CN106226293B - 一种银离子显色剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种银离子显色剂及其制备方法，属于复合材料技术领域。本发明所述银离子显色剂按照下述步骤制备得到的：将纳米二氧化硅放入乙醇中，然后加入3‑(2,3‑环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，回流反应后将得到的产物标记为GPTMS‑SiO2；然后将得到的GPTMS‑SiO2放入乙醇中，加入聚乙烯亚胺，回流反应后将得到的产物标记为PEI‑SiO2；然后将得到的PEI‑SiO2放入蒸馏水中，然后加入二硫化碳和碳酸钾，在室温条件下回流反应；将产物标记为DTC‑SiO2；然后将得到的DTC‑SiO2放入蒸馏水中，然后加入溴乙酸和碳酸钠，回流反应后产物标记为BA‑SiO2。本发明制备得到的银离子显色剂显色速度快，检测限度低，操作简便，抗干扰能力强，pH适用范围宽，可广泛用于各种水体中银离子的检测，利于推广应用。

Description

一种银离子显色剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种银离子显色剂及其制备方法，属于复合材料技术领域。
背景技术
银及银的相关产品广泛应用于电子、电镀、感光材料、化工工业、环境监测、医药、航天和科研等领域，因此产生大量的含银离子的废水。但是，银离子对水生生物有较高的毒性，能够在人体内聚集，对人体产生严重的危害，并且由于银具有很高的价值，所以有必要开发快捷方便的现场检测银的方法。
银的检测方法通常括有伏安法、原子吸收光谱法、原子发射光谱法、荧光法、光度法等，但这些方法往往受到实验条件的限制，需要大型仪器，操作繁琐，要求操作人员具有一定的专业技术知识，很难在现场快速检测。
近年来纳米材料因为其优秀的性质而在许多领域广泛应用。在众多纳米材料中，二氧化硅纳米材料具有性质稳定、较高的比表面积、无毒、机械强度高、廉价易得、易于表面修饰等优点。这些特点使纳米二氧化硅广泛应用于催化剂、药物传输、吸附剂等方面。本发明通过纳米二氧化硅的表面改性，制备了一种银离子显色剂，可应用于银离子的检测。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种银离子显色剂及其制备方法，其中显色剂为改性二氧化硅纳米材料，本发明制备得到的改性二氧化硅原材料廉价易得，制备方法简单，应用于银检测时显色速度快，检测限度低，操作简便，抗干扰能力强，pH适用范围宽。
本发明的目在于提供一种银离子显色剂，其结构示意式为：
本发明的另一目的在于提供一种银离子显色剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将纳米二氧化硅放入乙醇中，然后加入3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，在60~75℃条件下回流反应，将得到的产物标记为GPTMS-SiO2；
（2）将步骤（1）得到的GPTMS-SiO2放入乙醇中，加入聚乙烯亚胺，在60~75℃的条件下回流反应，将得到的产物标记为PEI-SiO2；
（3）将步骤（2）得到的PEI-SiO2放入蒸馏水中，然后加入二硫化碳和碳酸钾，在室温条件下回流反应；将产物标记为DTC-SiO2；
（4）将步骤（3）得到的DTC-SiO2放入蒸馏水中，然后加入溴乙酸和碳酸钠，在30~40℃条件下回流反应；将产物离心分离烘干后得到表面改性的纳米二氧化硅，标记为BA-SiO2。
本发明步骤（1）所述纳米二氧化硅的粒径为20~40nm。
本发明步骤（1）中3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷与二氧化硅的液固比为1:1~3:1，乙醇与二氧化硅的液固比为10:1~20:1。
本发明步骤（2）中聚乙烯亚胺与GPTMS-SiO2的质量比为1:2~1:1，乙醇与二氧化硅的液固比为10:1~20:1。
本发明步骤（3）中二硫化碳与PEI-SiO2的质量比为1:4~1:6，碳酸钾与PEI-SiO2的质量比为1:2~1:4，蒸馏水与二氧化硅的液固比为10:1~20:1。
本发明步骤（4）中溴乙酸与DTC-SiO2的质量比为1:1~3:1，碳酸钠与DTC-SiO2的质量比为1:1~3:1，蒸馏水与二氧化硅的液固比为10:1~20:1。
本发明制备得到的纳米材料银离子显色剂，与现有技术相比，具有如下优点：
（1）本发明的改性纳米二氧化硅对银离子的显色限度低，且有很高的选择性，可广泛用于各种水体中银离子的检测。
（2）本发明的检测方法操作简便，成本低廉，显色速度快，抗干扰能力强，pH适用范围宽。
（3）本发明的改性纳米二氧化硅制备方法简单，易于制备，原料廉价易得。
（4）本发明的制备纳米结构材料使用性好，无毒无害，化学稳定性好，对环境不造成二次污染。
综上所述，本发明的表面改性纳米二氧化硅BA-SiO2是一种很有潜力的银离子检测剂。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实施例所述纳米材料银离子显色剂BA-SiO2的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）将纳米二氧化硅放入乙醇中（乙醇与二氧化硅的液固比为20:1），然后加入3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，其中，3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷与二氧化硅的液固比为1:1，在65℃条件下回流反应，将得到的产物标记为GPTMS-SiO2。
（2）然后将得到的GPTMS-SiO2放入乙醇中，加入聚乙烯亚胺，聚乙烯亚胺与GPTMS-SiO2的质量比为1:2，乙醇与二氧化硅的液固比为10:1，在60℃的条件下回流反应，将得到的产物标记为PEI-SiO2。
（3）然后将得到的PEI-SiO2放入蒸馏水中，然后加入二硫化碳和碳酸钾，二硫化碳与PEI-SiO2的质量比为1:4，碳酸钾与PEI-SiO2的质量比为1:2，蒸馏水与二氧化硅的液固比为10:1，在室温条件下回流反应，将产物标记为DTC-SiO2。
（4）然后将得到的DTC-SiO2放入蒸馏水中，然后加入溴乙酸和碳酸钠，溴乙酸与DTC-SiO2的质量比为1:1，碳酸钠与DTC-SiO2的质量比为1:1，蒸馏水与二氧化硅的液固比为10:1，在30℃条件下回流反应，将产物离心分离烘干后得到表面改性的纳米二氧化硅，标记为BA-SiO2。
对银离子的检测实验
取0.02 g BA-SiO2吸附剂分别投入初始浓度为50mg/L的10 ml银、铜、镍、钴、锰、钡、铅、锌、铬、镁离子溶液中，震荡1h 后，BA-SiO2只在银离子溶液中由白色变为红棕色，在其他金属离子溶液中未变色，表明BA-SiO2对银离子有很高的选择性。
取0.02 g BA-SiO2吸附剂分别投入不同初始浓度（0 mg/L；1 mg/L；5 mg/L；10mg/L；15 mg/L；20 mg/L）的10 ml 银离子溶液中，结果表明BA-SiO2在银离子浓度1 mg/L即会产生显色反应，由白色变为红棕色，表明BA-SiO2对银离子的检测限度较低。
取0.02 g BA-SiO2吸附剂分别投入50mg/L的10 ml 银离子溶液中，记录不同时间时（1min；3 min；5 min；10 min；15 min）纳米二氧化硅的颜色变化，结果表明BA-SiO2对银离子的显色速度较快，在1 min内能实现银离子的检测。
实施例2
本实施例所述纳米材料银离子显色剂BA-SiO2的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）将纳米二氧化硅放入乙醇中（乙醇与二氧化硅的液固比为15:1），然后加入3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷与二氧化硅的液固比为2:1，在70℃条件下回流反应，将得到的产物标记为GPTMS-SiO2。
（2）然后将得到的GPTMS-SiO2放入乙醇中，加入聚乙烯亚胺，聚乙烯亚胺与GPTMS-SiO2的质量比为1:1.5，乙醇与二氧化硅的液固比为15:1，在65℃的条件下回流反应，将得到的产物标记为PEI-SiO2。
（3）然后将得到的PEI-SiO2放入蒸馏水中，然后加入二硫化碳和碳酸钾，二硫化碳与PEI-SiO2的质量比为1:5，碳酸钾与PEI-SiO2的质量比为1:3，蒸馏水与二氧化硅的液固比为15:1，在室温条件下回流反应，将产物标记为DTC-SiO2。
（4）然后将得到的DTC-SiO2放入蒸馏水中，然后加入溴乙酸和碳酸钠溴乙酸与DTC-SiO2的质量比为2:1，碳酸钠与DTC-SiO2的质量比为2:1，蒸馏水与二氧化硅的液固比为15:1，在35℃条件下回流反应，将产物离心分离烘干后得到表面改性的纳米二氧化硅，标记为BA-SiO2。
对银离子的检测实验
取0.02 g BA-SiO2吸附剂分别投入到初始浓度为50mg/L的10 ml银、铜、镍、钴、锰、钡、铅、锌、铬、镁离子溶液中，震荡1h 后，BA-SiO2只在银离子溶液中由白色变为红棕色，在其他金属离子溶液中未变色，表明BA-SiO2对银离子有很高的选择性。
取0.02 g BA-SiO2吸附剂分别投入不同初始浓度（0 mg/L；1 mg/L；5 mg/L；10mg/L；15 mg/L；20 mg/L）的10 ml 银离子溶液中，结果表明BA-SiO2在银离子浓度1 mg/L即会产生显色反应，由白色变为红棕色，表明BA-SiO2对银离子的检测限度较低。
取0.02 g BA-SiO2吸附剂分别投入50mg/L的10 ml 银离子溶液中，记录不同时间时（1min；3 min；5 min；10 min；15 min）纳米二氧化硅的颜色变化，结果表明BA-SiO2对银离子的显色速度较快，在1 min内能实现银离子的检测。
实施例3
本实施例所述纳米材料银离子显色剂BA-SiO2的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）将纳米二氧化硅放入乙醇中（乙醇与二氧化硅的液固比为10:1），然后加入3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷与二氧化硅的液固比为3:1，在75℃条件下回流反应，将得到的产物标记为GPTMS-SiO2。
（2）然后将得到的GPTMS-SiO2放入乙醇中，加入聚乙烯亚胺，聚乙烯亚胺与GPTMS-SiO2的质量比为1:1，乙醇与二氧化硅的液固比为20:1，在70℃的条件下回流反应，将得到的产物标记为PEI-SiO2。
（3）然后将得到的PEI-SiO2放入蒸馏水中，然后加入二硫化碳和碳酸钾，二硫化碳与PEI-SiO2的质量比为1:6，碳酸钾与PEI-SiO2的质量比为1:4，蒸馏水与二氧化硅的液固比为20:1，在室温条件下回流反应，将产物标记为DTC-SiO2。
（4）然后将得到的DTC-SiO2放入蒸馏水中，然后加入溴乙酸和碳酸钠溴乙酸与DTC-SiO2的质量比为3:1，碳酸钠与DTC-SiO2的质量比为3:1，蒸馏水与二氧化硅的液固比为20:1，在40℃条件下回流反应，将产物离心分离烘干后得到表面改性的纳米二氧化硅，标记为BA-SiO2。
对银离子的检测实验
取0.02 g BA-SiO2吸附剂分别投入初始浓度为50mg/L的10 ml银、铜、镍、钴、锰、钡、铅、锌、铬、镁离子溶液中，震荡1h 后，BA-SiO2只在银离子溶液中由白色变为红棕色，在其他金属离子溶液中未变色，，表明BA-SiO2对银离子有很高的选择性。
取0.02 g BA-SiO2吸附剂分别投入不同初始浓度（0 mg/L；1 mg/L；5 mg/L；10mg/L；15 mg/L；20 mg/L）的10 ml 银离子溶液中，结果表明BA-SiO2在银离子浓度1 mg/L即会产生显色反应，由白色变为红棕色，表明BA-SiO2对银离子的检测限度较低。
取0.02 g BA-SiO2吸附剂分别投入50mg/L的10 ml 银离子溶液中，记录不同时间时（1min；3 min；5 min；10 min；15 min）纳米二氧化硅的颜色变化，结果表明BA-SiO2对银离子的显色速度较快，在1 min内能实现银离子的检测。

Claims (8)

1.一种银离子显色剂，其特征在于，其结构示意式为：
。
2.权利要求1所述银离子显色剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）将纳米二氧化硅放入乙醇中，然后加入3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷进行回流反应，将得到的产物标记为GPTMS-SiO2；
（2）将步骤（1）得到的GPTMS-SiO2放入乙醇中，加入聚乙烯亚胺进行回流反应，将得到的产物标记为PEI-SiO2；
（3）将步骤（2）得到的PEI-SiO2放入蒸馏水中，加入二硫化碳和碳酸钾，在室温条件下回流反应；将产物标记为DTC-SiO2；
（4）将步骤（3）得到的DTC-SiO2放入蒸馏水中，然后加入溴乙酸和碳酸钠进行回流反应，然后将产物离心分离烘干后得到表面改性的纳米二氧化硅，标记为BA-SiO2。
3.根据权利要求2所述的银离子显色剂的制备方法，其特征在于：纳米二氧化硅的粒径为20~40nm。
4.根据权利要求2 所述的银离子显色剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷与二氧化硅的液固比为1:1~3:1，乙醇与二氧化硅的液固比为10:1~20:1。
5.根据权利要求2 所述的银离子显色剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）中聚乙烯亚胺与GPTMS-SiO2的质量比为1:2~1:1，乙醇与二氧化硅的液固比为10:1~20:1。
6.根据权利要求2所述的银离子显色剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）中二硫化碳与PEI-SiO2的质量比为1:4~1:6，碳酸钾与PEI-SiO2的质量比为1:2~1:4，蒸馏水与二氧化硅的液固比为10:1~20:1。
7.根据权利要求2 所述的银离子显色剂的制备方法，其特征在于：步骤（4）中溴乙酸与DTC-SiO2的质量比为1:1~3:1，碳酸钠与DTC-SiO2的质量比为1:1~3:1，蒸馏水与二氧化硅的液固比为10:1~20:1。
8.根据权利要求2 所述的银离子显色剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）和（2）中回流反应的温度为60~75℃；步骤（4）中回流反应的温度为30~40℃。
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