[发明专利]采用羧甲基纤维素钠制备纳米银胶体水溶液的方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种采用羧甲基纤维素钠制备纳米银胶体水溶液的方法，在温和条件下，以羧甲基纤维素钠同时作为化学还原剂和保护剂制备纳米银胶体水溶液的绿色化学工艺，属于医用杀菌、金属光电及催化纳米功能材料合成技术领域。

背景技术

近年来，随着纳米银材料在超导、抗菌、生物、催化、微电子以及光子晶体等领域的广泛应用，其相关的各种制备技术也得到了迅速发展。本发明所采用的液相化学还原法理论体系完备，设备基础好，工艺条件成熟、易操控，具有生产速度快、产量大、产率高、成本低等显著优点，很适合工业化大生产。

在一个典型的采用液相化学还原法制备纳米银胶体颗粒的实际体系中，至少包含有溶剂、含银前驱体、还原剂和保护剂等基本构成单元；其中的溶剂可以是某种有机物，也可以是普通的去离子水或蒸馏水；含银前驱体一般为某种银盐，如硝酸银、高氯酸银；还原剂既可以是有机物也可以是无机物，如有机的某种醇、酚、醛或是无机的水合肼、硼氢化钠，而保护剂则一般为长链的有机大分子，如十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化胺、聚乙烯基吡咯烷酮等。从目前已公开的各种文献和专利来看，虽然配合各种还原剂和保护剂制备纳米银胶体及粉体的方法已为数不少，但大都没有解决好粒径分布控制、装置设备投入、简洁的体系构成、绿色化学工艺等诸多要求之间的矛盾。如中国专利CN101121203A中公开了一种采用羧甲基纤维素钠同时作为还原剂和保护剂制备纳米银颗粒的方法，但其所使用的羧甲基纤维素钠的分子量范围不详，制备得到产物的粒径大小及形态也不均一，在实施过程中还需要使用额外的微波加热装置，不利于工业化大生产；中国专利CN1686646A所述的方法虽可通过水体系得到粒径可控的单分散纳米银颗粒，但制备过程需在超声装置和高速搅拌辅助下进行，增加了设备的投入；英国皇家化学会出版的GreenChemistry期刊2006年第8期的A simple and“green”method for the synthesis of Au，Ag，andAu-Ag alloy nanoparticles一文中公开了一种采用葡萄糖为还原剂、可溶性淀粉为保护剂的绿色纳米银颗粒制备工艺，但由于还原剂和保护剂分别使用了两种不同物质，因而在成本控制和方法的简洁性考虑上存在欠缺。而在中国专利CN101121204A和CN1759962A中公开的纳米银制备方法则涉及对环境有害的还原剂水合肼及环己烷等有机溶液的大量使用。

与以上文献述及的方法有所不同的是，本发明中提出的技术方案不但可以在普通的反应容器中温和实施，而且在一定的工艺条件下，可以制备得到单分散的纳米银胶体颗粒；所使用的羧甲基纤维素钠是一种公认的环境友好的化学物质，它在作为还原剂使用的同时，还能起到保护剂作用，因而减少了原材料的投入，降低了成本。由于原料本身绿色无害，溶剂去离子水对环境无污染，因而符合可持续发展的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在温和条件下制备尺寸可控的纳米银胶体水溶液的绿色工艺方法。采用本方法得到的纳米银胶体水溶液，高浓度时为棕灰色，稀释后为透明的亮黄色；所制备的纳米银胶体颗粒形态稳定，分散性良好，粒径分布可调、可控；反应采用普通反应容器，过程简单、设备投入少、易施行，反应中所涉及的原材料环境友好、无污染，产物杂质少，易于后处理。

本发明是通过下述技术方案加以实现的：

本发明采用羧甲基纤维素钠制备纳米银胶体水溶液，具体方法是：将硝酸银固体溶解于去离子水中，配制得到硝酸银水溶液A，其摩尔浓度为0.01-5mol/L；将羧甲基纤维素钠在去离子水中溶解配制得到溶液B，其浓度为0.2-25g/L；将A、B两溶液混合，其中硝酸银的浓度为5×10^-5-2.5×10^-2mol/L，羧甲基纤维素钠浓度为0.2-25g/L，控制其pH值在7-11之间，于15-90℃下反应2-20小时后，得到含有平均粒径小于100纳米的银胶体颗粒的水溶液。

所述的羧甲基纤维素钠兼作还原剂和保护剂，分子量范围选择在90,000-250,000之间。

本发明的优点是：