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摘要：论文采用化学共沉淀法。对制备的磁流体进行检测和表征，影响因素做简要分析。探究出磁性最大、稳定性最好的磁液。得到较佳的制备工艺。根据改变二价铁离子的浓度，对制备磁流体的六种物质中，改变Fe2+浓度观察它对铁流体磁性的影响，固定其他成分不变，使得Fe3+和Fe2+浓度比在16：1——1：3.5这样的十份样品，它们的磁性由低到高，在浓度比为2：1的时候，磁性最佳，此时磁流体的颜色为黑色，性状稳定。
关键词：磁流体；化学共沉淀法；Fe2+浓度变化
本文引用格式：郭萍等.二价铁离子浓度对铁流体磁性的影响[J].教育现代化，2019，6（46）：212-215.
一 引言
铁流体在静态时呈现液态的流动性，在外加磁场作用时，会被磁场吸引发生形态变化表现出固体的磁性，因该流体既有液体的流动性又有固体磁性材料的磁性，所以作为一种新型的功能性材料被广泛使用[1~4]。
铁流体在近代工业中应用比较广泛，如扬声器、防尘设备、军用设备等方面。而且已有研究表明，磁性吸附剂具有易回收、吸附性能好的优势，是一种公认的绿色环保性吸附剂。因此可以通过铁流体如纳米磁性四氧化三铁来处理具有高度危害性和难治理性的含有化学重金属离子的废水。这种方法比起用其他的方法具有快速高效、成本低、无二次污染等优点。
目前，铁流体的制备方法[5~8]有机械研磨法、化学共沉淀法、微乳液法等多种方法，其中化学共沉淀法是采用氯化亚铁、三氯化铁作为反应原料，以水，氨水等作为基液，以油酸等作为活性剂防止团聚。每一份物质的加入量不同对铁流体最终的流体状态和磁性都有影响。
本文主要采用化学共沉淀法原理，探索了三价铁离子和二价铁离子在反应时物质浓度加入量不同，观察其对铁流体磁性大小影响，寻找到最佳的用量比例，为最佳性能的铁流体制备提供参考。
二 实验仪器与药品
（一）实验仪器
大烧杯（500ml）、小烧杯（100ml）、玻璃棒、一次性滴管、量筒、电子天平、试纸、通风橱、磁力搅拌器、保鲜膜、橡皮筋。
（二）实验药品
六水合三氯化铁（FeCl3.6H2O）：分析纯AR（99.0%）四水合氯化亚铁(FeCl2.4H2O)：分析纯AR盐酸(HCl)：分析纯（36%~38%）油酸（C18H34O2）：分析纯氨水（NH3.H2O）：分析纯（25%~28%）正庚烷(C7H16)：分析纯（97%）
三 实验步骤
固定其他五种物质成分不变，改变二价铁离子的用量，使得三价铁离子与二价铁离子得浓度比分别为16：1、8：1、4：1、2：1、1：1、1：1.5、1：2、1：2.5、1：3、1：3.5。制备出Fe3+和Fe2+浓度比在16：1--
-1：3.5这样的十份样品。样品1的浓度比为16：1、样品2的浓度比为8：1、样品3的浓度比为4：1、样品4的浓度比为2：1、样品5的浓度比为1：1、样品6的浓度比为1：1.5、样品7的浓度比为1：2、样品8的浓度比为1：2.5、样品9的浓度比为1：3、样品10的浓度比为1：3.5。
（一）二价铁离子用量变化样品1
1.1实验准备
1）我们需要在实验之前检查所有的化学药品，药品是否完好无损，有没有发生氧化，所有的玻璃仪器都要用去离子水冲洗，避免引入其他杂质，在配制药品时，实验人员需要穿上实验外套，带上一次性实验手套，以确保实验的失败率降低到最小。
2）准备两个大烧杯（500ml）两个小烧杯（100ml）一个大量筒（500ml）一个小量筒（10ml），两个玻璃棒一台电子天平，一台机械搅拌器，两至三个磁子，若干个一次性滴管，保鲜膜、橡皮筋、纸巾、一次性手套、试纸等等。
3）计算，按照16：1摩尔比例计算六水合氯化铁5.4100g，四水合氯化亚铁0.2488g
1.2实验步骤
1）称取六水合氯化铁5.4100g，四水合氯化亚铁0.2488g。
2）选用100ml小烧杯，倒入烧杯中，
3）加入去37.5ml的去离子水，用玻璃棒搅拌直至溶解。
4）再加入三滴盐酸搅拌混合，得到棕色溶液。
5）将搅拌好的溶液放在机械搅拌器上，放入准备好的磁子，用大适中的保鲜膜覆盖烧杯口，用橡皮筋封住杯口，保证制备过程需要的温度。
6）将机械搅拌器的加热棒放入烧杯中，温度设定为42摄氏度，用准备好的量筒量取12.5ml的氨水，待温度升到42摄氏度时加入氨水。
7）加入氨水后，将温度设定为60摄氏度，温度到达60摄氏度时，用滴管滴入8滴油酸，加入10ml的正庚烷。
8）搅拌15min，定期观看测试，待搅拌完成，在玻璃瓶中加入去离子水，滴管吸入制备好的磁流体，放入玻璃瓶中，用磁铁在瓶外吸引，测试其磁性，贴上标签，记作样品1，保存在避光处。
（二）二价铁离子用量变化样品2
此次将六水合氯化铁和四水合氯化亚铁按照8：1摩尔比例，计算并称取四水合氯化亚铁0.4975g，步骤同上。制备好样品，装入有去离子水的玻璃瓶内，记作样品2，保存在避光处。
（三）二价铁离子用量变化样品3
此次将六水合氯化铁和四水合氯化亚铁按照4：1摩尔比例，计算并称取四水合氯化亚铁0.9950g，步骤同上。制备好样品，装入有去离子水玻璃瓶内，记作样品3，保存在避光处。
（四）二价铁离子用量变化样品4
此次将六水合氯化铁和四水合氯化亚铁按照2：1摩尔比例，计算并称取四水合氯化亚铁1.9900g，步骤同上。制备好样品，装入有去离子水的玻璃瓶内，记作样品4，保存在避光处。
（五）二价铁离子用量变化样品5
此次将六水合氯化铁和四水合氯化亚铁按照1：1摩尔比例混，计算并称取四水合氯化亚铁3.9800g，步骤同上。制备好样品，装入有去离子水的玻璃瓶内，记作样品5，保存在避光处。
（六）二价铁离子用量变化样品6
将六水合氯化铁和四水合氯化亚铁按照1：1.5摩尔比例，计算并称取四水合氯化亚铁5.9700g，步骤同上。制备好样品，装入有去离子水的玻璃瓶内，记作样品6，保存在避光处。
（七）二价铁离子用量变化样品7
此次将六水合氯化铁和四水合氯化亚铁按照1：2摩尔比例,计算并称取四水合氯化亚铁7.9600g，步骤同上。制备好样品，装入有去离子水的玻璃瓶内，记作样品7，保存在避光处。
（八）二价铁离子用量变化样品8
将六水合氯化铁和四水合氯化亚铁按照1：2.5摩尔比例，计算并称取四水合氯化亚铁9.9500g，步骤同上。制备好样品，装入有去离子水的玻璃瓶内，记作样品8，保存在避光处。
（九）二价铁离子用量变化样品9
此次将六水合氯化铁和四水合氯化亚铁按照1：3摩尔比例，计算并称取四水合氯化亚铁11.9400g，步骤同上。制备好样品，装入有去离子水的玻璃瓶内，记作样品9，保存在避光处。
（十）二价铁离子用量变化样品10
将六水合氯化铁和四水合氯化亚铁按照1：3.5摩尔的比例，计算并称取四水合氯化亚铁13.9300g，步骤同上。制备好样品，装入有去离子水的玻璃瓶内，记作样品10，保存在避光处。
四 结果分析
下图2，是对制备出十份不同的样品进行磁性检测。
（一）二价铁离子用量变化样品1结果分析
磁流体刚加入进玻璃瓶内时，液体浑浊，没有呈现出磁流体的流动性，静置一段时间后，沉入瓶底，呈粉粒状态，轻轻摇晃，颗粒继续悬浮于表面，其颜色呈现出褐色，将磁铁放在瓶子底部，由于磁力的作用，四氧化三铁会被吸附到磁铁上，移动缓慢，测试表明，在外力场的作用下，样品1磁流体磁性很弱。
（二）二价铁离子用量变化样品2结果分析
样品2同样加入玻璃瓶中，静置一段时间后，一部分吧沉入瓶底，还有一部分悬浮于水的表面，分布不均匀，呈粉粒状，颜色呈现出深褐色，在外力场的作用下，样品2磁性较小、磁流体稳定性不佳。
（三）二价铁离子用量变化样品3结果分析
将磁流体加入玻璃瓶内，磁流体呈现出黏稠状，静置一段时间后，沉入瓶底，颜色呈现出浅黑色，在磁铁的吸引下，样品3表现出微弱的磁性，流动性较差。
（四）二价铁离子用量变化样品4结果分析
样品4磁流体被表面活性剂较好的包裹，使其呈现出油状，既具有液体的流动性具有固体的磁性，在磁铁的测试下，能够较好表现出磁性，颜色为黑色，静置一段时间后，发现磁流体并没有溶于水，在轻微的晃动下，也不会立刻分散，在重力和电磁场的作用下能稳定存在，不会产生沉淀和凝聚，说明三价铁离子和二价铁离子按照2：1的摩尔比例混合到的磁流体最佳。
（五）二价铁离子用量变化样品5结果分析
将磁流体加入装有去离子水的玻璃瓶内，样品5磁流体呈现出粉末状，有一部分悬浮于去离子水的表面，静置一段时间后。磁流体沉入瓶底，磁流体颜色呈现出黑色，呈现出粉末状态，分布不均匀。不能形成良好的弹性外壳，磁性能不佳。
（六）二价铁离子用量变化样品6结果分析
样品6磁流体呈现出块状，静置一段时间后，沉入瓶底，水体呈现出为黄色，出现这种情况，可能是因为二价铁离子的增多，二价铁离子容易氧化成三价铁离子，在搅拌过程中，保鲜膜没有塑封好，将空气搅入液体打起泡沫增大氧化机会，产物颗粒较大，产生团聚，黏度增大表面活性剂不能较好的包覆于磁流体表面。
（七）二价铁离子用量变化样品7结果分析
样品7静置一段时间后，水体呈现为黄色，相对于样品6，颜色更深一点，磁流体具有一定的磁性，但不具又凝聚性，比较分散。不够稳定。
（八）二价铁离子用量变化样品8结果分析
样品8具有一定的磁性，静置一段时间后，纳米颗粒属于分散状态，不够凝聚，且水体变为黄色，氨水味较重，由于铁离子的增加，反应物浓度增加，产物颗粒较大，所以不具有磁流体的良好特性。
（九）二价铁离子用量变化样品9结果分析
样品9中的表面活性剂于油酸与产物分离，浮于瓶子上方，氨水味比样品8更加刺鼻，水体呈现黄色，磁性较强，不能成为良好的球状油状物，容易分散，稳定性较差。
（十）二价铁离子用量变化样品10结果分析
样品10静置一段时间后，颜色呈现深黄色，并且瓶子上方悬浮油状物质，表面活性剂与产物分离，仍然具有一定的磁性，不具有油状包覆外壳，不能很好流动，容易分散于水中。
由上述分析我们可以看出，随着二价铁离子浓度从低到高，磁流体的颜色，从褐色逐渐转变为黑色，由黑色变为黄色。磁流体的磁性由低到高，到达顶峰时，磁性又下降，呈现出一个抛物线的趋势，在三价铁离子与二价铁离子浓度比为2：1时，磁性最好，因此，说明当三价铁离子与二价铁离子浓度比为2：1时，磁性最好，最稳定。但是在实际操作过程中，其他化学试剂不变的情况下，随着二价铁离子的增多，浓度增大，表面活性剂无法包覆于磁流体表面，造成磁流体呈块状，易分散，稳定性也比较差。反之，二价铁离子浓度减小，磁性颗粒更容易悬浮稳定，但是磁流体的磁性较弱，因此，我们可以得出三价铁离子与二价铁离子的摩尔比例为2：1时，制备出的磁流体效果最佳。
（十一）TEM电镜分析
我们将三价铁离子与二价铁离子物质的量比为2:1时的样品放在磁场作用下和扫描电子显微镜观察其微观结构。
由图3可以看出，该磁流体在磁力场作用下显出较强的磁性，图4的SEM图片显示该磁流体是由粒径在0~20纳米的Fe3O4颗粒组成。
通过以上磁流体的研究及分析，我们可以清楚发现三价铁离子与二价铁离子不同的摩尔比例，制备出的磁流体具有不同的特征。通过进行多组实验的对比，根据对磁流体磁性的测定，不断改变铁盐的浓度比例。在改变三价铁离子与二价铁离子不同比例上，利用化学共沉淀法，保证其他五种化学成分不变，只改变三价铁离子与二价铁离子的浓度比，发现在浓度比为2：1的时候，颜色为黑色，磁性最强，化学稳定性最好。
参考文献
[1]何运兵,邱祖民,邱俊明.纳米Fe_3O_4磁流体的制备及其性能研究[J].过程工程学报,2006,6(S2):263-267.
[2]徐海星,李冉,许沛虎.四氧化三铁磁流体的制备及性能分析[J].燕山大学学报,2012,36(2):145-149.
[3]李学慧,安宏,刘宗民.磁流体及其应用[J].大连大学学报,1996(2):159-164.
[4]史红兵,洪勇,舒霞,吴玉程,张俊斌.纳米Fe_3O_4磁粉检测材料的稳定性试验[J].轻工科技,2016,32(01):42+46.
[5]陆平,陈爱华,宋晓蕾.四氧化三铁磁流体制备与磁导率分析[J].化工新型材料,2017,45(12):180-182.
[6]高道江,赖欣,王建华.磁性流体制备技术的现状与展望[J].磁性材料及器件,1998(02):20-23.
[7]袁淑霞,樊玉光,成秀梅.纳米磁性流体的制备及应用技术[J].西安石油大学学报（自然科学版）,2002,17(6):75-79.
[8]马秀玲,陈盛,郑思宁,黄丽梅.磁性CS-M的合成与表征[J].福建师范大学学报(自然科学版),2004(01):62-65.
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