修改__改进铁磁流体制备方法的探究

修改__改进铁磁流体制备方法的探究 改进铁磁流体制备方法的探究 蚌埠二中 乔云镜 杭英杰 张熠乾 指导老师 蒋红年 刘利娟 铁磁流体由于优异可控的特殊物理性质而得到广泛的应用～但传统铁磁流体的制备存在诸多问题:比如易被氧化～提取难度大～环境要求高等～所以其应用受到限制。铁磁流体制备的主要步骤为制得铁磁溶胶后浓缩得到铁磁流体。本项目主要目的是改进现有金属铁磁溶胶制法～探究分为传统铁磁流体制备和改进后铁磁流体制备方法两部分。 1.传统铁磁流体制备 为了了解铁磁溶胶性质～小组首先采用了两种常见方法制取铁磁溶胶。 1.1. 复分解法制铁磁溶胶 1.1.1. 实验原理:由于FeO可看由铁酸盐和亚铁盐强烈极化的 34 盐～所以可以用铁酸钠和硫酸亚铁为原料制取FeO～并使其溶于溶 34 剂中制得铁磁溶胶。 实验过程:?称取FeO～称取NaOH配成溶液。?将FeO在NaOH溶2323液中加热以制取铁酸钠溶液～此时发现～FeO未完全溶解。?称取硫酸23 亚铁配成溶液。?将两种溶液混合。 结果:失败～并未得到均匀黑色分散系～溶液分层～下层为红棕色固 体～上层为无色透明液体。 分析评估:由于非新制三氧化二铁结构稳定～没有溶解。而硫酸亚铁在极短时间被氧化～导致实验失败。 1.2. 共沉淀法制铁磁溶胶 1.2.1. 原理:共沉淀法是目前简易条件下制取较好性能的铁磁溶胶的方法。其原理为二价铁、三价铁可溶性盐溶液混合后～在碱性条件下结合生成四氧化三铁。其中反向共沉淀法是较为成熟和先进的方法～其步骤为将二价铁、三价铁混合溶液滴入氨水中。方程式为: 2+3++Fe+2Fe+8NH+4HO=FeO+8NH 32344 1.2.2. 实验过程:?称取FeCl、FeCl配成溶液～FeCl。4HO和2322FeCl。6HO的质量比为0.73:1既物质的质量比为1:1。?量取50毫升32 氨水加入到800毫升的蒸馏水中。?将混合溶液缓慢倒入氨水和蒸馏水混合液中并搅拌。?将溶液放于钕铁硼磁铁上方沉淀30分钟～倒出上层溶液。?碱洗一次～水洗一次。?重复步骤五两次。?将洗涤后分散系放于磁铁上方沉淀一个小时以上～倒出上层溶液～留下四氧化三铁沉淀及部分溶液50毫升。?加入硬脂酸锶3克搅拌后水浴加热至90摄氏度至少保持 4分钟～直至无刺激性气体产生。?静臵冷却。 1.2.3. 结果:制得了溶胶。 1.2.4. 1.2.5. 分析与评估:共沉淀法相比其他传统方法～具有原料利用率高、成本低、反应时间短的优点。但其不足也十分明显:?反应时间短～过滤时间长～整个实验需4-5小时完成～步骤繁琐复杂～不易掌握。?试验中～若不采用移液器、搅拌器移液和搅拌～不使用去离子水和消泡剂～可能会引起存在杂质的问题。?由于采用水作为溶剂～ 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面活性剂的选择便极为单一～使得实验整体改进空间较小。?不可再生性～此类铁磁溶胶由于依靠氧化物及其表面活性剂发挥作用～所以当溶胶沉降时即失效～无法使其再生～一定程度上造成了浪费。 涂覆法 1.3 MoS2 MoS是一种新型固体润滑剂～其特点是能在极微小粒径,20纳米,2 的颗粒上形成润滑层～且工作时间长～镀膜方便～可使用热扩散法。 1.3.1 配方:Fe粉:50g MoS:25g C粉:20g NaHCO50g S粉:23:10-15g 硬脂酸锶:10-15g。 1.3.2 原理:Fe与MoS为主要原料～C粉作为分散在溶剂中的润滑2 剂～起到保护MoS涂层的作用～NaHCO主要起调节PH和隔绝空气～防止23 MoS与O反应的作用～S粉则与Fe反应生成FeS～防止MoS与Fe粉反应。222 硬脂酸锶为表面活性剂。 1.3.3 实验过程:?按配方称取药品。将药品装入试管并灼烧。?灼烧至红热后再灼烧1分钟。?冷却至室温后倒出试管研磨。?加入硬脂酸锶并研磨。?向粉末中兑入油～按需要调配成不同浓度。 1.3.4 结果:成功制得铁磁流体 1.3.5 分析评估:作为最新的金属铁磁流体制备方法～MoS2涂覆法具有操作简单～环境要求低等特点～通过热扩散～附着了一层MoS2润滑层～再加上一层硬脂酸锶保护层的Fe粉所制成的铁磁流体性能良好。由于碳粉的润滑作用～溶剂,油,可以较少～即溶剂密度可以较大～所以磁化率大小可控且可以极大～具有较广泛的应用前景。 不足:?试剂使用已超过150g～体积更是超过研钵容积～小组不得不平分试剂研磨～影响操作便利性,?仅使用酒精灯无法使药品红热～原作者使用了丁烷焊枪,小组使用了坩埚,～使实验安全性受到影响,?1.3.3过程?～?中有臭鸡蛋气味的气体产生～小组认为是HS～可看出此方法2 可能会排放有毒污染物,?C粉的过量导致浪费,?新品种铁磁流体耐久 性较差。出现沉降后虽可以再加入硬脂酸锶处理～使其恢复活性～但考虑价格因素～发现其成本仍较高。 2 .针对上一实验所发现的问题～小组成员开始了研究～并以节约成本～减少污染和改进铁磁流体性能为目标～最终提出了合理的解决方法。 MoS2涂覆法制铁磁流体的改进方法,无S粉～以油酸钠代替硬脂酸锶～减少C粉使用, 2.1配方:Fe粉30g～MoS15g～C粉5g～NaHCO 25g～油酸钠5g。 23 2.2原理:?由于MoS2涂覆法以油作为载体～理论上减少了颗粒间摩擦阻力,油为粘稠状液体,～在此情况下应可以减少或除去C粉的使用。?由于加热时试管口半封闭～过量NaHCO分解所产生CO实际上已隔绝了32 空气～且实验1.3.3过程??中有臭鸡蛋味气体产生～小组认为S本身的作用已经失效～所以可以除去。?油酸钠是一种表面活性剂～特点是与附着物结合能力较强～可溶于水～不溶于油脂、乙醇。可由NaOH或NaCO23的乙醇溶液与油酸的乙醇溶液滴定制取。 2.3实验过程 ?按配方称取药品并放入研钵研磨,?将药品倒出并 放入坩埚中灼烧,?灼烧15-20分钟,具体视药品质量而定,～取下坩埚～将其臵于石棉网上冷却,?将固体粉末倒出坩埚～并加入油酸钠～水浴加热后研磨,?向粉末中兑入油。 2.4结果:成功制得铁磁流体～与原方法所得性能基本相同。 2.5分析与评估 ?相比原制法～新方法合理利用了载体优越性～减少了碳粉的使用～节约了成本～避免浪费。 ?小组通过观察现象并分析后得出了S粉原作用已失效的假设～并在实验中尝试无S粉配方。实践证明～S粉已无实际效果～不参与主要反应～却产生有毒有害物质,HS,～所以小组在新配方中除去了S粉～既保护了2 环境～同时节约成本。 ?油酸钠由于可溶于水～在水基铁磁溶胶中会降低其与溶质吸附力～所以常被排除在选择范围之外。但MoS涂覆法使用油作为溶剂～油酸钠2 优良性质可以得到应用。事实证明～其效果丝毫不亚于较常使用的硬脂酸锶。此外～当铁磁流体出现沉降后～可通过滤出溶质～加入油酸的乙醇溶液和少量乙醇～与溶质中残余NaCO反应生成油酸钠～微热后倒入油～便23 可重新使用。这两大特点使油酸钠做表面活性剂的方法大大节约了成本～同时简化了操作～不得不称为一大进步。 另注:由于其性质原因～油酸钠固体溶化后与Fe粉结合十分紧密～同时保护了MoS层～理论上增加了铁磁流体的耐久性。 2 3. 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 及结论,无S,MoS涂覆法采用油酸钠作为表面活性剂～同时2 减少、除去了C粉～S粉的使用～在保证性能相近,甚至更优,的前提下～节约成本～简化操作～避免了有毒污染物的排放。新型环保节约型铁磁流体的制法～满足绿色化学的要求～为工业规模生产提供了一种可选方式。