一种铁镍合金磁性木质纤维及其制备方法

摘要

一种铁镍合金磁性木质纤维及其制备方法，属于微/纳米复合材料技术领域。所述的铁镍合金磁性木质纤维为在木质纤维的表面沉积有一层铁镍合金纳米粒子。其制备方法是：硅烷偶联剂对木质纤维处理；贵金属盐溶液和还原剂对木质纤维进行活化处理；亚铁盐和镍盐在木质纤维表面还原后沉积铁镍合金；用去离子水洗涤、干燥即可。本发明的磁性木质纤维既具有铁镍合金的软磁性能，而且质轻、价廉；其制备过程不需要高温和还原气氛还原，制备工艺简单、能耗低、环境友好。

权利要求

1.一种铁镍合金磁性木质纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)木质纤维的预处理：采用浓度为0.5%～10.0wt%的硅烷偶联剂对40～200目绝干的木质纤维进行表面处理，处理后在60～110℃干燥至绝干；

(2)木质纤维的活化处理：以浓度为0.05～2.0g/L的贵金属盐溶液处理步骤(1)的木质纤维，过滤后，充分搅拌下，将该木质纤维直接加入到0.5～12.0mol/L的还原剂溶液中，用浓度为1.0mol/L的NaOH溶液调节其pH值在8～14；

(3)木质纤维表面沉积铁镍合金：在机械搅拌或超声分散的条件下，将同时含有

2+ 2+

0.03～1.0mol/L亚铁盐(Fe )和0.1～3.0mol/L的镍盐(Ni )混合溶液缓慢加入到步骤(2)中的木质纤维溶液中，在20℃～60℃进行木质纤维表面沉积铁镍合金反应；

(4)磁性木质纤维的后处理：步骤(3)的反应结束后，将产物用去离子水洗涤至pH为

7，20～50℃真空干燥后，得到Fe-Ni合金磁性木质纤维；

所述的贵金属盐选自氯化铂、硝酸银、四氯络金中的一种；所述的还原剂选自水合肼、硼氢化钠、硼氢化钾中的一种。

2+

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，上述步骤中还原剂与亚铁盐(Fe )和镍盐的摩尔比为1～5:1。

3.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述的木质纤维选自杨木纤维、杉木纤维、松木纤维、桦木纤维的一种。

4.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述的硅烷偶联剂选自3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷(KH-902)中的一种。

5.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述的亚铁盐选自氯化亚铁、硫酸亚铁、乙酸亚铁、硝酸亚铁中的一种；所述的镍盐选自氯化镍、硫酸镍、乙酸镍、硝酸镍中的一种。

说明书

一种铁镍合金磁性木质纤维及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于微/纳米复合材料技术领域，具体涉及一种低密度的铁镍合金磁性木质纤维及其制备方法。

背景技术

[0002] 超微铁镍(Fe-Ni)合金磁性颗粒具有不同于单质铁、镍金属的特殊性能，以及优良的软磁性，如高饱和磁化强度、高居里温度、低矫顽力、高磁导率和低磁各向异性常数等，在磁性材料、吸波、硬质合金、合金镀层等行业具有广泛的应用前景。

[0003] 目前文献和专利公开的制备铁镍合金粉末的方法主要包括固相法、液相法、气相法三种。固相法主要有：(1)将高纯度的铁粉和镍粉置于球磨机中，在高纯氩气的保护下进行高能球磨，制备Fe-Ni合金(Journal of Magnetism and Magnetie Materials.285(2005)：138-144)；(2)将镍和铁的氧化物按一定比例混合、球磨为超细微粒后，在氢气中还原为Fe-Ni合金粉末(Acta Materials.2004，52：631-645)；(3)采用羰基镍铁化合物高温热分解和自合金化过程制得(兵器材料化学与工程，1999，22(4)：3-6)。气相法是采用Fe和Ni的卤化物(如FeCl2、NiCl2)的蒸汽和H2在一定反应温度进行还原反应生成(Powder Technology，2006，161：196-201)；或用直流电弧等离子体处理FeNi合金棒，制备Fe-Ni合金纳米粒子(材料工程2006，2：46-50)；液相法主要有：电沉积法(Journal of Materials Processing Technology，2007，181：59-63，Chemical Engineering Journal151(2009)66-72)、微乳液法(无机材料学报，2001，16(3)：481-485)、溶胶-凝胶或共沉淀与化学还原法(机械工程材料，2005，29(4)：31-33，Carbon，2004，42：1291-1298)、液相化学共还原法(Materials Science and Engineering B，2007，139：124-127)等。

[0004] 上述方法中，球磨法工艺简单，但生产时间长，效率低，产品粒度不均匀；羰基分解法制备得铁镍合金粉纯度高，粒度分布窄，但是该法对设备和工艺要求高，尤其是羰基铁、镍有毒性，其技术要求严格。电沉积法的产物纯度高，但该法生产率低，并且要消耗大量的电能；微乳液法和溶胶-凝胶或共沉淀与化学还原法生产效率低，不能大量生产。专利ZL200810032003.8报导了采用配位共沉淀法制备了纤维状镍铁配合物前驱体，然后在弱还原性气氛下热分解还原该前驱体，得到纤维状铁镍合金粉末。该方法安全可靠，无污染，得到的纤维状铁镍合金粉末比表面积大、防氧化能力强，可满足多种用途。但该方法制备的铁镍合金纤维密度较大，且需要在弱还原性气氛下高温热分解还原，成本和能耗相对较高。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种具有低密度并显示良好软磁性能的铁镍合金木质纤维及其制备方法。

[0006] 本发明是这样实现的，一种低密度并具有软磁性能的铁镍合金木质纤维及其制备方法，该方法主要包括下列步骤：1)木质纤维的预处理；2)木质纤维的活化处理；3)木质纤维表面沉积铁镍合金；4)磁性木质纤维的后处理。

[0007] 一种铁镍合金磁性木质纤维，其特征在于，所述的铁镍合金磁性木质纤维为在木质纤维的表面沉积有一层铁镍合金纳米粒子。

[0008] 一种铁镍合金磁性木质纤维的制备方法，通过以下具体方案实现：

[0009] (1)木质纤维的预处理：采用浓度为0.5％～10.0wt％的硅烷偶联剂对40～200目绝干的木质纤维进行表面处理，处理后在60～110℃干燥至绝干；

[0010] (2)木质纤维的活化处理：以浓度为0.05～2.0g/L的贵金属盐溶液处理步骤(1)的木质纤维，过滤后，充分搅拌下，将该木质纤维直接加入到0.5～12.0mol/L的还原剂溶液中，用浓度为1.0mol/L的NaOH溶液调节其pH值在8～14；

[0011] (3)木质纤维表面沉积铁镍合金：在机械搅拌或超声分散的条件下，将同时含有2+ 2+
0.03～1.0mol/L亚铁盐(Fe )和0.1～3.0mol/L的镍盐(Ni )混合溶液缓慢加入到步骤(2)中的木质纤维溶液中，在20℃～60℃进行木质纤维表面沉积铁镍合金反应；

[0012] (4)磁性木质纤维的后处理：步骤(3)的反应结束后，将产物用去离子水洗涤至pH为7，20～50℃真空干燥后，得到Fe-Ni合金磁性木质纤维。

[0013] 上述步骤中还原剂与亚铁盐(Fe2+)和镍盐的摩尔比优选1-5∶1。

[0014] 其中，所述的木质纤维选自杨木纤维、杉木纤维、松木纤维、桦木纤维的一种；所述的硅烷偶联剂选自KH550(3-氨丙基三乙氧基硅烷)、KH-560(3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)、KH570(3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷)、KH-902(3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷)中的一种；所述的贵金属盐选自氯化钯、氯化铂、硝酸银、四氯络金中的一种；所述的还原剂与亚铁盐和镍盐的摩尔比为1～5∶1。其中，还原剂选自水合肼(联氨)、硼氢化钠、硼氢化钾、次亚磷酸钠中的一种；亚铁盐选自氯化亚铁、硫酸亚铁、乙酸亚铁、硝酸亚铁中的一种；所述的镍盐选自氯化镍、硫酸镍、乙酸镍、硝酸镍中的一种。

[0015] 与现有技术相比较，本发明的优点在于：

[0016] 本发明提供的磁性铁镍合金木质纤维，既有铁镍合金的软磁性能，而且质轻、价廉；用本发明的方法制备铁镍合金磁性木质纤维不需要对木质纤维进行特殊处理，且制备过程不需要高温和还原气氛还原，具有工艺简单、能耗低、环境友好、易于控制等特点。

附图说明

[0017] 图1木质纤维的扫描电镜(SEM)照片；

[0018] 图2铁镍合金磁性木质纤维的扫描电镜(SEM)照片；

[0019] 图3铁镍合金磁性木质纤维的X射线衍射(XRD)图。

具体实施方式

[0020] 以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于下述实施方式。

[0021] 以下实施例中的木质纤维的扫描电镜(SEM)照片见图1，所得铁镍合金磁性木质纤维的扫描电镜(SEM)照片见图2，铁镍合金磁性木质纤维的X射线衍射(XRD)图见图3。

[0022] 实施例1

[0023] 采用浓度为0.5wt％的硅烷偶联剂KH550对40目绝干的杨木纤维进行表面处理，处理后在110℃干燥至绝干；该杨木纤维用2.0g/L的氯化钯溶液处理，过滤后，充分搅拌下，将该杨木纤维直接加入到0.5mol/L的水合肼(联氨)溶液中，用浓度为1.0mol/L的NaOH溶液调节其pH值为14；在超声分散的条件下，将同时含有0.03mol/L氯化亚铁和0.1mol/L的氯化镍混合溶液缓慢加入到该杨木纤维溶液中，水合肼(联氨)与氯化亚铁和氯化镍的摩尔比为1∶1，在20℃进行杨木纤维表面沉积铁镍合金反应；反应结束后，产物用去离子水洗涤至pH为7，20℃真空干燥后，得到Fe-Ni合金磁性木质纤维。

[0024] 实施例2

[0025] 采用浓度为10.0wt％的硅烷偶联剂KH550对200目绝干的杨木纤维进行表面处理，处理后在60℃干燥至绝干；取该杨木纤维用0.05g/L的氯化钯溶液处理，过滤后，充分搅拌下，将该杨木纤维直接加入到12.0mol/L的水合肼(联氨)溶液中，用浓度为1.0mol/L的NaOH溶液调节其pH值为8；在超声分散的条件下，将同时含有1.0mol/L氯化亚铁和3.0mol/L的氯化镍混合溶液缓慢加入到该杨木纤维溶液中，水合肼(联氨)与氯化亚铁和氯化镍的摩尔比为5∶1，在60℃进行杨木纤维表面沉积铁镍合金反应；反应结束后，产物用去离子水洗涤至pH为7，50℃真空干燥后，得到Fe-Ni合金磁性木质纤维。

[0026] 实施例3

[0027] 采用浓度为2.0wt％的硅烷偶联剂KH550对100目绝干的杨木纤维进行表面处理，处理后在80℃干燥至绝干；取该杨木纤维用1.0g/L的氯化钯溶液处理，过滤后，充分搅拌下，将该杨木纤维直接加入到5.0mol/L的水合肼(联氨)溶液中，用浓度为1.0mol/L的NaOH溶液调节其pH值为12；在机械搅拌的条件下，将同时含有0.5mol/L氯化亚铁和1.5mol/L的氯化镍混合溶液缓慢加入到该杨木纤维溶液中，水合肼(联氨)与氯化亚铁和氯化镍的摩尔比为3∶1，在40℃进行杨木纤维表面沉积铁镍合金反应；反应结束后，产物用去离子水洗涤至pH为7，30℃真空干燥后，得到Fe-Ni合金磁性木质纤维。

[0028] 实施例4

[0029] 采用浓度为5.0wt％的硅烷偶联剂KH560对100目绝干的杉木纤维进行表面处理，处理后在90℃干燥至绝干；取该杉木纤维用1.5g/L的氯化铂溶液处理，过滤后，充分搅拌下，将该杉木纤维直接加入到10.0mol/L的硼氢化钠溶液中，用浓度为1.0mol/L的NaOH溶液调节其pH值为12；在超声分散的条件下，将同时含有0.4mol/L硫酸亚铁和1.2mol/L的硫酸镍混合溶液缓慢加入到该杉木纤维溶液中，硼氢化钠与硫酸亚铁和硫酸镍的摩尔比为3.5∶1在50℃进行杉木纤维表面沉积铁镍合金反应；反应结束后，产物用去离子水洗涤至pH为7，40℃真空干燥后，得到Fe-Ni合金磁性木质纤维。

[0030] 实施例5

[0031] 采用浓度为4.0wt％的硅烷偶联剂KH570对80目绝干的松木纤维进行表面处理，处理后在100℃干燥至绝干；以浓度为0.8g/L的硝酸银溶液处理，过滤后，充分搅拌下，将该松木纤维直接加入到9.0mol/L的硼氢化钾溶液中，用浓度为1.0mol/L的NaOH溶液调节其pH值为13；在机械搅拌的条件下，将同时含有0.6mol/L乙酸亚铁和1.8mol/L的乙酸镍混合溶液缓慢加入到该松木纤维溶液中，硼氢化钠与乙酸亚铁和乙酸镍的摩尔比为2∶1，在35℃进行松木纤维表面沉积铁镍合金反应；反应结束后，产物用去离子水洗涤至pH为7，25℃真空干燥后，得到Fe-Ni合金磁性木质纤维。

[0032] 实施例6

[0033] 采用浓度为6.0wt％的硅烷偶联剂KH902对120目绝干的桦木纤维进行表面处理，处理后在90℃干燥至绝干；取1份该桦木木纤维用1.2g/L的四氯络金溶液处理，过滤后，充分搅拌下，将该桦木纤维直接加入到14.0mol/L的次亚磷酸钠溶液中，用浓度为1.0mol/L的NaOH溶液调节其pH值为11；在超声分散的条件下，将1份同时含有0.8mol/L硝酸亚铁和2.4mol/L的硝酸镍混合溶液缓慢加入到该桦木纤维溶液中，次亚磷酸钠与硝酸亚铁和硝酸镍的摩尔比为4.5∶1，在35℃进行桦木纤维表面沉积铁镍合金反应；反应结束后，产物用去离子水洗涤至pH为7，35℃真空干燥后，得到Fe-Ni合金磁性木质纤维。