PAO基磁性液体的制备.docx

PAO基磁性液体的制备目录第一章绪论31.1磁性液体的定义31. 2磁性液体的应用31. 3磁性液体的制备方法10L4纳米Fes颗粒在载液中的分散稳定机理131. 5本论文的总体设计思路16第二章实验方法192.1 实验药品192.2 实验设备192.3 测试和表征方法19第三章纳米Fe3(h的制备与性能分析233.1引言233. 2实验局部233. 3.结果与讨论273.4.结论30第四章PAO基磁性液体的制备364.1引言364. 3实验步骤374.4改性温度的影响394.5改性pH值的影响394. 6除水方式的选择404. 8改性时间的影响424.9 PAO基磁性液体饱和磁化强度的控制434.10外表活性剂的吸附量454. 11 结论46结论46附件1：纳米磁性粒子在交变磁场中的产热量的计算47附件2：未成功的一些尝试51PAO基磁性液体的制备永磁铁图1-5磁浮置研磨的机理磁性液体和磬粒混合液图1-6磁浮图研磨加工装置图这种磁浮置研磨法，可采用图-6所示的简易装置实现，该装置由工 件回转驱动局部、永久磁铁及调节温度的水槽等组成，用于立式数控铳床 上这种研磨法的加工量，一般随加工时间的增加而增加，并具有饱和的倾 向，在研磨开始后的15min内，能够进行最有效在研磨，加工粗糙度可达 Rmax= 0. 15 u mo影响磁浮置研磨加工精度和效率的因素除了外加磁场强度外，磁铁与工 件的距离变化也影响磁场强度，因而也对研磨精度和效率产生影响。

影响加 工性能的还有磁性液体和磨粒混合液的性能，包括磁性液体的粘度、温度、 磨粒添加率和磨粒直径等磨粒体积添加率越高，磁化特性变坏，影响研磨效率但磨粒添加率的 提高会使混合液表层硬度提高，有利于加工效率和精度研究说明，磨粒添 加率在41%时加工效率最正确磨粒平均直径变小，混合液表层磨粒数增加， 表层粘度提高，有利于提高加工效率和加工精度磁浮置研磨的加工压力即是由磁场形状和磁场强度决定的磁浮置力， 所以易于控制，因而有利于控制研磨的加工效率和加工精度，也对立体工 件的研磨提供了可能磁性液体别离式研磨原理3VN N N N N N N图1-8磁性液体堆积研磨原理图磁性液体别离式研磨原理如图1-7所示，磁性液体和工件之间，有一层 橡胶板和一层嵌有磨粒的抛光绒布，在外磁场的作用下,磁性液体使绒布和 工件压紧，当工件与绒布作相对运动时，绒布上的磨粒对工件进行微细切 削，降低了工件外表粗糙度这一方法加工效率较高，但在加工后外表留有 剩余应力，对形状复杂的工件也难以进行加工图i—7别离式研磨原理图第一章绪论磁性液体堆积研磨原理磁性液体堆积研磨原理如图1-8所示在磁性液体中加入AI2O3或SiC磨料, 磨粒添加率大大高于用于磁浮置研磨的最正确添加率，根据磨料粒径不同， 添加率到达55%〜60%，使混合液成为粘稠的胶状液体。

如图5所示，将工 件紧贴压在混合液上，并以速度V运动；而混合液在外加磁场的作用下， 保持相对不动；混合液中的磨粒就会在与工件外表发生相对运动的过程中， 进行细微的冲击、刮削和滚压，起到研磨加工的作用磁性液体堆积研磨与 磁浮置研磨的主要区别在于，混合液的磨料添加率不同，磁浮置研磨的添 加率小，研磨时，混合液下部有一层较为纯洁的磁性液体将混合液含有大 量磨粒的局部悬浮在其上面，并且由外加磁场产生的悬浮力使磨料与工件 贴压而实现研磨而在磁性液体堆积研磨时，混合液中的磨粒是直接堆积贴 压在工件加工外表上的，外加磁场的主要作用是用来使混合液不随工件运 动,到达相对固定固1］1. 2. 6磁性液体应用于矿物别离磁性液体的密度会随外加磁场的加大而增大，这样本来浮不起来的物体 也会在磁性液体密度增大超过其自身密度时浮起来根据此原理，将不同密 度的两种金属放在磁性液体中，当外加磁场增大到一定值时磁性液体的密度 增大到两种金属密度的平均值，这时密度小的金属就会浮起来，这样两种金 属就被别离开来在含有大量水分的物料分选时,颗粒会粘结为团聚体，因而降低了分选过 程的效率此时，不能够别离粒度为-0.5 mm的混合物料。

颗粒团聚体的破 坏是有效磁性液体分选的先决条件分选室作成转子的形式,使颗粒移动到 磁性液体的运动层中分选机（如图1—9所示）由安装在机座上的电磁线圈 组成,环形磁极靴安装在电磁线圈内部环形磁极靴内外表为抛物线剖面 转子与环形磁极靴呈同心安装转子中充满铁磁性液体该铁磁性液体受到 带有磁极靴的电磁系统的磁场作用电磁系统沿转子高度方向安装通过三 角皮带传送装置，电动机带动安装在轴承中的轴由不同密度的颗粒组成的矿物混合物给入磁性液体层中在推力、磁 力、离心力和重力作用下，混合物料发生分层较大密度的颗粒被推到转子 壁上,随着物料的积累进入底部,而较小密度的颗粒积累在转子的中心局部， 沿磁性液体滑动，经空心轴排出［12］PAO基磁性液体的制备之勿；;：；；；；；；；lJ图1一9离心磁流体分选机1 .转子;2 -线圈;3 .磁极靴;4 -轴承;5 .支承程1.3磁性液体的制备方法磁性液体的制备方法很多，大多都分两步进行首先制备磁性颗粒，然 后在磁核外表包裹一层或多层外表活性剂，最后并将磁核均匀地分散到载液 中形成均匀稳定的胶体1. 3. 1化学共沉淀法将可溶的亚铁盐和铁盐（Fe?+和Fe"）按比生成FesO,理论量（摩尔比1 ： 2） 较小的比例混合后,加入碱性沉淀剂,生成Fes。

4纳米粒子,然后将FesO,粒子 加入到含有外表活性剂的载液中，别离后即得到磁性液体该法速度快，产 量高，效果也好,可以通过改变工艺参数来调整磁性微粒的大小,或添加其它 金属离子以改善微粒性能,从而获得优良的磁性液体,是目前制备磁性液体 用的较多的一种方法下面以我所在实验室制备油酸改性水基磁性液体的工 艺流程为例来说明磁性液体制备的工艺路线化学共沉淀法制备磁性液体的基本方程式如下：2 Fe3++ Fe?+ +80”— f Fe3O,+4H2O3. 1. 1配制溶液阶段在配制溶液阶段,二价铁和三价铁是以离子形式存在的因为二价铁 离子在酸性条件下的稳定性较好,所以应在配制铁盐溶液时先滴入少量盐酸 使溶液呈酸性另外,为了更好地保证二价铁离子的稳定,配制的溶液中应尽 量不含有氧气，因此配制溶液所使用的蒸储水要先经过煮沸,驱除溶解于水 中的少量氧气配制溶液时,先用热的蒸储水配制三价铁盐，以加快三价铁盐 的溶解速度然后将二价铁盐加入到冷却了的三价铁盐溶液中,通过搅拌帮 助二价铁盐溶解,但不能加热因为根据第一章绪论「2+「3+ I -re f Fe + e其中Fe?+和Fe计的标准摩尔生成焰依次分别为-89. IkJ/mol和-48. 5kJ/mol .可见上述过程是吸热过程,也就是说加热能够促使二价铁离子被 氧化成三价铁离子,所以不应采取加热方法来促进二价铁盐的溶解,而是在 常温下搅拌。

配制溶液时还要考虑两种铁离子的浓度比由于二价铁有被氧化成三价 铁的可能,所以配制铁盐溶液时,两种离子的物质的量比不应该是反响式中 的化学计量数比1:2，而应该大于这个比值但最大不超过1 :1 ,具体数值 确实定，与其它工艺参数的选择和操作程序有很大关系,应根据整个制备工 艺条件下二价铁可能被氧化的程度,通过实验摸索1. 3. 1. 2化学反响阶段生成Fe304反响的中间产物Fe(0H)2的还原性很强，容易被氧化成 Fe(0H)3 ,氧化过程的电极反响式为:Fe(0H)3 + R -Fe (0H)2 + OH-根据能斯特方程口乙RT1 石+仙口乙RT1 石+仙从)/6'b(R)lb”可知,溶液碱性越强,溶液中0斤浓度越大,那么氧化还原电对Fe(0H)3/Fe(0H)2 的电极电势越小，电对中Fe(0H)2的还原性越强，越容易被氧化因此在反响 阶段,为防止Fe(0H)2被氧化，溶液中碱的浓度不宜太大当然碱的浓度也不 能太低，否那么溶液中的离子积达不到Fe(OH)2的溶度积,不利于Fe (0H)2的 生成,导致得不到大量的Fe304颗粒另外反响时要控制反响系统温度，温度过低不利于反响进行;而温度过高,Fe (OH) 2会快速地被氧化成Fe(0H)3 o实践证明，温度越高,Fe(OH)2越容易被氧化。

所以,控制反响阶段 的温度很重要,尤其是要考虑反响物混合瞬间放出的热量同时还应控制反 应阶段的时间，时间短了反响不能完成,保持反响条件的时间长了，会使已经 生成的产物被氧化1. 3.1. 3包裹分散阶段生成磁性Fes4颗粒后，将其用外表活性剂在适当的条件下包裹,并分散 到载液中去,就能得到磁性液体整块的晶体Fe：G一般能稳定存在,不易被氧 化但实验中制备出的纳米级Fe：微粒比外表积大,处于颗粒外表的二价铁 的比例较高,而且这样处于外表的二价铁有较高的活性，在适当的(较高温度 和碱性溶液)条件下更容易被氧化成三价的铁所以在实验中的包裹分散阶 段，经常有操作条件控制不当，使已经生成的黑色Fes」被氧化成红色的 Fe?结果导致实验失败的现象为防止此类现象的发生,反响进行完毕,有大量黑色FaO」沉淀生成后,就 要将所生成沉淀倾入大量水中，到达降温和稀释碱的目的在包裹和分散前, 用大量水洗涤Fes沉淀,使其脱离碱性环境,并洗去微粒外表吸附的离子使 包裹能够有效地进行有效包裹是防止氧化和均匀分散的前提在包裹分散11PAO基磁性液体的制备过程中，也要控制包裹和分散的温度,温度过低时包裹和分散都不能进行,温 度过高Fe：O会被氧化,结果得不到黑色的磁性液体。

[13]配置溶合成磁液阶段粉阶段1： 2的 Fe2+ , Fe，+ 混 合溶液1： 2的 Fe2+ , Fe，+ 混 合溶液Fe(OH)3和Fe(OH)2Fe§4 pH>9氨水福 3蒸水洗次FePh=9.30浴搅、入酸水、拌加油1. 3. 2机械研磨法机械研磨法是将Fe304和基载液、外表活性剂混合在一起球磨约两周的 时间，将原始的块状或者大颗粒材料粉碎获得纳米级磁性颗粒,制备的磁性 液体主要为氧化铁型磁性液体,这类磁性液体中的磁性颗粒一般为Fe304 , Y Fe203 , CoFe204和NiFe204等，再通过离心过滤,然后浓缩制得磁性液体 用该方法制备磁性液体本钱太高同时，在制备过程中，原始材料的强度、 硬度、塑性和晶体的内部缺陷都对生成的磁性颗粒的性能有着直接的影响 [14] o1. 3. 3热解法.有些铁磁性金属的有机化合物很容易分解为金属粉末，因此可以采用热 分解有机化合物的方法来制备一些金属磁性液体.该法是将液态金属锻基 化合物，如F e (C 0)5、C o (C 0)3> N i (C 0)4蒸发，然后导入具有一 定温度并含有外表活性剂的载液中，玻基化合物便分解生成磁性超微金属粒第一章绪论子,吸附外表活性剂后分散到载液里,形成金属磁性液体。

但该法会产生污染 环境的C 0气体,不适宜规模生产1. 3. 3真空蒸发法.真空槽内放入混有外表活性剂的基载液,槽中间放置蒸发用地烟.以一 定速度转动真空槽，同口寸加热用埸使金属蒸发变成微粒.由于真空槽不断转 动使蒸发槽顶端形成一层薄薄的液膜,蒸发的微粒在顶端进入液膜,并随真 空槽转动分散在基载液中，从而得到磁性液体.用该方法已制出Fe、Co、 Ni金属磁性液体1.工4等离子体辅助化学气相沉积法.这种方法用于制备氮化铁等微粒的磁性液体.将基载液放入可以转动 的反响容器,容器内装有电极,且电极上有吹气口，用以吹入氮气、氮气和燃 基铁蒸。