CN102719858B - 一种树枝状纳米银的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种树枝状纳米银的制备方法，该方法中树枝状纳米银的制备是在一个微生物电化学池中进行的，微生物电化学池包括生物阳极、隔膜、阴极、阳极液、阴极液，阳极液中含有可被生物氧化降解的有机物，阴极液中含有游离的或络合的银离子，阳极上微生物将阳极液中有机物氧化，释放出电子，电子通过外电路传递到阴极，将阴极液中的银离子以树枝状纳米银的形式沉积到阴极。该制备树枝状纳米银的方法具有价格低廉、工艺环保、易于工业化生产操作。

Description

一种树枝状纳米银的制备方法

技术领域

本发明属于材料、纳米技术和废水处理的综合领域，具体涉及一种树枝状纳米银的制备方法。

背景技术：

近年来纳米尺度的贵金属材料由于其优良的催化性能、电学性能、磁学性能和光学性能等受到人们的广泛关注。不同形态和结构如颗粒状、线状、棒状、片状、不规则状的金属纳米粒子被相继合成。树枝状纳米银因其特殊的结构和潜在用途而得到大量研究。人们分别用电化学沉积、化学还原、UV辐照等方法制备出不同形态的树枝状纳米银。在这些方法中往往需要复杂、昂贵的有机化学试剂作为还原剂、稳定剂及络合剂等，而且这些化学试剂与银离子混合在一起导致所制备的树枝状纳米银的分离纯化成本提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简便、廉价的树枝状纳米银的制备方法。该方法无需昂贵的有机化学试剂，也不消耗电能，制备的树枝状纳米银直接沉积在电极上。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1）首先，通过隔膜将微生物电化学池分隔为阴极室和阳极室；

2）其次，将0.005-0.2mol/L的含银离子的水溶液置于阴极室内，再将碳材料制成的阴极置于阴极室内；

3）然后，将含0.01mmol/L-1mol/L的可生物降解有机物的水溶液或生活污水置于阳极室内，再将由产电微生物及基底组成的阳极置于阳极室内；

4）最后，将阳极和阴极通过外接负载R连接，通过调节负载的大小和放电时间，控制银离子还原产生树枝状纳米银的速度和树枝状纳米银的尺寸大小。

所述的隔膜为阳离子交换膜、阴离子交换膜或双极膜。

所述的含银离子的水溶液为含有游离银离子或络合银离子的水溶液。

所述的阴极采用石墨、玻璃碳、炭黑或炭布制成。

所述的可生物降解有机物的水溶液为乙酸盐、葡萄糖、淀粉、氨氮或纤维素。

所述的阳极的产电微生物由厌氧颗粒污泥驯化得到。

所述的阳极的基底为炭毡、炭布、炭纸或石墨制成。

所述的外接负载R采用耗电器件纯电阻或灯泡。

采用本发明的制备方法能够非常方便廉价地制取树枝状纳米银，为该纳米银材料的制备提供了一种新的工艺技术，为树枝状纳米银的广泛应用奠定基础。

附图说明

图1是本发明微生物电化学池结构示意图；

图2是本发明制备的树枝状纳米银的较低倍数扫描电镜图；

图3是本发明制备的树枝状纳米银的较高倍数的扫描电镜图；

图4是本发明制备的树枝状纳米银的XRD谱图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

参见图1，1）首先，通过阳离子交换膜2将微生物电化学池1分隔为阴极室3和阳极室4；

2）其次，将0.005mol/L的含有游离银离子的水溶液置于阴极室3内，再将石墨制成的阴极5置于阴极室3内；

3）然后，将含0.01mmol/L的乙酸盐水溶液置于阳极室4内，再将由厌氧颗粒污泥驯化得到的产电微生物与炭毡制成的基底组成的阳极6置于阳极室4内；

4）最后，将阳极6和阴极5通过外接负载R连接，通过调节负载的大小和放电时间，控制银离子还原产生树枝状纳米银的速度和树枝状纳米银的尺寸大小。

实施例2：

1）首先，通过阴离子交换膜2将微生物电化学池1分隔为阴极室3和阳极室4；

2）其次，将0.001mol/L的含有络合银离子的水溶液置于阴极室3内，再将玻璃碳制成的阴极5置于阴极室3内；

3）然后，将含0.5mmol/L的葡萄糖的水溶液置于阳极室4内，再将由厌氧颗粒污泥驯化得到的产电微生物与炭布制成的基底组成的阳极6置于阳极室4内；

4）最后，将阳极6和阴极5通过外接负载R连接，通过调节负载的大小和放电时间，控制银离子还原产生树枝状纳米银的速度和树枝状纳米银的尺寸大小。

实施例3：

1）首先，通过双极膜2将微生物电化学池1分隔为阴极室3和阳极室4；

2）其次，将0.05mol/L的含有游离银离子的水溶液置于阴极室3内，再将炭黑制成的阴极5置于阴极室3内；

3）然后，将含5mmol/L的淀粉水溶液置于阳极室4内，再将由厌氧颗粒污泥驯化得到的产电微生物与炭纸制成的基底组成的阳极6置于阳极室4内；

4）最后，将阳极6和阴极5通过外接负载R连接，通过调节负载的大小和放电时间，控制银离子还原产生树枝状纳米银的速度和树枝状纳米银的尺寸大小。

实施例4：

1）首先，通过阳离子交换膜2将微生物电化学池1分隔为阴极室3和阳极室4；

2）其次，将0.1mol/L的含有络合银离子的水溶液置于阴极室3内，再将炭布制成的阴极5置于阴极室3内；

3）然后，将含0.5mol/L的氨氮水溶液置于阳极室4内，再将由厌氧颗粒污泥驯化得到的产电微生物与石墨制成的基底组成的阳极6置于阳极室4内；

4）最后，将阳极6和阴极5通过外接负载R连接，通过调节负载的大小和放电时间，控制银离子还原产生树枝状纳米银的速度和树枝状纳米银的尺寸大小。

实施例5：

1）首先，通过阴离子交换膜2将微生物电化学池1分隔为阴极室3和阳极室4；

2）其次，将0.15mol/L的含有游离银离子的水溶液置于阴极室3内，再将石墨制成的阴极5置于阴极室3内；

3）然后，将含1mol/L的纤维素的水溶液置于阳极室4内，再将由厌氧颗粒污泥驯化得到的产电微生物与炭毡制成的基底组成的阳极6置于阳极室4内；

4）最后，将阳极6和阴极5通过外接负载R连接，通过调节负载的大小和放电时间，控制银离子还原产生树枝状纳米银的速度和树枝状纳米银的尺寸大小。

实施例6：

1）首先，通过双极膜2将微生物电化学池1分隔为阴极室3和阳极室4；

2）其次，将0.2mol/L的含有络合银离子的水溶液置于阴极室3内，再将炭布制成的阴极5置于阴极室3内；

3）然后，将生活污水置于阳极室4内，再将由厌氧颗粒污泥驯化得到的产电微生物与石墨制成的基底组成的阳极6置于阳极室4内；

4）最后，将阳极6和阴极5通过外接负载R连接，通过调节负载的大小和放电时间，控制银离子还原产生树枝状纳米银的速度和树枝状纳米银的尺寸大小。

本发明的类阳极基底能使产电微生物附着并将微生物氧化有机物产生的电子转移到外电路。隔膜为阳离子交换膜或阴离子交换膜或者双极膜，可以阻止阴极室的银离子扩散到阳极毒害阳极微生物，也可以阻止阳极室有机物扩散到阴极污染生成的树枝状纳米银，但能导通氢离子或氢氧根离子。

在上述微生物电化学池中，微生物阳极和阴极通过外接负载R连接，外接负载包括纯电阻、小灯泡等耗电的器件，通过调节不同的负载和放电时间，负载可以在50欧姆至10000欧姆之间调节，放电沉积时间可以在1小时至10天之间调节，可以控制银离子还原产生树枝状纳米银的速度和树枝状纳米银的尺寸大小。

由图2，3可以看出本发明制备的树枝状纳米银,沉积物质呈树枝状纳米结构，树枝主干长约20-40um,树枝直径200-500nm，枝丫与主干呈约45度夹角，枝丫长约不足1um至几个um,枝丫直径与主干直径相近。

由图4的X射线衍射图谱可以看出沉积在石墨电极上的树枝状结构的物质确实为纳米银。纳米银的晶面Ag（111）、Ag（200）、Ag（220）、Ag（311）已标注在XRD谱图上，而基底石墨的信号在25.8和54度处，也已标注在XRD谱图上。

Claims (7)

1.一种树枝状纳米银的制备方法，其特征在于：

1)首先，通过隔膜(2)将微生物电化学池(1)分隔为阴极室(3)和阳极室(4)；

2)其次，将0.005-0.2mol/L的含银离子的水溶液置于阴极室(3)内，再将碳材料制成的阴极(5)置于阴极室(3)内；

3)然后，将含0.01mmol/L-1mol/L的可生物降解有机物的水溶液或生活污水置于阳极室(4)内，再将由产电微生物及基底组成的阳极(6)置于阳极室(4)内；所述的阳极的产电微生物由厌氧颗粒污泥驯化得到；

4)最后，将阳极(6)和阴极(5)通过外接负载R连接，通过调节负载的大小和放电时间，控制银离子还原产生树枝状纳米银的速度和树枝状纳米银的尺寸大小。

2.根据权利要求1所述的树枝状纳米银的制备方法，其特征在于：所述的隔膜(2)为阳离子交换膜、阴离子交换膜或双极膜。

3.根据权利要求1所述的树枝状纳米银的制备方法，其特征在于：所述的含银离子的水溶液为含有游离银离子或络合银离子的水溶液。

4.根据权利要求1所述的树枝状纳米银的制备方法，其特征在于：所述的阴极采用石墨、玻璃碳、炭黑或炭布制成。

5.根据权利要求1所述的树枝状纳米银的制备方法，其特征在于：所述的可生物降解有机物为乙酸盐、葡萄糖、淀粉、氨氮或纤维素。

6.根据权利要求1所述的树枝状纳米银的制备方法，其特征在于：所述的阳极的基底为炭毡、炭布、炭纸或石墨制成。

7.根据权利要求1所述的树枝状纳米银的制备方法，其特征在于：所述的外接负载R采用耗电器件纯电阻或灯泡。