом.
Получаемый магнитный композит можно применять в качестве магнитного сорбента для извлечения токсикантов из водных сред, а также для адресной доставки лекарственного препарата с использованием магнитного поля.
Claims (2)
1. Способ получения магнитного композита на основе магнитного оксида железа и слоистых двойных гидроксидов, отличающийся тем, что смесь твердых гидратированных солей двух и трехвалентного железа в молярном соотношении 1:2 смешивают с твердыми солями, содержащими катионы двух- и трехвалентных металлов, взятых в молярном соотношении 2:1, а также с твердыми гидроксидами щелочных металлов, после чего полученную смесь подвергают механической обработке.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве солей, необходимых для синтеза слоистых двойных гидроксидов, берут соли лития и алюминия в молярном отношении 1:2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017142463A RU2678024C1 (ru) | 2017-12-05 | 2017-12-05 | Способ получения магнитного композита на основе магнитного оксида железа и слоистого двойного гидроксида |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017142463A RU2678024C1 (ru) | 2017-12-05 | 2017-12-05 | Способ получения магнитного композита на основе магнитного оксида железа и слоистого двойного гидроксида |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2678024C1 true RU2678024C1 (ru) | 2019-01-22 |
Family
ID=65084991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017142463A RU2678024C1 (ru) | 2017-12-05 | 2017-12-05 | Способ получения магнитного композита на основе магнитного оксида железа и слоистого двойного гидроксида |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2678024C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7084085B2 (en) * | 1997-12-11 | 2006-08-01 | Curtain University Of Technology | Process for regenerating a layered double hydroxide |
| RU2421243C1 (ru) * | 2009-11-09 | 2011-06-20 | Учреждение Российской академии наук Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения РАН (ИХТТМ СО РАН) | Способ получения магнитного композита на основе оксидов железа и молекулярных кристаллов |
| US20130062286A1 (en) * | 2010-03-08 | 2013-03-14 | Consejo Superior De Investigaciones Cientificas (Csic) | Method for obtaining materials with superparamagnetic properties |
-
2017
- 2017-12-05 RU RU2017142463A patent/RU2678024C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7084085B2 (en) * | 1997-12-11 | 2006-08-01 | Curtain University Of Technology | Process for regenerating a layered double hydroxide |
| RU2421243C1 (ru) * | 2009-11-09 | 2011-06-20 | Учреждение Российской академии наук Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения РАН (ИХТТМ СО РАН) | Способ получения магнитного композита на основе оксидов железа и молекулярных кристаллов |
| US20130062286A1 (en) * | 2010-03-08 | 2013-03-14 | Consejo Superior De Investigaciones Cientificas (Csic) | Method for obtaining materials with superparamagnetic properties |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yadav et al. | Effect of time, pH, and temperature on kinetics for adsorption of methyl orange dye into the modified nitrate intercalated MgAl LDH adsorbent | |
| Ren et al. | Nitrogen-doped graphene oxide aerogel anchored with spinel CoFe2O4 nanoparticles for rapid degradation of tetracycline | |
| Cheng et al. | The high efficient Sb (III) removal by cauliflower like amorphous nanoscale zero-valent iron (A-nZVI) | |
| Wu et al. | Magnetic Fe3O4@ CuO nanocomposite assembled on graphene oxide sheets for the enhanced removal of arsenic (III/V) from water | |
| El Hassani et al. | Effect of morphological properties of layered double hydroxides on adsorption of azo dye Methyl Orange: A comparative study | |
| Wang et al. | Water-soluble Fe 3 O 4 nanoparticles with high solubility for removal of heavy-metal ions from waste water | |
| Adegoke et al. | Sorptive Interaction of Oxyanions with Iron Oxides: A Review. | |
| Su et al. | Magnetic sulfide-modified nanoscale zerovalent iron (S-nZVI) for dissolved metal ion removal | |
| EP2892853B1 (en) | Particle for recovering an anion from an aqueous solution | |
| Gu et al. | Phosphate removal using zinc ferrite synthesized through a facile solvothermal technique | |
| Koilraj et al. | Fe3O4/MgAl-NO3 layered double hydroxide as a magnetically separable sorbent for the remediation of aqueous phosphate | |
| Mu et al. | Preparation of a polyelectrolyte-coated magnetic attapulgite composite for the adsorption of precious metals | |
| Qian et al. | Enhancing charge transfer efficiency of cerium-iron oxides via Co regulated oxygen vacancies to boost peroxymonosulfate activation for tetracycline degradation | |
| Tao et al. | Magnetic MnFe2O4/MoS2 nanocomposites synthesis for rapid degradation of sulfamethoxazole by activated peroxymonosulfate | |
| Abdollahi et al. | Superadsorbent Fe3O4-coated carbon black nanocomposite for separation of light rare earth elements from aqueous solution: GMDH-based Neural Network and sensitivity analysis | |
| CN101215041A (zh) | 废水中Cr6+的处理方法及所用蒙脱石基纳米磁铁矿的制备方法 | |
| Adegoke et al. | Equilibrium sorption of hexavalent chromium from aqueous solution using synthetic hematite | |
| Bobik et al. | The effect of magnetite nanoparticles synthesis conditions on their ability to separate heavy metal ions | |
| Predescu et al. | Adsorption of Zn, Cu and Cd from waste waters by means of maghemite nanoparticles | |
| Zeng et al. | Efficient removal of arsenite by a composite of amino modified silica supported MnO2/Fe–Al hydroxide (SNMFA) prepared from biotite | |
| Dissanayake et al. | Synthesis of low-cost magnetite nano-architectures from Sri Lankan laterites | |
| Ren et al. | Highly selective and effective copper removal from wastewater by magnetic precipitation separation | |
| Polyakov et al. | Constrained growth of anisotropic magnetic δ-FeOOH nanoparticles in the presence of humic substances | |
| Xu et al. | Hollow ZnO/Zn2SiO4/SiO2 sub-microspheres with mesoporous shells: Synthesis, characterization, adsorption and photoluminescence | |
| Vu et al. | Kinetics of crystal growth of nanogoethite in aqueous solutions containing nitrate and sulfate anions |