CN104874810A - 一种蔗渣抽提液绿色快速制备纳米银溶胶的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蔗渣抽提液绿色快速制备纳米银溶胶的方法。该方法为：在水相体系中，将蔗渣抽提液与银氨溶液置于微波反应器中进行氧化还原反应，制备出分散均匀、稳定性好的纳米银粒子。该制备方法完全符合“绿色化学”的理念，为纳米金属的制备提供一种绿色、环保、快速的方法。蔗渣属于制糖工业的副产物，是可再生的生物质资源，本发明为纳米金属的合成提供新思路的同时，也为蔗渣的高值化利用提供技术导向。绿色的制备方法也使得该纳米银溶胶在医疗、生物、食品等领域有着巨大的应用前景。

Description

一种蔗渣抽提液绿色快速制备纳米银溶胶的方法

技术领域

本发明属于纳米技术领域，具体涉及一种蔗渣抽提液绿色快速制备纳米银溶胶的方法。

背景技术

纳米银粒子（AgNPs）是最广泛使用的纳米产品之一，具有很多的特性，如抗菌性、还原性、氧化性、催化性等，尤其是抗菌性的技术比较成熟。目前AgNPs主要被应用于电子工业、生物传感、衣服、食品工业、涂料、防晒剂、化妆品、医疗设备、塑料和纺织品等方面。AgNPs最常用的制备方法是化学还原法，但是使用这个方法制备AgNPs需要用到如水合肼、硼氢化钠等化学试剂，都会对环境带来负面影响，同时残留在AgNPs表面的化学试剂难以除去，很大程度上限制了其在医学和生物催化等方面的应用。

蔗渣是制糖工业的主要副产品，大量存在于自然界，是一种重要的可再生生物质资源。蔗渣的成分以纤维素，半纤维素以及木质素为主，蛋白、淀粉和可溶性糖含量较少。由于蔗渣的木质化程度高、蔗茎表皮存在硅化细胞，被用于制浆造纸的纤维只有不到50 %。同时由于转化利用技术手段落后，传统上蔗渣经常被废弃不用、或者多数只用作燃料，其利用率较低，不仅造成了资源的浪费，而且还带来了环境的污染。目前，利用蔗渣抽提液作为还原剂和稳定剂制备纳米金属的研究还未见报道。

本发明提供了一种蔗渣抽提液绿色快速制备纳米银溶胶的方法。首次利用蔗渣抽提液作为还原剂和稳定剂，在水相环境中，利用微波辐射的方法制备纳米银溶胶。此制备过程不仅能够对蔗渣高效利用，而且实验过程中完全符合绿色化学理念，不需要添加任何化学还原剂、稳定剂以及分散剂，因此制备的纳米银溶胶在医疗、生物、食品等方面具有很大的发展潜力。所以本发明不仅为蔗渣的高值化利用提供技术导向，也为纳米金属的合成提供新的思路，同时为纳米金属的进一步研究与应用提供了良好的理论依据。

发明内容

本发明公开了蔗渣抽提液绿色快速制备纳米银溶胶的方法。

本发明具体通过以下技术方案实现：

一种蔗渣抽提液绿色快速制备纳米银溶胶的方法，在水相体系中，将蔗渣抽提液与银氨溶液置于微波反应器中进行氧化还原反应，制备出分散均匀、稳定性好的纳米银粒子。

上述方法中，所述蔗渣抽提液是由蔗渣经过抽提后得到的，所述蔗渣的具体制备方法为：首先将除髓的蔗渣用热水浸泡洗涤3~5次，除去可溶性糖分，然后经过粉碎机粉碎，筛选出20~40目的蔗渣，再用甲苯和乙醇混合液抽提，除去蜡、色素等成分，直到抽提回流液无色澄清，最后经过球磨8~16 h得到蔗渣粉末；其中甲苯和乙醇混合液中甲苯和乙醇的比例为2:1~3:1mL/mL。

上述方法的具体步骤如下：

（1）在搅拌条件下，将质量浓度为60~180 mg/mL的NaOH溶液逐滴滴加到60~120 mg/mL的AgNO₃溶液中，直到不再产生沉淀；然后将150~800 mg/mL的氨水逐滴滴加到AgNO₃与NaOH的混合溶液中，直到沉淀完全溶解，形成更活泼的[Ag(NH₃)₂]⁺态；

（2）将蔗渣粉末浸泡在质量分数为3~5 %的NaOH水溶液中，固液比为1:20~1:25g/mL，浸泡抽提3~5 h，得到抽提液，然后根据蔗渣与硝酸银的比例，加入新配制的银氨溶液，置于微波反应器中，调节微波功率为700~1000 W，微波温度为60~100 ℃，微波反应10~70 min后即可得到稳定的纳米银溶胶。

上述方法中，反应是在水相体系中反应，反应过程中不需要添加任何化学还原剂、稳定剂以及分散剂。

上述方法中，将AgNO₃转化成活泼态[Ag(NH₃)₂]⁺。

上述方法中，所述蔗渣与硝酸银的质量比为3:1~2:3。

上述方法中，制备的纳米银外层被高分子包裹。

上述方法中，制备的纳米银经过离心沉淀，能够重新分散均匀于水溶液中，所述离心条件为13000~15000 r/min，30~40 min。

上述方法中，制备的纳米银粒径为18~28 nm，大小均一、基本上呈现球形形状。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）本发明中用蔗渣抽提液作为还原剂和稳定剂制备纳米银溶胶，反应中不需要加入其它化学还原剂、稳定剂以及分散剂，得到的纳米银溶胶具有良好的稳定性和分散性，在医疗、生物、食品等领域有着重要的研究价值和巨大的应用前景。

（2）本发明采用蔗渣抽提液作为还原剂和稳定剂，进一步提高了蔗渣的利用价值，不仅为纳米金属的合成提供新的思路，也为农林生物质的利用开辟了新的方向。

（3）本发明制备出的纳米银外层包裹着高分子，离心沉淀后重新溶于水中，依然能均匀分散，有效的解决了纳米金属容易团聚、难以分散等问题。

附图说明

图1为实施实例1~5的纳米银溶胶的UV-vis吸收光谱图。

图2为实例5的纳米银溶胶的马尔文粒径分布图。

图3为实例5的纳米银溶胶外层被高分子包裹且分散均匀的纳米银颗粒的透射电镜照片。

图4为实例5的纳米银溶胶经过离心（15000 r/min，30 min）沉淀后重新溶于水中的纳米银颗粒的透射电镜照片。

具体实施方式

下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明，但不限于此。

以下实施例中所使用到的蔗渣粉末的具体制备方法为：首先将除髓的蔗渣用热水浸泡洗涤5次，除去可溶性糖分，然后经过粉碎机粉碎，筛选出40目的蔗渣，再用甲苯/乙醇（2:1，mL/mL）抽提，除去蜡、色素等成分，直到抽提回流液无色澄清，最后经过球磨8 h得到蔗渣粉末。

实施例1

首先在搅拌条件下，将质量浓度为60 mg/mL的NaOH溶液逐滴滴加到80 mg/mL的AgNO₃溶液中，直到不再产生沉淀；然后将150 mg/mL的氨水逐滴滴加到AgNO₃与NaOH的混合溶液中，直到沉淀完全溶解，形成更活泼的[Ag(NH₃)₂]⁺态。将0.2 g蔗渣粉末浸泡在质量分数为5 %的NaOH水溶液中，固液比为1:20（g/mL），抽提4 h，得到抽提液，然后根据蔗渣与硝酸银的比例（2:3，g/g），加入新配制的银氨溶液，置于微波反应器中，调节微波功率为700 W，微波温度为60 ℃，微波反应70 min后即可得到稳定的纳米银溶胶。将纳米银溶胶于高速离心机离心（14000 r/min，35 min）沉淀后，分别重新溶于水中，依然能够均匀分散且不易团聚。图1中a曲线为该溶胶的紫外可见光吸收光谱图，在410 nm附近出现了吸收峰，证明实验中成功的合成了纳米银溶胶。

实施例2

首先在搅拌条件下，将质量浓度为100 mg/mL的NaOH溶液逐滴滴加到60 mg/mL的AgNO₃溶液中，直到不再产生沉淀；然后将300 mg/mL的氨水逐滴滴加到AgNO₃与NaOH的混合溶液中，直到沉淀完全溶解，形成更活泼的[Ag(NH₃)₂]⁺态。将0.2 g蔗渣粉末浸泡在质量分数为4 %的NaOH水溶液中，固液比为1:23（g/mL），抽提5 h，得到抽提液，然后根据蔗渣与硝酸银的比例（1:1，g/g），加入新配制的银氨溶液，置于微波反应器中，调节微波功率为900 W，微波温度为80 ℃，微波反应30 min后即可得到稳定的纳米银溶胶。将纳米银溶胶于高速离心机离心（13000 r/min，40 min）沉淀后，分别重新溶于水中，依然能够均匀分散且不易团聚。图1中b曲线为该溶胶的紫外可见光吸收光谱图，在410 nm附近出现了吸收峰，证明实验中成功的合成了纳米银溶胶。

实施例3

首先在搅拌条件下，将质量浓度为150 mg/mL的NaOH溶液逐滴滴加到120 mg/mL的AgNO₃溶液中，直到不再产生沉淀；然后将800 mg/mL的氨水逐滴滴加到AgNO₃与NaOH的混合溶液中，直到沉淀完全溶解，形成更活泼的[Ag(NH₃)₂]⁺态。将0.2 g蔗渣粉末浸泡在质量分数为3 %的NaOH水溶液中，固液比为1:25（g/mL），抽提3 h，得到抽提液，然后根据蔗渣与硝酸银的比例（2:1，g/g），加入新配制的银氨溶液，置于微波反应器中，调节微波功率为800 W，微波温度为70 ℃，微波反应50 min后即可得到稳定的纳米银溶胶。将纳米银溶胶于高速离心机离心（15000 r/min，30 min）沉淀后，分别重新溶于水中，依然能够均匀分散且不易团聚。图1中c曲线为该溶胶的紫外可见光吸收光谱图，在410 nm附近出现了吸收峰，证明实验中成功的合成了纳米银溶胶。

实施例4

首先在搅拌条件下，将质量浓度为180 mg/mL的NaOH溶液逐滴滴加到100 mg/mL的AgNO₃溶液中，直到不再产生沉淀；然后将500 mg/mL的氨水逐滴滴加到AgNO₃与NaOH的混合溶液中，直到沉淀完全溶解，形成更活泼的[Ag(NH₃)₂]⁺态。将0.2 g蔗渣粉末浸泡在质量分数为3 %的NaOH水溶液中，固液比为1:25（g/mL），抽提4 h，得到抽提液，然后根据蔗渣与硝酸银的比例（3:1，g/g），加入新配制的银氨溶液，置于微波反应器中，调节微波功率为1000 W，微波温度为100 ℃，微波反应10 min后即可得到稳定的纳米银溶胶。将纳米银溶胶于高速离心机离心（13500 r/min，35 min）沉淀后，分别重新溶于水中，依然能够均匀分散且不易团聚。图1中d曲线为该溶胶的紫外可见光吸收光谱图，在410 nm附近出现了吸收峰，证明实验中成功的合成了纳米银溶胶。

实施例5

首先在搅拌条件下，将质量浓度为150 mg/mL的NaOH溶液逐滴滴加到120 mg/mL的AgNO₃溶液中，直到不再产生沉淀；然后将600 mg/mL的氨水逐滴滴加到AgNO₃与NaOH的混合溶液中，直到沉淀完全溶解，形成更活泼的[Ag(NH₃)₂]⁺态。将0.2 g蔗渣粉末浸泡在质量分数为3 %的NaOH水溶液中，固液比为1:25（g/mL），抽提3 h，得到抽提液，然后根据蔗渣与硝酸银的比例（2:1，g/g），加入新配制的银氨溶液，置于微波反应器中，调节微波功率为1000 W，微波温度为90 ℃，微波反应40 min后即可得到稳定的纳米银溶胶。将纳米银溶胶于高速离心机离心（15000 r/min，30 min）沉淀后，分别重新溶于水中，依然能够均匀分散且不易团聚。图1中e曲线为该溶胶的紫外可见光吸收光谱图，在410 nm附近出现了吸收峰，证明实验中成功的合成了纳米银溶胶。图2为该溶胶的马尔文粒径分布图，得到的纳米银粒子尺寸大小分布较窄，平均尺寸为22 nm。图3为该纳米银溶胶的透射电镜图，从图中可以清晰看到，该纳米银大部分都是球形，粒子大小在22 nm左右，同时，纳米银粒子表面被一层高分子物质所包裹，使得纳米银粒子能够均匀的分散而不会团聚。图4为该纳米银溶胶经过高速离心机离心沉淀后，重新分散于水中的透射电镜图，可以看到，该纳米银粒子可以均匀的重新分散于水中，没有出现团聚现象，这是因为包裹纳米银的高分子物质起到一个稳定的作用，这种现象对纳米银的回收利用提供了很好的思路。

Claims (7)

1.一种蔗渣抽提液绿色快速制备纳米银溶胶的方法，其特征在于，在水相体系中，将蔗渣抽提液与银氨溶液置于微波反应器中进行氧化还原反应，制备出分散均匀、稳定性好的纳米银粒子。

2.根据权利要求1所述的蔗渣抽提液绿色快速制备纳米银溶胶的方法，其特征在于，所述蔗渣抽提液是由蔗渣经过抽提后得到的，所述蔗渣的具体制备方法为：首先将除髓的蔗渣用热水浸泡洗涤3~5次，除去可溶性糖分，然后经过粉碎机粉碎，筛选出20~40目的蔗渣，再用甲苯和乙醇混合液抽提，除去蜡、色素等成分，直到抽提回流液无色澄清，最后经过球磨8~16 h得到蔗渣粉末；其中甲苯和乙醇混合液中甲苯和乙醇的比例为2:1~3:1mL/mL。

3.根据权利要求1所述的蔗渣抽提液绿色快速制备纳米银溶胶的方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）在搅拌条件下，将质量浓度为60~180 mg/mL的NaOH溶液逐滴滴加到60~120 mg/mL的AgNO₃溶液中，直到不再产生沉淀；然后将150~800 mg/mL的氨水逐滴滴加到AgNO₃与NaOH的混合溶液中，直到沉淀完全溶解，形成更活泼的[Ag(NH₃)₂]⁺态；

（2）将蔗渣粉末浸泡在质量分数为3~5 %的NaOH水溶液中，固液比为1:20~1:25g/mL，浸泡抽提3~5 h，得到抽提液，然后根据蔗渣与硝酸银的比例，加入新配制的银氨溶液，置于微波反应器中，调节微波功率为700~1000 W，微波温度为60~100 ℃，微波反应10~70 min后即可得到稳定的纳米银溶胶。

4.根据权利要求3所述的蔗渣抽提液绿色快速制备纳米银溶胶的方法，其特征在于，所述蔗渣与硝酸银的质量比为3:1~2:3。

5.根据权利要求3所述的蔗渣抽提液绿色快速制备纳米银溶胶的方法，其特征在于，制备的纳米银外层被高分子包裹。

6.根据权利要求3所述的蔗渣抽提液绿色快速制备纳米银溶胶的方法，其特征在于，制备的纳米银经过离心沉淀，能够重新分散均匀于水溶液中，所述离心条件为13000~15000 r/min，30~40 min。

7.根据权利要求3所述的蔗渣抽提液绿色快速制备纳米银溶胶的方法，其特征在于，制备的纳米银粒径为18~28 nm，大小均一、基本上呈现球形形状。