CN110576190B - 一种采用虾青素为还原剂制备纳米银粉的方法 - Google Patents

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Abstract

一种采用虾青素为还原剂制备纳米银粉的方法，本发明涉及一种以虾青素为还原剂并通过超声喷雾来制备纳米银粉的方法。本发明是要解决目前制备的纳米银粉粒径不易控制、稳定性较差、易团聚等问题。一种采用虾青素为还原剂制备纳米银粉的方法：(1)银溶液的配制；(2)虾青素溶液的配制；(3)超声喷雾制备纳米银粉，获得纳米银粉。一种采用虾青素为还原剂制备纳米银粉的方法可以获得粒径均一的纳米银粉，有效克服目前纳米银粉制备方法存在的不足。

Description

一种采用虾青素为还原剂制备纳米银粉的方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备领域，涉及一种以虾青素为还原剂来制备纳米银粉的方法。
背景技术
在所有金属中，银的电阻率最低、导电性最好。因为金属银具有最为优异的导电性，因此银常被制备成纳米银颗粒或者纳米银线等纳米材料，各种银纳米材料被广泛用作导电材料。比如，电子领域利用银优异的导电性将纳米银粉用作导电浆料的导电剂，纳米银粉的粒径越小越均匀则导电性越好，导电浆料中纳米银粉的加入量就可以越低，从而大大节省了贵金属银的用量，也大大降低了成本。电催化领域利用纳米银优异的导电性和催化活性，在催化材料表面复合纳米银，从而使复合材料展现出更加理想的催化活性，对于电催化领域能耗的降低具有重大意义。电分析领域，尤其是生命活性物质的电分析领域，则利用银纳米颗粒的导电性和协同效应将其与电化学探针相结合，从而使复合电极具有更高的灵敏度、更低的检测下限以及更好的分辨率和抗干扰能力。不仅如此，纳米银粉也是导电织物中常添加的有效成分，比如电磁屏蔽服中添加纳米银粉之后，由于银良好的导电性和抗菌性，不仅其电磁屏蔽效果得到巨大提升，而且可以有效抗菌，对于多种致病微生物皆具有强烈的抑制作用，还能够达到除臭的作用。
纳米银粉往往按照银粉的形状将其分为片状银粉和球状银粉，片状银粉一般用于导电胶的制备，而球状银粉由于具有粒径小、比表面积大、催化活性高、导电性好等众多优点，其应用则更为广泛。目前，人们开发出多种制备球状纳米银粉的方法，比如液相还原法、液固相还原法以及喷雾热解法等等。其中液相还原法利用水溶性还原剂对溶液中的银离子进行还原，形成的纳米银粉粒径更小，粒径分布也相对更加均匀。然而，目前还原法制备的纳米银粉的粒径分布依然不太理想，而且水溶液中的银粉由于巨大的表面能非常容易团聚长大、表面变性，导致银粉性能的衰减。因此，开发新型的纳米银粉制备方法，制备出颗粒更小、粒径更均匀、不易团聚变性的纳米银粉，对于电子、催化、分析等众多领域皆具有重大意义。
发明内容
本发明是要解决目前制备的纳米银粉粒径不易控制、稳定性较差、易团聚等问题，而提供一种以虾青素为还原剂来制备纳米银粉的方法。
本发明的一种采用虾青素为还原剂制备纳米银粉的方法按以下步骤进行：
(1) 银溶液的配制：将浓度为0~15.0 g/L的复合络合剂和浓度为0.1~3.0 g/L的硝酸银依次溶于乙醇与水的混合溶剂中，采用硝酸和氨水调整溶液pH至7.0~13.0，通氮气1~60分钟除氧后陈化24小时，配得银溶液；
(2) 虾青素溶液的配制：在-30~10℃、避光的条件下将浓度为0.001~1.0 g/L的非离子型表面活性剂和浓度为80.0~280.0 mg/L的虾青素依次溶于有机溶剂中，通氮气1~60分钟除氧后配得虾青素溶液；
(3) 超声喷雾制备纳米银粉：将步骤(1)配得的银溶液的温度恒定在5~35℃，将步骤(2)配得的虾青素溶液的温度恒定在-30~10℃，采用超声喷雾使虾青素溶液雾化生成虾青素雾滴，在100~600 SCCM氮气气流的带动下将虾青素雾滴通过气泡细化器通入步骤(1)配得的银溶液中，每升银溶液中通入0.5~5.0 升雾化后的虾青素溶液后停止超声喷雾，超声处理1~60分钟后使用有机溶剂对产物进行离心洗涤1~6次，再使用去离子水对产物进行离心洗涤1~6次，最后在-170℃的条件下冷冻干燥48小时，完成纳米银粉的制备。
步骤(1)中所述的复合络合剂为氨水、乙二胺、乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸钠、己二酸钠、干贝素或葡萄糖酸钠中任意三种的组合，所述的乙醇与水的混合溶剂中乙醇与水的体积比为1:9~99:1；步骤(2)中所述的非离子型表面活性剂为OP-10、葡萄糖苷或PPE中的一种；步骤(2)和步骤(3)中所述的有机溶剂为二硫化碳、丙酮、苯或氯仿中的一种。
本发明的一种采用虾青素为还原剂制备纳米银粉的方法，将憎水性的虾青素分散于有机溶剂中形成虾青素溶液，通过在虾青素溶液中加入非离子型表面活性剂，可以使虾青素溶液在超声雾化过程中形成更小的虾青素雾滴，虾青素雾滴通过氮气气流通入银溶液之后虾青素作为还原剂可以还原银溶液中的银离子形成纳米银粉。而虾青素的氧化产物则可以包裹在纳米银粉表面进一步提高纳米银粉的稳定性，达到控制粒径、防止团聚、提高稳定性等目的，从而解决了目前制备的纳米银粉粒径不易控制、稳定性较差、易团聚等问题。本发明的一种采用虾青素为还原剂制备纳米银粉的方法，不仅对于纳米银粉的制备具有重大意义，而且对于电子、催化、分析等众多领域皆有一定的影响。
附图说明
图1为试验一采用虾青素为还原剂制备的纳米银粉的粒径分布图；
图2为试验一采用虾青素为还原剂制备的纳米银粉储存10天后的粒径分布图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种采用虾青素为还原剂制备纳米银粉的方法按以下步骤进行：
(1) 银溶液的配制：将浓度为0~15.0 g/L的复合络合剂和浓度为0.1~3.0 g/L的硝酸银依次溶于乙醇与水的混合溶剂中，采用硝酸和氨水调整溶液pH至7.0~13.0，通氮气1~60分钟除氧后陈化24小时，配得银溶液；
(2) 虾青素溶液的配制：在-30~10℃、避光的条件下将浓度为0.001~1.0 g/L的非离子型表面活性剂和浓度为80.0~280.0 mg/L的虾青素依次溶于有机溶剂中，通氮气1~60分钟除氧后配得虾青素溶液；
(3) 超声喷雾制备纳米银粉：将步骤(1)配得的银溶液的温度恒定在5~35℃，将步骤(2)配得的虾青素溶液的温度恒定在-30~10℃，采用超声喷雾使虾青素溶液雾化生成虾青素雾滴，在100~600 SCCM氮气气流的带动下将虾青素雾滴通过气泡细化器通入步骤(1)配得的银溶液中，每升银溶液中通入0.5~5.0 升雾化后的虾青素溶液后停止超声喷雾，超声处理1~60分钟后使用有机溶剂对产物进行离心洗涤1~6次，再使用去离子水对产物进行离心洗涤1~6次，最后在-170℃的条件下冷冻干燥48小时，完成纳米银粉的制备。
本实施方式的一种采用虾青素为还原剂制备纳米银粉的方法，将憎水性的虾青素分散于有机溶剂中形成虾青素溶液，通过在虾青素溶液中加入非离子型表面活性剂，可以使虾青素溶液在超声雾化过程中形成更小的虾青素雾滴，虾青素雾滴通过氮气气流通入银溶液之后虾青素作为还原剂可以还原银溶液中的银离子形成纳米银粉。而虾青素的氧化产物则可以包裹在纳米银粉表面进一步提高纳米银粉的稳定性，达到控制粒径、防止团聚、提高稳定性等目的，从而解决了目前制备的纳米银粉粒径不易控制、稳定性较差、易团聚等问题。本实施方式的一种采用虾青素为还原剂制备纳米银粉的方法，不仅对于纳米银粉的制备具有重大意义，而且对于电子、催化、分析等众多领域皆有一定的影响。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤(1)中所述的复合络合剂为氨水、乙二胺、乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸钠、己二酸钠、干贝素或葡萄糖酸钠中任意三种的组合。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤(1)中所述的乙醇与水的混合溶剂中乙醇与水的体积比为1:9~99:1。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤(2)中所述的非离子型表面活性剂为OP-10、葡萄糖苷或PPE中的一种。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤(2)和步骤(3)中所述的有机溶剂为二硫化碳、丙酮、苯或氯仿中的一种。其它与具体实施方式一至四之一相同。
用以下试验验证本发明的有益效果：
试验一：本试验的一种采用虾青素为还原剂制备纳米银粉的方法按以下步骤进行：
(1) 银溶液的配制：将浓度为1.5 g/L的复合络合剂和浓度为2.0 g/L的硝酸银依次溶于乙醇与水的混合溶剂中，采用硝酸和氨水调整溶液pH至9.0，通氮气30分钟除氧后陈化24小时，配得银溶液；
(2) 虾青素溶液的配制：在-10℃、避光的条件下将浓度为0.2 g/L的OP-10和浓度为80.0 mg/L的虾青素依次溶于丙酮中，通氮气20分钟除氧后配得虾青素溶液；
(3) 超声喷雾制备纳米银粉：将步骤(1)配得的银溶液的温度恒定在25℃，将步骤(2)配得的虾青素溶液的温度恒定在-10℃，采用超声喷雾使虾青素溶液雾化生成虾青素雾滴，在300 SCCM氮气气流的带动下将虾青素雾滴通过气泡细化器通入步骤(1)配得的银溶液中，每升银溶液中通入2.0 升雾化后的虾青素溶液后停止超声喷雾，超声处理30分钟后使用丙酮对产物进行离心洗涤3次，再使用去离子水对产物进行离心洗涤2次，最后在-170℃的条件下冷冻干燥48小时，完成纳米银粉的制备。
步骤(1)中所述的复合络合剂为乙二胺、柠檬酸钠和干贝素的组合，所述的乙醇与水的混合溶剂中乙醇与水的体积比为1:19。
本试验将憎水性的虾青素分散于丙酮中形成虾青素溶液，通过在虾青素溶液中加入非离子型表面活性剂OP-10，可以使虾青素溶液在超声雾化过程中形成更小的虾青素雾滴，虾青素雾滴通过氮气气流通入银溶液之后虾青素作为还原剂可以还原银溶液中的银离子形成纳米银粉。而虾青素的氧化产物则可以包裹在纳米银粉表面进一步提高纳米银粉的稳定性，达到控制粒径、防止团聚、提高稳定性等目的。本试验采用虾青素为还原剂制备的纳米银粉的粒径分布如图1所示，纳米银粉的粒径分布非常集中，在10~16 nm之间。本试验采用虾青素为还原剂制备的纳米银粉储存10天后的粒径分布如图2所示，粒径分布与初始时相比并未发现明显变化，说明纳米银粉的稳定性非常好，并未出现团聚现象。图1和图2说明本试验采用虾青素为还原剂制备的纳米银粉解决了纳米银粉粒径不易控制、稳定性较差、易团聚等问题。

Claims (3)

1.一种采用虾青素为还原剂制备纳米银粉的方法，其特征在于一种采用虾青素为还原剂制备纳米银粉的方法按以下步骤进行：
(1) 银溶液的配制：将浓度为0~15.0 g/L的复合络合剂和浓度为0.1~3.0 g/L的硝酸银依次溶于乙醇与水的混合溶剂中，采用硝酸和氨水调整溶液pH至7.0~13.0，通氮气1~60分钟除氧后陈化24小时，配得银溶液；
(2) 虾青素溶液的配制：在-30~10℃、避光的条件下将浓度为0.001~1.0 g/L的非离子型表面活性剂和浓度为80.0~280.0 mg/L的虾青素依次溶于有机溶剂中，通氮气1~60分钟除氧后配得虾青素溶液；其中所述的非离子型表面活性剂为葡萄糖苷或PPE中的一种；其中所述的有机溶剂为二硫化碳、丙酮、苯或氯仿中的一种；
(3) 超声喷雾制备纳米银粉：将步骤(1)配得的银溶液的温度恒定在5~35℃，将步骤(2)配得的虾青素溶液的温度恒定在-30~10℃，采用超声喷雾使虾青素溶液雾化生成虾青素雾滴，在100~600 SCCM氮气气流的带动下将虾青素雾滴通过气泡细化器通入步骤(1)配得的银溶液中，每升银溶液中通入0.5~5.0 升雾化后的虾青素溶液后停止超声喷雾，超声处理1~60分钟后使用与步骤(2)相同的有机溶剂对产物进行离心洗涤1~6次，再使用去离子水对产物进行离心洗涤1~6次，最后在-170℃的条件下冷冻干燥48小时，完成纳米银粉的制备，制备得到的纳米银粉粒径分布在10~16 nm之间。
2.根据权利要求1所述的一种采用虾青素为还原剂制备纳米银粉的方法，其特征在于步骤(1)中所述的复合络合剂为氨水、乙二胺、乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸钠、己二酸钠、干贝素或葡萄糖酸钠中任意三种的组合。
3.根据权利要求1所述的一种采用虾青素为还原剂制备纳米银粉的方法，其特征在于步骤(1)中所述的乙醇与水的混合溶剂中乙醇与水的体积比为1:9~99:1。
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