一種聚丙烯酸水熱合成納米金的方法
2023-06-24 12:09:21
專利名稱：一種聚丙烯酸水熱合成納米金的方法
技術領域：
本發明涉及一種納米金，尤其是涉及一種利用聚丙烯酸水熱法合成金納米粒子和金納米 片的方法。
背景技術：
由於納米金具有表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應等，使其具有不同於本體金 的許多獨特性質，如光學性質、催化性質和化學反應活性等，在許多領域有廣泛的應用前景。 目前納米金的製備方法主要有氧化還原法、光化學法、模板法、種金生長法和電化學還原 法等。聚丙烯酸(PAA)是一類重要的水溶性聚合物，有許多優異的物理和化學性質1)粘 度大；2)耐熱性好；3)水合性強；4)能封閉微量金屬離子；5)機械穩定性好；6)對蛋白 質粘附力強；7)乳化分散穩定性好。由於聚丙烯酸的這些特性，使其在塗料、造紙、紡織、 採油、採礦、冶金、食品、醫藥、化妝品、土建和水處理等工業中均有廣泛應用。研究發現， 聚丙烯酸不僅具有還原性，而且鏈上的功能基團還能與金屬離子相互作用，可作為金屬離子 的包裹劑。因此，聚丙烯酸也用於製備貴金屬。Boris G..Ershov (參見文獻Boris G..Ershov, Amim Henglein, J. Phys. Chem. B， 1998, 102， 10663-10666)採用聚丙烯酸及聚丙烯酸鈉，在Y 射線照射下還原AgN03; Huber (參見文獻Klaus Huber, Thomas Witte, Jutta Hollman, Susanne Keuker-Baumann, J.AM. CHEM. SOC, 2007， 129,1089-1094)採用光化學法，在紫外燈照射下， 利用聚丙烯酸鈉將Ag+還原成銀納米顆粒。但是用這些方法得到的金屬納米粒子的大小和形 狀都不易控制，且粒徑分布較寬。
水熱合成是近年來新興的製備納米粒子的方法。水熱法，又名熱液法，是指在密封壓力 容器中，以水為溶劑，在高溫(>100°C)、高壓(>9.81Mpa)的條件下，研究、加工材料的 方法。水熱法最早是在地質學領域開展基礎研究，1905年以後轉向功能材料的研究。採用水 熱法製備納米材料則是在近幾年才發展起來的(參見專利水熱合成系列花狀氧化鋅微米/納 米結構的方法，申請號200610117564.9，公開號簡708A)。與其他製備方法相比，水熱 法製備技術有如下特點1)反應在高溫高壓下進行，反應速度較快且有可能實現在常規條件 下不能進行的反應；2)改變水熱反應環境(pH值、原料配比等)，可得到不同結構和形狀的 納米粒子；3)通過控制水熱反應條件(前驅物形式、反應溫度、反應時間等)，可得到不同粒徑的產物。水熱法製得的納米粒子純度高、粒徑分布窄、分散性好、團聚程度低、晶型好、 成分純淨，並且由於水熱製備過程汙染小、成本低、適用於產業化生產，其發展前景廣闊。 發明內容本發明的目的在於提供一種操作工藝簡單易行、原料容易獲得、成本低廉、適用於大規 模工業化生產，還可通過實驗條件的改變得到不同大小和形狀的金納米顆粒或者金納米片， 生產過程對環境無汙染，符合倡導的"綠色化學"要求的聚丙烯酸水熱合成納米金的方法。本發明的技術方案是以聚丙烯酸為還原劑和包裹劑，採用水熱法合成納米金。本發明包括以下步驟4) 在水中加入聚合物，攪拌溶解；5) 待聚合物完全溶解後加入氯金酸，攪拌，得反應前驅體溶液；6) 將反應前驅體溶液倒入聚四氟乙烯內襯，並裝入高壓釜內，密封后反應； 4)將反應體系冷卻至室溫，離心使所合成的金納米粒子與聚合物分離，然後用乙醇清洗，即得納米金。所得納米金一般包括金納米顆粒或/和金納米片。所述的聚合物為聚丙烯酸或/和聚丙烯酸鈉，聚合物的分子量為25000 240000，按質量 比，聚丙烯酸鈉聚丙烯酸最好為1: (1 10)。氯金酸濃度最好為0.01 0.03M。按摩爾比， 氯金酸:聚合物最好為l: (50 500)。所述的密封后反應的溫度最好為100 200°C，反應的時間最好為40min 4h 。與現有的合成方法相比，本發明的突出優點是1) 本發明所採用的聚合物是聚丙烯酸或/和聚丙烯酸鈉，原料成本低、容易獲得、生物相 容性好、對環境無害；2) 本發明通過對合成條件的控制能得到金納米顆粒或/和金納米片；3) 本發明利用水熱合成法製得的金納米顆粒分散性好，形狀均一，粒徑分布窄，團聚程 度低，穩定性好；4) 本發明所釆用的合成方法工藝簡單，得到的產物易於分離、清洗、保存。
圖1為實施例1製備的金納米粒子的紫外一可見吸收譜圖。在圖1中，橫坐標為波長(nm)， 縱坐標為吸光度；最大吸收峰為575 nm。圖2為實施例2製備的金納米片的透射電鏡圖片。在圖2中，標尺為200nm。圖3為實施例3製備的金納米粒子的粒徑分布圖。在圖3中，橫坐標為粒徑(nm)，縱 坐標為強度(％);平均粒徑為100nm，多分散係數為0.282。圖4為實施例4製備的金納米片的掃描電鏡圖片。在圖4中，標尺為lpm。圖5為實施例5製備的金納米顆粒的掃描電鏡圖片。在圖5中，標尺為200nm。
具體實施方式
實施例1取0.036 g聚丙烯酸(分子量為25000)，溶於27mL水中，攪拌均勻；加入3 mL氯金酸 溶液(0.01M)，攪拌10min，得反應前驅體溶液；將反應前驅體溶液倒入聚四氟乙烯內襯， 並裝入高壓釜內。密封后置於18(TC烘箱內反應4h;將反應體系冷卻至室溫。離心使所合成 的金納米粒子與聚丙烯酸分離，再用乙醇清洗三次。得到的金納米顆粒粒徑約為250nm。實施例2取0.144g聚丙烯酸鈉(分子量為100000)，溶於28mL水中，攪拌均勻；加入2 mL氯 金酸溶液(0.01 M)，攪拌10min，得反應前驅體溶液；將反應前驅體溶液倒入聚四氟乙烯內 襯，並裝入高壓釜內。密封后置於14(TC烘箱內4h;將反應體系冷卻至室溫。離心使所合成 的金納米粒子與聚丙烯酸鈉分離，再用乙醇清洗三次。得到的金納米顆粒粒徑為150nm，得 到的金納米片大小為400 nm，厚度為30 nm。實施例3取0.072 g聚丙烯酸(分子量為240000)，溶於29mL水中，攪拌均勻；加入1 mL氯金 酸溶液(0.01M)，攪拌10min，得反應前驅體溶液；將反應前驅體溶液倒入聚四氟乙烯內襯， 並裝入高壓釜內。密封后置於20(TC烘箱內40min;將反應體系冷卻至室溫。離心使所合成的 金納米粒子與聚丙烯酸分離，再用乙醇清洗三次。得到的金納米顆粒粒徑為100nm。實施例4取0.108 g聚丙烯酸鈉(分子量為50000)，溶於27mL水中，攪拌均勻；加入3 mL氯金 酸溶液(0.01M)，攪拌10min，得反應前驅體溶液；將反應前驅體溶液倒入聚四氟乙烯內襯， 並裝入高壓釜內。密封后置於12(TC烘箱內4h;將反應體系冷卻至室溫。離心使所合成的金 納米粒子與聚丙烯酸鈉分離，再用乙醇清洗三次。得到的金納米片大小為1.5pm，厚度為80 nm。實施例5分別取0.18 g聚丙烯酸和0.18 g聚丙烯酸鈉，溶於29mL水中，攪拌均勻；加入1 mL 氯金酸溶液(0.01 M)，攪拌10min，得反應前驅體溶液；將反應前驅體溶液倒入聚四氟乙烯 內襯，並裝入高壓釜內。密封后置於12(TC烘箱內lh;將反應體系冷卻至室溫。離心使所合 成的金納米粒子與聚合物分離，再用乙醇清洗三次。得到的納米金顆粒粒徑為200nm。
權利要求
1.一種聚丙烯酸水熱合成納米金的方法，其特徵在於包括以下步驟1)在水中加入聚合物，攪拌溶解；2)待聚合物完全溶解後加入氯金酸，攪拌，得反應前驅體溶液；3)將反應前驅體溶液倒入聚四氟乙烯內襯，並裝入高壓釜內，密封后反應；4)將反應體系冷卻至室溫，離心使所合成的金納米粒子與聚合物分離，然後用乙醇清洗，即得納米金。
2. 如權利要求1所述的一種聚丙烯酸水熱合成納米金的方法，其特徵在於所述的聚合物 為聚丙烯酸或/和聚丙烯酸鈉。
3. 如權利要求1或2所述的一種聚丙烯酸水熱合成納米金的方法，其特徵在於聚合物的 分子量為25000 240000。
4. 如權利要求1或2所述的一種聚丙烯酸水熱合成納米金的方法，其特徵在於按質量比， 聚丙烯酸鈉聚丙烯酸為1:1 10。
5. 如權利要求1所述的一種聚丙烯酸水熱合成納米金的方法，其特徵在於氯金酸濃度為 0.01 0.03 M。
6. 如權利要求1所述的一種聚丙烯酸水熱合成納米金的方法，其特徵在於按摩爾比，氯 金酸聚合物為1:50 500。
7. 如權利要求1所述的一種聚丙烯酸水熱合成納米金的方法，其特徵在於所述的密封后 反應的溫度為100 200°C，反應的時間為40min 4h 。
全文摘要
一種聚丙烯酸水熱合成納米金的方法，涉及一種納米金。提供一種操作工藝簡單易行、原料容易獲得、成本低廉、適用於大規模工業化生產，還可通過實驗條件的改變得到不同大小和形狀的金納米顆粒或者金納米片，生產過程對環境無汙染，符合倡導的「綠色化學」要求的聚丙烯酸水熱合成納米金的方法。在水中加入聚合物，攪拌溶解；待聚合物完全溶解後加入氯金酸，攪拌，得反應前驅體溶液；將反應前驅體溶液倒入聚四氟乙烯內襯，並裝入高壓釜內，密封后反應；將反應體系冷卻至室溫，離心使所合成的金納米粒子與聚合物分離，然後用乙醇清洗，即得納米金。所得納米金一般包括金納米顆粒或/和金納米片。
文檔編號B22F9/24GK101219480SQ20081007052
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月23日 優先權日2008年1月23日
發明者張其清, 李思越, 建 翁, 欣 陳 申請人:廈門大學