一种具有良好水分散性的四氧化三铁纳米粒子及其制备方法

摘要

本发明公开了一种可用于润滑体系添加剂的具有良好水分散性的四氧化三铁纳米粒子，是在水解法制备的四氧化三铁纳米粒子的表面包覆有10～50nm厚的亲水聚合物材料；所述亲水聚合物材料是低聚丙烯酸、低聚乙二醇或者低聚醋酸乙烯之一。所述四氧化三铁纳米粒子的直径为20～100nm。本发明的具有良好水分散性的四氧化三铁纳米粒子是通过简单的半连续乳液聚合方法在四氧化三铁粒子表面形成的亲水低聚物单层膜，直接制备出具有良好分散性的四氧化三铁纳米粒子的水性分散液，且该分散液不需要进一步的纯化。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于润滑过渡金属氧化物纳米材料的制备技术，尤其涉及一种可用于润滑体系添加剂的在水中具有良好分散性的四氧化三铁纳米粒子的制备方法。

背景技术

纳米材料是指微粒尺寸1～100nm的超微粒子。由于纳米材料的特殊结构，使其具有常规材料不具备的优异性能，例如，纳米粒子极细的晶粒的量子尺寸效应，小尺寸效应，表面效应和宏观量子隧道效应等，在许多领域呈现广阔的应用前景。近年来，随着纳米微粒在润滑领域的应用，科学家们通过修饰纳米微粒，如含氟稀土纳米粒子(授权公告号CN100395320C)、金属硫化物(授权公告号CN100334187C)、以及片状纳米石墨(授权公告号CN1260330C)等表面可以有效解决纳米微粒在润滑体系中的分散稳定性，并实现纳米微粒在高温、高负荷的润滑条件下优异的润滑性能，甚至使一些纳米微粒在摩擦过程中具有一定的修复作用等。然而，随着人们“节能、环保”意识的加强，水性润滑体系受到人们的重视。其中，四氧化三铁作为一种重要的磁性材料，在工业、医学、生物等多个领域都有广泛的应用。如在工业方面，磁性纳米粒子可用于高密度磁记录磁头的制备；在生物技术领域，用磁性纳米粒子制成的各种制剂已广泛用于生物样品的分离，磁共振成像，免疫检测以及药物靶向释放等领域。然而将其用作润滑体系添加剂，尤其是用作水性润滑体系，在理论研究和工业应用领域都具有重大的意义。但由于四氧化三铁纳米粒子的高活性和巨大的表面积，因此当其在水中形成高度分散的多相体系时，粒子与介质之间存在巨大的界面。同时，四氧化三铁纳米粒子具有极高的表面能，会引起分散体系的热力学不稳定性，四氧化三铁纳米粒子会相互吸引，形成团聚而沉淀因此，提高四氧化三铁纳米粒子在基液中的分散稳定性，是该纳米材料在应用过程中必须解决的问题。

目前，常用的分散技术有可以大致分为两类，即物理分散和化学分散。化学分散主要包括化学改性分散和分散剂分散。化学改性分散通过化学反应赋予纳米粒子表面一定的有机化合物膜，提高纳米粒子在有机基介质中的分散性。

发明内容

本发明的目的是提出一种采用水解法在直径为20～100nm的四氧化三铁纳米粒子的表面包覆一层10～50nm厚的亲水聚合物材料，使四氧化三铁纳米粒子具有良好的水分散性、且可用于润滑体系的添加剂。

本发明可用于润滑体系添加剂的具有良好水分散性的四氧化三铁纳米粒子，是在四氧化三铁纳米粒子的表面包覆有10～50nm厚的亲水聚合物材料；所述亲水聚合物材料是低聚丙烯酸、低聚乙二醇或者低聚醋酸乙烯之一；所述四氧化三铁纳米粒子的直径为20～100nm。

制备本发明可用于润滑体系添加剂的具有良好水分散性的四氧化三铁纳米粒子的方法，其包括有下列步骤：

第一步：配制反应液

(A)配制缓冲液

在质量百分比浓度为20～30％的氨水中加入硝酸铵制得缓冲液；所述缓冲液的pH值为9～12；

用量：10ml的氨水中加入0.5～4g的硝酸铵；

(B)配制引发反应液

引发反应液由十二烷基硫酸钠(SDS)、聚乙二醇辛基苯基醚(OP)、过硫酸钾(KSP)、碳酸钾(K₂CO₃)和去离子水组成；

用量：100ml的去离子水中加入0.6～3g的十二烷基硫酸钠(SDS)、0.4～2g的聚乙二醇辛基苯基醚(OP)、0.2～0.6g的过硫酸钾(KSP)、0.1～0.5g的碳酸钾(K₂CO₃)；

第二步：配制Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液

所述Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液中二价的铁离子Fe²⁺与三价的铁离子Fe³⁺的质量浓度比为0.5～2∶1；

所述Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液可以是硝酸铁和硝酸亚铁混合液、硫酸铁和硫酸亚铁混合液或者氯化铁和氯化亚铁混合液；

第三步：沉淀制四氧化三铁纳米粒子

将第一步制得的缓冲液、第二步制得的Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液注入四口烧瓶中，四口烧瓶的B口与氮气管道连接，磁力搅拌速度100～600r/min下，搅拌反应20～40min后制得黑色沉淀悬浮液；在四口烧瓶瓶底的外部放置一永磁铁，采用永磁铁吸附方式使黑色沉淀悬浮液中的Fe₃O₄黑色颗粒沉降，倒掉第一上层清液，制得第一产物；

氮气流量为10～20ml/s；

用量：100ml的缓冲液中加入20～40ml的Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液；

第四步：洗涤四氧化三铁纳米粒子

向第三步制得的第一产物中加入去离子水，并置于超声清洗器中，超声处理5～10min后取出，倒掉第二上层清液，制得第二产物；

用量：100ml的去离子水加入20～40ml的第二产物；

向第二产物中加入去离子水，并置于超声清洗器中，超声处理5～10min后取出，倒掉第三上层清液，制得第三产物；

用量：100ml的去离子水加入20～40ml的第三产物；

第五步：干燥除掺杂的去离子水

将第四步制得的第三产物置于真空干燥箱中，在-0.1个大气压、干燥温度为20～40℃条件下干燥10～30min后取出，得到第四产物；

第六步：制含有Fe₃O₄粒子的溶胶

将第五步得到的第四产物溶于浓度为1～3mol/l的高氯酸(HClO₄)溶液中，在搅拌速度100～600r/min下，搅拌反应10～30min后，静置10～30min，倒掉第五上层清液，制得第五产物；

用量：100ml的第四产物加入20～40ml的高氯酸溶液；

第七步：制具有水分散性的氧化铁纳米粒子

向第六步制得的第五产物中加入亲水低聚物单体，在搅拌速度100～300r/min下搅拌10～20min后得到第六产物；

所述亲水性单体是丙烯酸、乙二醇或者醋酸乙烯；

用量：100ml的第五产物中加入0.5～2mol的亲水低聚物单体；

向第六产物中加入第一步制得的引发反应液，在搅拌速度200～500r/min、温度60～90℃的恒温水浴中搅拌100～350min后得到第七产物；

用量：100ml的第五产物中加入30～60ml的引发反应液；

所述第七产物即为本发明的具有良好水分散性的四氧化三铁纳米粒子。

本发明采用水解法(Massart)制具有良好水分散性的四氧化三铁纳米粒子的优点在于：(1)通过简单的半连续乳液聚合方法在四氧化三铁纳米粒子表面形成的亲水低聚物单层膜，直接制备出具有良好分散性的四氧化三铁纳米粒子的水性分散液，且该分散液不需要进一步的纯化。(2)该改性方法适合大部分在水中具有一定分散能力的含有亲水基团的单体，聚合方法简单，且可以推广到其它的纳米粒子的改性。(3)通过对该四氧化三铁纳米粒子水分散液流变性能的测试以及储存稳定性、pH值稳定性和冻融稳定性的评价，证实已获得的本发明所制备的四氧化三铁纳米粒子具有良好的水分散性和稳定性。(4)对四氧化三铁纳米粒子的水性分散液进行pH值稳定性测试，发现在pH值范围为1～13时，该分散液稳定，四氧化三铁纳米粒子不发生团聚。(5)该分散液的冻融实验的稳定性为3次或4次(即冰冻融化4次或5次不发生团聚)。(6)该四氧化三铁纳米粒子的水性分散液(制得的第七产物)具有良好的储存稳定性，储存40天后，四氧化三铁纳米粒子没有团聚沉降发生。

附图说明

图1是本发明制得的四氧化三铁纳米粒子的透射电镜照片。

图2是本发明制得的良好水分散性的四氧化三铁纳米粒子的透射电镜照片。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明的可用于润滑体系添加剂的具有良好水分散性的四氧化三铁纳米粒子，是在四氧化三铁纳米粒子的表面包覆有10～50nm厚的亲水聚合物材料；所述四氧化三铁纳米粒子的直径为20～100nm。所述亲水聚合物材料是低聚丙烯酸、低聚乙二醇或者低聚醋酸乙烯。在本发明中，亲水聚合物材料中的“低聚”是指聚合度小于1000的聚合物。

本发明采用水解法(Massart)制备可用于润滑体系添加剂的具有良好水分散性的四氧化三铁纳米粒子的步骤有：

第一步：配制反应液

(A)配制缓冲液

在质量百分比浓度为20～30％的氨水中加入硝酸铵制得缓冲液；所述缓冲液的pH值为9～12；

用量：10ml的氨水中加入0.5～4g的硝酸铵；

(B)配制引发反应液

引发反应液由十二烷基硫酸钠(SDS)、聚乙二醇辛基苯基醚(OP)、过硫酸钾(KSP)、碳酸钾(K₂CO₃)和去离子水组成；

用量：100ml的去离子水中加入0.6～3g的十二烷基硫酸钠(SDS)、0.4～2g的聚乙二醇辛基苯基醚(OP)、0.2～0.6g的过硫酸钾(KSP)、0.1～0.5g的碳酸钾(K₂CO₃)；

第二步：配制Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液

所述Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液中二价的铁离子Fe²⁺与三价的铁离子Fe³⁺的质量浓度比为0.5～2∶1；

所述Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液可以是硝酸铁和硝酸亚铁混合液、硫酸铁和硫酸亚铁混合液或者氯化铁和氯化亚铁混合液；

第三步：沉淀制四氧化三铁纳米粒子

将第一步制得的缓冲液、第二步制得的Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液注入四口烧瓶中，四口烧瓶的B口与氮气管道连接，磁力搅拌速度100～600r/min下，搅拌反应20～40min后制得黑色沉淀悬浮液；在四口烧瓶瓶底的外部放置一永磁铁，采用永磁铁吸附方式使黑色沉淀悬浮液中的Fe₃O₄黑色颗粒沉降，倒掉第一上层清液，制得第一产物；

氮气流量为10～20ml/s；

用量：100ml的缓冲液中加入20～40ml的Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液；

在此步骤中，通入氮气是为了排除搅拌反应过程中产生的氧气。采用永磁铁吸附方式是利用了磁场的作用使用黑色沉淀悬浮液中的Fe₃O₄沉淀到烧瓶底部，易于分离得到第一产物，该第一产物即为四氧化三铁纳米粒子。

第四步：洗涤四氧化三铁纳米粒子

向第三步制得的第一产物中加入去离子水，并置于超声清洗器中，超声处理5～10min后取出，倒掉第二上层清液，制得第二产物；

用量：100ml的去离子水加入20～40ml的第二产物；

向第二产物中加入去离子水，并置于超声清洗器中，超声处理5～10min后取出，倒掉第三上层清液，制得第三产物；

用量：100ml的去离子水加入20～40ml的第三产物；

在本发明中，第四步洗涤处理，是为了去除残留在第一产物、第二产物、以及吸附在四氧化三铁纳米粒子表面中的三价铁离子Fe³⁺、二价铁离子Fe²⁺和硝酸根离子NO₃^-(或者硫酸根离子SO₄^2-、或者氯离子Cl^-)。

第五步：干燥除掺杂的去离子水

将第四步制得的第三产物置于真空干燥箱中，在-0.1个大气压、干燥温度为20～40℃条件下干燥10～30min后取出，得到第四产物；

此步骤的真空干燥有利于脱除第三产物中掺杂的去离子水。

第六步：制含有Fe₃O₄粒子的溶胶

将第五步得到的第四产物溶于浓度为1～3mol/l的高氯酸(HClO₄)溶液中，在搅拌速度100～600r/min下，搅拌反应10～30min后，静置10～30min，倒掉第五上层清液，制得第五产物；

用量：100ml的第四产物加入20～40ml的高氯酸溶液；

第七步：制具有水分散性的氧化铁纳米粒子

向第六步制得的第五产物中加入亲水低聚物单体，在搅拌速度100～300r/min下搅拌10～20min后得到第六产物；

所述亲水性单体是丙烯酸、乙二醇或者醋酸乙烯；

用量：100ml的第五产物中加入0.5～2mol的亲水低聚物单体；

向第六产物中加入第一步制得的引发反应液，在搅拌速度200～500r/min、温度60～90℃的恒温水浴中搅拌100～350min后得到第七产物；

用量：100ml的第五产物中加入30～60ml的引发反应液；

所述第七产物即为本发明的具有良好水分散性的四氧化三铁纳米粒子。

对采用上述方法制得的第七产物进行pH值稳定性测试，在10ml的第七产物中加入15ml的质量百分比浓度为35％的盐酸，发现第七产物中四氧化三铁纳米粒子未发生沉降，说明第七产物具有酸稳定性。

对采用上述方法制得的第七产物进行pH值稳定性测试，在10ml的第七产物中加入15ml的质量百分比浓度为80％的氢氧化钠溶液，发现第七产物中四氧化三铁纳米粒子未发生沉降，说明第七产物具有碱稳定性。

通过对第七产物进行强酸、强碱中的稳定性测试，发现含有第七产物的测试液的pH值范围为1～13时，该测试液均能稳定存在，该测试液中的四氧化三铁纳米粒子不发生团聚。

实施例1：

在四氧化三铁纳米粒子的表面包覆10nm厚的低聚丙烯酸材料

采用水解法(Massart)制备具有良好水分散性的四氧化三铁纳米粒子的步骤有：

第一步：配制反应液

(A)配制缓冲液

在质量百分比浓度为20％的氨水中加入硝酸铵制得缓冲液；所述缓冲液的pH值为9；

用量：10ml的氨水中加入4g的硝酸铵；

(B)配制引发反应液

引发反应液由十二烷基硫酸钠(SDS)、聚乙二醇辛基苯基醚(OP)、过硫酸钾(KSP)、碳酸钾(K₂CO₃)和去离子水组成；

用量：100ml的去离子水中加入0.6g的十二烷基硫酸钠(SDS)、0.4g的聚乙二醇辛基苯基醚(OP)、0.2g的过硫酸钾(KSP)、0.1g的碳酸钾(K₂CO₃)；

第二步：配制Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液

所述Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液中二价的铁离子Fe²⁺与三价的铁离子Fe³⁺的质量浓度比为2∶1；

所述Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液是硝酸铁和硝酸亚铁的混合液；

第三步：沉淀制四氧化三铁纳米粒子

将第一步制得的缓冲液、第二步制得的Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液注入四口烧瓶中，四口烧瓶的B口与氮气管道连接，磁力搅拌速度100r/min下，搅拌反应20min后制得黑色沉淀悬浮液；在四口烧瓶瓶底的外部放置一永磁铁，采用永磁铁吸附方式使黑色沉淀悬浮液中的Fe₃O₄黑色颗粒沉降，倒掉第一上层清液，制得第一产物；

氮气流量为10ml/s；

用量：100ml的缓冲液中加入20ml的Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液；在此步骤中，通入氮气是为了排除搅拌反应过程中产生的氧气。采用永磁铁吸附方式是利用了磁场的作用使用黑色沉淀悬浮液中的Fe₃O₄沉淀到烧瓶底部，易于分离得到第一产物，该第一产物即为四氧化三铁纳米粒子。

四口烧瓶有四个口，即A口、B口、C口、D口(在四口烧瓶中间位置)，A口用于缓冲液注入，B口用于氮气进入，C口用于Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液注入，D口用于搅拌反应过程中产生的氧气排除。磁力搅拌是在四口烧瓶内放置搅拌磁子，四口烧瓶瓶底的外部放置磁力搅拌器。

第四步：洗涤四氧化三铁纳米粒子

向第三步制得的第一产物中加入去离子水，并置于超声清洗器中，超声处理5min后取出，倒掉第二上层清液，制得第二产物；

用量：100ml的去离子水加入40ml的第二产物；

向第二产物中加入去离子水，并置于超声清洗器中，超声处理5～10min后取出，倒掉第三上层清液，制得第三产物；

用量：100ml的去离子水加入40ml的第三产物；在本发明中，第四步洗涤处理，是为了去除残留在第一产物、第二产物、以及吸附在四氧化三铁纳米粒子表面中的三价铁离子Fe³⁺、二价铁离子Fe²⁺和硝酸根离子NO₃^-。

第五步：干燥除掺杂的去离子水

将第四步制得的第三产物置于真空干燥箱中，在-0.1个大气压、干燥温度为20℃条件下干燥30min后取出，得到第四产物；

此步骤的真空干燥有利于脱除第三产物中掺杂的去离子水。

第六步：制含有Fe₃O₄粒子的溶胶

将第五步得到的第四产物溶于浓度为1mol/l的高氯酸(HClO₄)溶液中，在搅拌速度100r/min下，搅拌反应10min后，静置10min，倒掉第五上层清液，制得第五产物；

用量：100ml的第四产物加入40ml的高氯酸溶液；

第七步：制具有水分散性的氧化铁纳米粒子

向第六步制得的第五产物中加入丙烯酸，在搅拌速度100r/min下搅拌10min后得到第六产物；

用量：100ml的第五产物中加入0.5mol的丙烯酸；

向第六产物中加入第一步制得的引发反应液，在搅拌速度200r/min、温度60℃的恒温水浴中搅拌150min后得到第七产物；

用量：100ml的第五产物中加入30ml的引发反应液；

所述第七产物即为本发明的具有良好水分散性的四氧化三铁纳米粒子。

实施例2：

在四氧化三铁纳米粒子的表面包覆20nm厚的低聚乙二醇

采用水解法(Massart)制备具有良好水分散性的四氧化三铁纳米粒子的步骤有：

第一步：配制反应液

(A)配制缓冲液

在质量百分比浓度为25％的氨水中加入硝酸铵制得缓冲液；所述缓冲液的pH值为11；

用量：10ml的氨水中加入2.5g的硝酸铵；

(B)配制引发反应液

引发反应液由十二烷基硫酸钠(SDS)、聚乙二醇辛基苯基醚(OP)、过硫酸钾(KSP)、碳酸钾(K₂CO₃)和去离子水组成；

用量：100ml的去离子水中加入2g的十二烷基硫酸钠(SDS)、0.7g的聚乙二醇辛基苯基醚(OP)、0.3g的过硫酸钾(KSP)、0.2g的碳酸钾(K₂CO₃)；

第二步：配制Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液

所述Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液中二价的铁离子Fe²⁺与三价的铁离子Fe³⁺的质量浓度比为1∶1；

所述Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液是硫酸铁和硫酸亚铁的混合液；

第三步：沉淀制四氧化三铁纳米粒子

将第一步制得的缓冲液、第二步制得的Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液注入四口烧瓶中，四口烧瓶的B口与氮气管道连接，磁力搅拌速度400r/min下，搅拌反应30min后制得黑色沉淀悬浮液；在四口烧瓶瓶底的外部放置一永磁铁，采用永磁铁吸附方式使黑色沉淀悬浮液中的Fe₃O₄黑色颗粒沉降，倒掉第一上层清液，制得第一产物；

氮气流量为15ml/s；

用量：100ml的缓冲液中加入30ml的Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液；

第四步：洗涤四氧化三铁纳米粒子

向第三步制得的第一产物中加入去离子水，并置于超声清洗器中，超声处理8min后取出，倒掉第二上层清液，制得第二产物；

用量：100ml的去离子水加入30ml的第二产物；

向第二产物中加入去离子水，并置于超声清洗器中，超声处理8min后取出，倒掉第三上层清液，制得第三产物；

用量：100ml的去离子水加入30ml的第三产物；

在本发明中，第四步洗涤处理，是为了去除残留在第一产物、第二产物、以及吸附在四氧化三铁纳米粒子表面中的三价铁离子Fe³⁺、二价铁离子Fe²⁺和硫酸根离子SO₄^2-。

第五步：干燥除掺杂的去离子水

将第四步制得的第三产物置于真空干燥箱中，在-0.1个大气压、干燥温度为30℃条件下干燥15min后取出，得到第四产物；

此步骤的真空干燥有利于脱除第三产物中掺杂的去离子水。

第六步：制含有Fe₃O₄粒子的溶胶

将第五步得到的第四产物溶于浓度为2mol/l的高氯酸(HClO₄)溶液中，在搅拌速度500r/min下，搅拌反应20min后，静置20min，倒掉第五上层清液，制得第五产物；

用量：100ml的第四产物加入30ml的高氯酸溶液；

第七步：制具有水分散性的氧化铁纳米粒子

向第六步制得的第五产物中加入乙二醇，在搅拌速度200r/min下搅拌15min后得到第六产物；

用量：100ml的第五产物中加入1.5mol的乙二醇；

向第六产物中加入第一步制得的引发反应液，在搅拌速度400r/min、温度80℃的恒温水浴中搅拌300min后得到第七产物；

用量：100ml的第五产物中加入40ml的引发反应液；

所述第七产物即为本发明的具有良好水分散性的四氧化三铁纳米粒子。

将上述制得的第三产物置于真空干燥箱中，在-0.1个大气压、干燥温度为25℃条件下干燥15min后取出，得到四氧化三铁纳米粒子。对所述四氧化三铁纳米粒子采用透射电镜观察，四氧化三铁纳米粒子的平均粒径范围为40nm左右，如图1所示。

将上述制得的第七产物置于真空干燥箱中，在-0.1个大气压、干燥温度为25℃条件下干燥15min后取出，得到具有良好水分散性的四氧化三铁纳米粒子。对所述具有良好水分散性的四氧化三铁纳米粒子采用透射电镜观察，四氧化三铁纳米粒子的平均粒径范围为60nm左右，如图2所示。

实施例3：

在四氧化三铁纳米粒子的表面包覆50nm厚的低聚醋酸乙烯

采用水解法(Massart)制备具有良好水分散性的四氧化三铁纳米粒子的步骤有：

第一步：配制反应液

(A)配制缓冲液

在质量百分比浓度为30％的氨水中加入硝酸铵制得缓冲液；所述缓冲液的pH值为12；

用量：10ml的氨水中加入0.5g的硝酸铵；

(B)配制引发反应液

引发反应液由十二烷基硫酸钠(SDS)、聚乙二醇辛基苯基醚(OP)、过硫酸钾(KSP)、碳酸钾(K₂CO₃)和去离子水组成；

用量：100ml的去离子水中加入3g的十二烷基硫酸钠(SDS)、2g的聚乙二醇辛基苯基醚(OP)、0.6g的过硫酸钾(KSP)、0.5g的碳酸钾(K₂CO₃)；

第二步：配制Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液

所述Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液中二价的铁离子Fe²⁺与三价的铁离子Fe³⁺的质量浓度比为0.5∶1；

所述Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液是氯化铁和氯化亚铁的混合液；

第三步：沉淀制四氧化三铁纳米粒子

将第一步制得的缓冲液、第二步制得的Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液注入四口烧瓶中，四口烧瓶的B口与氮气管道连接，磁力搅拌速度600r/min下，搅拌反应40min后制得黑色沉淀悬浮液；在四口烧瓶瓶底的外部放置一永磁铁，采用永磁铁吸附方式使黑色沉淀悬浮液中的Fe₃O₄黑色颗粒沉降，倒掉第一上层清液，制得第一产物；

氮气流量为20ml/s；

用量：100ml的缓冲液中加入20ml的Fe²⁺和Fe³⁺的铁离子混合液；

第四步：洗涤四氧化三铁纳米粒子

向第三步制得的第一产物中加入去离子水，并置于超声清洗器中，超声处理10min后取出，倒掉第二上层清液，制得第二产物；

用量：100ml的去离子水加入20ml的第二产物；

向第二产物中加入去离子水，并置于超声清洗器中，超声处理10min后取出，倒掉第三上层清液，制得第三产物；

用量：100ml的去离子水加入20ml的第三产物；在本发明中，第四步洗涤处理，是为了去除残留在第一产物、第二产物、以及吸附在四氧化三铁纳米粒子表面中的三价铁离子Fe³⁺、二价铁离子Fe²⁺和氯离子Cl^-。

第五步：干燥除掺杂的去离子水

将第四步制得的第三产物置于真空干燥箱中，在-0.1个大气压、干燥温度为20℃条件下干燥20min后取出，得到第四产物；

此步骤的真空干燥有利于脱除第三产物中掺杂的去离子水。

第六步：制含有Fe₃O₄粒子的溶胶

将第五步得到的第四产物溶于浓度为3mol/l的高氯酸(HClO₄)溶液中，在搅拌速度600r/min下，搅拌反应30min后，静置30min，倒掉第五上层清液，制得第五产物；

用量：100ml的第四产物加入20ml的高氯酸溶液；

第七步：制具有水分散性的氧化铁纳米粒子

向第六步制得的第五产物中加入醋酸乙烯，在搅拌速度300r/min下搅拌20min后得到第六产物；

用量：100ml的第五产物中加入2mol的醋酸乙烯；

向第六产物中加入第一步制得的引发反应液，在搅拌速度500r/min、温度90℃的恒温水浴中搅拌350min后得到第七产物；

用量：100ml的第五产物中加入60ml的引发反应液；

所述第七产物即为本发明的具有良好水分散性的四氧化三铁纳米粒子。