一種快速合成銀納米顆粒的方法及裝置與流程

2023-12-11 10:21:07 3

本發明涉及一種綠色連續性快速合成銀納米粒子的方法，即在空化反應器中採用石慄葉提取液快速連續製備納米銀的方法。

背景技術：

銀納米顆粒作為一種新興的功能納米材料(chem.mater.，19(2007)1231-1238)，在生物醫學領域有著廣泛的應用。利用銀納米顆粒的表面等離子體光學特性，可以實現對生物分子的高靈敏度檢測。並且通過等離子體共振波長與介質折射率具有相關性的特點，可以在暗場顯微鏡下利用功能化的銀納米顆粒對特異性結合的蛋白質進行觀察。

納米級銀材料傳統的製備方法(toxicolinvitro，35(2016)43-54)主要有物理方法，包括真空蒸鍍法、等離子體濺射法等和化學法，包括化學還原法(sensor.actuat.b-cheml.，137(2009)768-773)、微乳液法等。物理法雖然可以得到高純度、高分散性、粒度可控的銀納米顆粒，但其設備投資相當昂貴，化學法在製得高純度粒度可控的銀納米顆粒的同時，由於大量的引入了化學試劑而易導致環境的汙染。目前也出現了一些相對綠色的生物法製備銀納米顆粒的方法(talanta，146(2016)237-243)，但已有的這些研究只停留在簡單的間歇製備階段，由於反應器內液體的傳質和傳熱效果較差，需要的反應時間都比較長(數個至數十個小時)，而且隨著反應器容積的增大，釜內溫度和濃度的均一性更加難以實現，這就為放大生產帶來了困難。

水力空化是微觀、瞬時、隨機、多相的複雜過程，能夠產生大量的能量，在空化能量利用方面，主要集中在對超聲空化的研究和應用上，如利用空化誘導或加速化學反應、超聲清洗、汙水處理、強化傳熱等(ultrasonicssonochemistry，34(2017)51-59)。

本發明將水力空化反應器應用於銀納米顆粒的植物生物質還原連續製備，不僅可以解決間歇製備過程的缺點，而且操作簡單，反應時間短(1～5分鐘)環境友好，能耗較低。

技術實現要素：

本發明旨在提供一種在水力空化反應器中利用空化能輔助石慄葉水提液來快速連續還原製備銀納米顆粒和調控顆粒粒徑的方法。利用本方法所製得的銀納米顆粒主要呈球形，平均粒徑位於1～30nm，顆粒分散性好。

本發明所涉及的利用水力空化反應器輔助生物質還原製備銀納米顆粒的主要裝置是由以下幾部分組成：(1)真空泵(2)水力空化反應器、(3)產品收集槽。(具體裝置見附圖1)

首先選擇加工製造水力空化反應器，搭建如圖1所示的反應裝置，將反應器置於甘油浴加熱器中，通過加熱器來調控反應器內的溫度，通過真空泵調節原料液流速，然後設定工藝參數：反應溫度(30～90℃)、原料液的流率(1～3l/min)。具體操作步驟如下：

(1)稱取1g石慄葉乾粉，加入100ml的去離子水，將其置於搖床中(30℃，150rpm)振蕩12h，用雙層濾紙過濾，所得濾液即濃度為10g/l的水提液；

(2)配製2mmol/l的銀前驅體(agno3溶液)

(3)通過加熱器來調控反應器的溫度，使其保持在30～90℃。取一定體積的銀前驅體(agno3溶液)和石慄葉水提液配置成反應液放入儲存槽內，通過真空泵將反應液以一定流率(1～3l/min)持續通入到空化反應器中，在反應器出口用管路收集反應液回流到反應槽內，循環操作，一段時間後反應槽內所得反應液即納米銀溶膠。利用f30透射電子顯微鏡(tem)對所得的銀納米顆粒的形貌和粒徑進行觀察並利用粒徑統計軟體sigmascanpro4對所得到的電鏡圖進行粒徑統計。

本發明工藝簡單，操作簡便，反應迅速、環境友好，能耗較低，由於採用連續製備工藝，反應易於實現規模放大，進行工業化生產。

附圖說明

圖1為本發明採用的反應裝置流程圖。

圖2為本發明實製備的銀納米顆粒的tem圖。

具體實施方式

下面通過實施例對本發明做進一步說明。

實施例1：

將曬乾後的石慄葉粉碎製得石慄乾粉，按前述方法得到10g/l的水提液，將相同體積的石慄葉水提液與2mmol/l銀前驅體(agno3溶液)混合均勻，用真空泵將混合液以1l/min的流率持續輸送到喉部內徑為0.8mm，主管內徑6mm的水力空化反應管中，設定反應溫度為室溫(30℃)。所得的銀納米顆粒均為近球形，大小均勻，顆粒粒徑徑主要分布在2.4±4.2nm。

實施例2：

將實施例1中反應液的體積流率設定為1.5l/min，保持其他的反應條件不變，所得的納米顆粒均為近球形，粒徑主要分布在3.7±4.8nm。

實施例3：

將實施例1中反應液的體積流率設定為2l/min，保持其他的反應條件不變，所得的納米顆粒均為近球形，粒徑主要分布在4.7±6.3nm。

實施例4：

將實施例1中反應液的體積流率設定為2.5l/min，保持其他的反應條件不變，所得的納米顆粒均為近球形，粒徑主要分布在5.5±6.9nm。

實施例5：

將實施例1中反應液的體積流率設定為3l/min，保持其他的反應條件不變，所得的納米顆粒均為近球形，粒徑主要分布在6.6±8.2nm。

實施例6：

將反應液的ph調至8.4，將相同體積的石慄葉水提液與2mmol/l銀前驅體(agno3溶液)混合均勻，用真空泵將混合液以1l/min的流率持續輸送到喉部內徑為0.8mm，主管內徑6mm的水力空化反應管中，設定反應溫度為室溫(30℃)。所得的銀納米顆粒均為近球形，大小均勻，顆粒粒徑徑主要分布在1.2±3.2nm。

實施例7：

將實施例6中的反應溫度設定為90℃，保持其他的反應條件不變，所得的納米顆粒均為近球形，粒徑主要分布在3.3±4.6nm。

實施例8：

將實施例6中的反應液的ph調至9.4，保持其他的反應條件不變，所得的納米顆粒均為近球形，粒徑主要分布在2.1±3.6nm。

實施例9：

將實施例6中的反應液的ph調至10.4，保持其他的反應條件不變，所得的納米顆粒均為近球形，粒徑主要分布在1.5±2.8nm。

實施例10：

將實施例6中的反應液的ph調至11.4，保持其他的反應條件不變，所得的納米顆粒均為近球形，粒徑主要分布在1.0±1.8nm。