CN108034284A - 一种普鲁士蓝纳米粒子复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种普鲁士蓝纳米粒子复合材料及其制备方法，包括步骤：将包覆材料加入到缓冲溶液中，配制成包覆材料分散液，将基底材料浸入铁盐溶液中，获得吸附有铁盐溶液的基底材料，向吸附有铁盐溶液的基底材料上滴加亚铁氰化钾溶液，得到合成了普鲁士蓝的基底材料，将合成了普鲁士蓝的基底材料放入包覆材料分散液中，避光超声，获得普鲁士蓝纳米粒子复合材料。本发明所提供的制备方法步骤简单，制备过程无需有机溶剂，减少了环境污染，且所得到的普鲁士蓝纳米粒子复合材料，具有性质稳定，反复冲洗不易脱落，强光照射表层不褪色的优点。

Description

一种普鲁士蓝纳米粒子复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料制备技术领域，尤其涉及一种普鲁士蓝纳米粒子复合材料及其制备方法。
背景技术
普鲁士蓝是一种八面体配位化合物，具有独特的光、电、磁学性能，被广泛应用于电化学、光热治疗、磁共振成像等领域。然而，纳米级别的普鲁士蓝极不稳定、易出现粒子团聚，极大削弱了普鲁士蓝的光、电、磁学性能。
用基底材料承载普鲁士蓝纳米粒子组成复合材料是一种减少粒子团聚的方法。目前,采用基底材料承载制备普鲁士蓝复合材料的方法主要有电沉积法、旋涂法以及静电自组装法等，这些制备方法步骤比较复杂，且所制备的普鲁士蓝复合材料不稳定、易脱落。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法，旨在解决现有普鲁士蓝复合材料制备方法复杂，且所制备的普鲁士蓝复合材料不稳定、易与基底材料脱落的问题。
本发明的技术方案如下：
一种普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法，其中，包括步骤：
A、将基底材料浸入铁盐溶液中，获得吸附有铁盐溶液的基底材料；
B、向吸附有铁盐溶液的基底材料上滴加亚铁氰化钾溶液，在基底材料上合成得到普鲁士蓝；
C、将含普鲁士蓝的基底材料放入预先配置的包覆材料分散液中，避光超声，获得普鲁士蓝纳米粒子复合材料。
所述的普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法，其中，所述步骤C中，所述包覆材料分散液，由包覆材料加入到缓冲溶液中配制而成；所述包覆材料为盐酸多巴胺、壳聚糖、二氧化硅或羧甲基纤维素；所述缓冲溶液为三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液。
所述的普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法，其中，所述步骤A之前还包括步骤：
A0、将基底材料放入预先配置的包覆材料分散液中，依次经避光超声、干燥，得到表面覆盖有包覆材料的基底材料。
所述的普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法，其中，所述缓冲溶液的pH为8-9。
所述的普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法，其中，所述包覆材料占所述包覆材料分散液的质量浓度为2.0-4.0g/L。
所述的普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法，其中，所述步骤B具体包括：
B1、将吸附有铁盐溶液的基底材料放在制备台上；
B2、将亚铁氰化钾溶液滴加到吸附有铁盐溶液的基底材料上；
B3、将滴加有亚铁氰化钾溶液的基底材料加热烘干，在基底材料上合成得到普鲁士蓝。
所述的普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法，其中，所述步骤B2中，亚铁氰化钾的滴加体积与基底材料所吸附的铁盐溶液的体积比为1:1-2。
所述的普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法，其中，所述步骤B3中，所述加热温度为200-230℃，时间为1-2min。
所述的普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法，其中，所述步骤C中，所述避光超声时间为0.5-2h。
一种普鲁士蓝纳米粒子复合材料，其中，采用如上任一项所述的普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法制备而成。
有益效果：本发明在基底材料上采用原位合成法合成普鲁士蓝纳米粒子，再将所得到的普鲁士蓝纳米粒子使用包覆材料进行修饰。本发明所提供的普鲁士蓝纳米粒子复合材料制备方法相对于传统电沉积法、旋涂法以及静电自组装法步骤简单，耗能较少。普鲁士蓝纳米粒子在基底材料材料上被原位合成，粒子和基底材料结合牢固，不易脱落，稳定性优异。通过包覆材料修饰后的普鲁士蓝纳米粒子复合材料在强光照射下能保持稳定，不易发生褪色。
附图说明
图1为本发明一种普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法较佳实施例的流程图。
图2A和2B为实施例1得到的普鲁士蓝纳米粒子复合材料表面的SEM形貌图，图2A是20，000 x放大率的SEM图，图2B是50，000 x放大率的SEM图。
具体实施方式
本发明提供一种普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明的一种普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法较佳实施例的流程图，如图1所示，其包括步骤：
S100、将基底材料浸入铁盐溶液中，获得吸附有铁盐溶液的基底材料。
具体地，为了避免在反应过程中引入其他杂质离子，所述步骤S100中的铁盐为三氯化铁。
所述基底材料为亲水性高分子材料或纤维材料，例如基底材料可选择滤纸，无尘纸，棉布，三聚氰胺海绵，碳布，玻纤等。
S200、向吸附有铁盐溶液的基底材料上滴加亚铁氰化钾溶液，在基底材料上合成得到普鲁士蓝。
优选地，所述步骤S200具体包括：
S201、将吸附有铁盐溶液的基底材料放在制备台上。
S202、将亚铁氰化钾溶液滴加到吸附有铁盐溶液的基底材料上。
具体地，所述步骤S202中滴加所用的亚铁氰化钾溶液的浓度与浸泡基底材料所用到的铁盐溶液的浓度相同（如0.1mol/L），亚铁氰化钾溶液的滴加体积与基底材料所能吸附（饱和状态）的铁盐溶液的体积比为1:1-2（如1:1.5）。
S203、将滴加有亚铁氰化钾溶液的基底材料加热烘干，在基底材料上合成得到普鲁士蓝。
具体地，当亚铁氰化钾溶液滴加完成后，将加热器温度调整至200-230℃（如210℃），压在基底材料表面上，并不时移动位置，加热时间为1-2min（如1min）至基底水分蒸发完全，得到合成了普鲁士蓝的基底材料。当然，也可将基底材料放进烘箱中进行烘干，如温度设定为60℃，烘烤时间为20min。
S300、将含普鲁士蓝的基底材料放入预先配制的包覆材料分散液中，避光超声，获得普鲁士蓝纳米粒子复合材料。
具体地，将合成了普鲁士蓝的基底材料放入预先配制包覆材料分散液中，在240W避光超声0.5-2h（如1.0h），获得普鲁士蓝纳米粒子复合材料。
优选地，所述步骤S300中，所述包覆材料分散液具体为：
S1、首先配制pH值为8-9的缓冲液（如pH=8.5）。
具体地，首先计算出欲配制浓度Tris-HCL缓冲溶液中所需Tris的量，称量后用80%体积溶剂（水）溶解Tris，待Tris完全溶解后用盐酸调节pH到预定值（如8.5），然后定容到固定体积。
S2、称取一定量的包覆材料。所述包覆材料为盐酸多巴胺、壳聚糖、二氧化硅或羧甲基纤维素中的任一种。
S3、将包覆材料在搅拌的条件下加入到缓冲溶液中，配制成包覆材料分散液，所述包覆材料占所述包覆材料分散液的质量浓度为2.0-4.0g/L（如3.0g/L）。
进一步，为了使普鲁士蓝纳米粒子与基底材料结合的更加牢固，在所述步骤S100前还包括步骤：
S010、将基底材料放入包覆材料分散液中，依次经避光超声、干燥，得到表面覆盖有包覆材料的基底材料。
具体地，可先将基底材料放入上述步骤S3中的包覆溶液中，在240W避光超声1.5h，然后取出烘干，得到表面覆盖有包覆材料的基底材料，即预先对基底材料进行修饰。
本发明所提供的普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法步骤简单，制备过程无需有机溶剂，减少了环境污染。
本发明的一种普鲁士蓝纳米粒子复合材料，其中，所述普鲁士蓝纳米粒子复合材料采用如上任一项所述的普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法制备而成。
需要说明的是，本发明在原位合成普鲁士蓝纳米粒子时不限于铁盐溶液和亚铁氢化钾溶液，还可以将铁盐溶液换成亚铁盐溶液，将亚铁氰化钾溶液换成铁氰化钾溶液。
下面通过具体实施例与比较例对本发明进行详细说明。
实施例1
配制好pH为8.5的Tris-HCl缓冲溶液约20mL，向其中加入盐酸多巴胺，配制成3.0g/L的盐酸多巴胺-Tris-HCl溶液，避光备用。
取直径约30mm滤纸作为基底材料，浸入上述缓冲溶液中，在240W避光超声1h，然后取出烘干备用。
将包覆了聚多巴胺的滤纸吸附饱和0.1mol/L的氯化铁溶液（30mm滤纸大约能吸附100μL），向上滴加约150μL的0.1mol/L的亚铁氰化钾溶液，使液滴在纸上分布均匀，将加热器温度调整至210℃，压在滤纸表面上，并不时移动位置，加热1min至基底水分蒸发完全。用蒸馏水冲洗表面参与的原料和未牢固结合的普鲁士蓝，烘干得到合成了普鲁士蓝的滤纸。
将上述合成了普鲁士蓝的滤纸浸入上述聚多巴胺溶液中，在240W避光超声1h，取出冲洗、烘干，获得普鲁士蓝纳米粒子复合材料。
所述普鲁士蓝纳米粒子复合材料表面的SEM形貌图，如图2A和图2B所示，其中，图2A是20，000 x放大率的SEM图，图2B是50，000 x放大率的SEM图。
该制备方法制得的普鲁士蓝纳米粒子复合材料，滤纸上普鲁士蓝粒子的负载量大，粒子不易脱落，分别在太阳光和多倍太阳光照射下不褪色，具有较好的稳定性，适合光热蒸发、光催化等多种应用。
比较例1
取直径约30mm滤纸作为基底材料，吸附饱和0.1mol/L的氯化铁溶液（30mm滤纸大约能吸附100μL），向上滴加约150μL的0.1mol/L的亚铁氰化钾溶液，使液滴在滤纸上分布均匀，用加热器在约210℃下加热1min至表面干燥。用蒸馏水冲洗表面参与的原料和未牢固结合的普鲁士蓝，烘干得到合成了普鲁士蓝的滤纸。
该制备方法合成了普鲁士蓝的滤纸未包覆聚多巴胺，虽然普鲁士蓝粒子能结合在滤纸纤维上，但经冲洗会有普鲁士蓝脱落，在加热条件下会加速普鲁士蓝的脱落。将所述未包覆聚多巴胺的合成了普鲁士蓝的滤纸分别在太阳光和10倍太阳光下作光热蒸发，滤纸上会出现大面积褪色。
比较例2
配制好pH为8.5的Tris-HCl缓冲溶液约20mL，向其中加入盐酸多巴胺，配制成3.0g/L的盐酸多巴胺-Tris-HCl溶液，避光备用。
取直径约30mm滤纸作为基底材料，浸入上述缓冲溶液中，在240W避光超声1.0h，然后取出烘干备用。
将包覆了聚多巴胺的滤纸吸附饱和0.1mol/L的氯化铁溶液（30mm滤纸大约能吸附100μL），向上滴加约150μL的0.1mol/L的亚铁氰化钾溶液，使液滴在纸上分布均匀，用加热器在约210℃下加热1min至表面干燥。用蒸馏水冲洗表面参与的原料和未牢固结合的普鲁士蓝，烘干得到合成了普鲁士蓝的滤纸。
该制备方法合成普鲁士蓝后未在表层包覆聚多巴胺，在自然光和10倍太阳光下作光热蒸发，滤纸上会出现大面积褪色。
比较例3
取直径约30mm滤纸作为基底材料，吸附饱和0.1mol/L的氯化铁溶液（30mm滤纸大约能吸附100μL），向上滴加约150μL的0.1mol/L的亚铁氰化钾溶液，使液滴在纸上分布均匀，用加热器在约210℃下加热1min至表面干燥。用蒸馏水冲洗表面参与的原料和未牢固结合的普鲁士蓝，烘干得到合成了普鲁士蓝的滤纸。
配制好pH为8.5的Tris-HCl缓冲溶液约20mL，向其中加入盐酸多巴胺，配制成3.0g/L的盐酸多巴胺-Tris-HCl溶液。
将上述合成了普鲁士蓝的滤纸浸入上述溶液中，在240W避光超声1.0h，取出冲洗烘干获得普鲁士蓝纳米粒子复合材料。
该制备方法制得的普鲁士蓝纳米粒子复合材料不再出现大面积脱落和褪色现象，但是材料的光吸收率较实施例1所制备的材料下降约47%。
综上所述，本发明提供的一种普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法，通过先采用包覆材料对基底材料进行修饰，在修饰后的基底材料上采用原位合成法生成普鲁士蓝纳米粒子，再将所得到的合成了普鲁士蓝纳米粒子的基底材料，放入包覆分散液中进行修饰，所得到的普鲁士蓝纳米粒子复合材料，具有性质稳定，反复冲洗不易脱落，强光照射表层不褪色的优点。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
A、将基底材料浸入铁盐溶液中，获得吸附有铁盐溶液的基底材料；
B、向吸附有铁盐溶液的基底材料上滴加亚铁氰化钾溶液，在基底材料上合成得到普鲁士蓝；
C、将含普鲁士蓝的基底材料放入预先配置的包覆材料分散液中，避光超声，获得普鲁士蓝纳米粒子复合材料。
2.根据权利要求1所述的普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤C中，所述包覆材料分散液，由包覆材料加入到缓冲溶液中配制而成；所述包覆材料为盐酸多巴胺、壳聚糖、二氧化硅或羧甲基纤维素；所述缓冲溶液为三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液。
3.根据权利要求1所述的普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤A之前还包括步骤：
A0、将基底材料放入预先配置的包覆材料分散液中，依次经避光超声、干燥，得到表面覆盖有包覆材料的基底材料。
4.根据权利要求2所述的普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法，其特征在于，所述缓冲溶液的pH为8-9。
5.根据权利要求2所述的普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法，其特征在于，所述包覆材料占所述包覆材料分散液的质量浓度为2.0-4.0g/L。
6.根据权利要求1所述的普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：
B1、将吸附有铁盐溶液的基底材料放在制备台上；
B2、将亚铁氰化钾溶液滴加到吸附有铁盐溶液的基底材料上；
B3、将滴加有亚铁氰化钾溶液的基底材料加热烘干，在基底材料上合成得到普鲁士蓝。
7.根据权利要求6所述的普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤B2中，亚铁氰化钾的滴加体积与基底材料所吸附的铁盐溶液的体积比为1:1-2。
8.根据权利要求6所述的普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤B3中，所述加热温度为200-230℃，时间为1-2min。
9.根据权利要求1所述的普鲁士蓝纳米粒子复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤C中，所述避光超声时间为0.5-2h。
10.一种普鲁士蓝纳米粒子复合材料，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的的制备方法制备而成。
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