您好,欢迎来到星星旅游。
搜索
您的当前位置:首页聚乙烯醇绿色还原法制备银纳米粒子的研究

聚乙烯醇绿色还原法制备银纳米粒子的研究

来源:星星旅游
2015年5月 合肥师范学院学报 Journal of Hefei Norma1 University Mav.2015 第33卷第3期 Vo1.33 NO.3 聚乙烯醇绿色还原法制备银纳米粒子的研究 陈琛,袁新松,齐春霞 230601) (合肥师范学院化学与化学工程学院安徽合肥[摘要]本文以聚乙烯醇(PVA)为还原剂,淀粉为稳定剂,采用微波合成法,并改变反应条件制备出银纳米粒子,用吸 收光谱研究其最佳制备条件在温度为130℃,仪器功率为50w,反应时间为275s。同时对在最佳条件下制备的银纳米粒子进 行紫外、TEM表征。实验结果表明,微波法制备出的银纳米粒子为黄色、球形的粒子,其分散性和稳定性都较好,平均粒径为 12nm,银纳米粒子在412mn处的吸光强度最大,出现最大吸收峰。该法操作简单,反应快速。 [关键词]聚乙烯醇;淀粉;绿色还原;银纳米粒子 [中图分类号]O614.122 1 引言 [文献标识码]A [文章编号]1674—2273(2015)03—0051—05 控制;有些反应采用的原料或稳定剂都是一些有毒 或者价钱昂贵的有机物,因此研究一种简单、绿色的 方法来合成纳米银粒子是非常有意义的。 在所有制备银纳米粒子的方法中,微波法也是 一纳米材料由于具有不同于其它块状材料的表面 效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效 应等,而在电磁学、光学、材料学等领域都有广泛的 应用,已成为人们的研究热点l_1]。其中,银纳米粒子 由于具有特殊的物理化学性质,该特殊性充分表现 种重要的方法。通常波长在lOOcm至lcm范围 内的电磁波即为微波,其频率大概在300MHz一 300GHz,它的波长是在电磁波谱的红外辐射与射频 在分子电子、免疫分析、传感器研制等方面_2 ],因 此越来越受到人们的重视。如在热交换器中,银纳 段之间。微波可以与化学体系直接发生作用,促进 各类化学反应的进行。某些特定的气体会因为它们 的转动能级的能量和某些相对应的特定频率微波的 量子能量相应而吸收所对应的特定频率的微波。目 前微波在化学领域中的应用主要涉及两个方面:一 米粒子作为稀释制冷机的原料可以使机器的效率提 高百分之三十左右;在化纤中掺杂少许纳米银也可 以改善化纤品的一些功效,包括杀菌能力的提高_4 ; 工业上,催化剂的使用,最好的原料就是银纳米粒 子;同时,提高灵敏表面增强效果最好的衬底材料之 一是利用微波加快化学反应速度,即微波热效应;二是 化学反应中的机制被微波所改变,从而所得到的化 学产物含有独特的性质。微波法作为一种合成纳米 材料技术,应用于纳米银的制备上,具有很多的优 点,包括加热均匀、污染少、易于成核l_g],制备出的纳 就是纳米银粒子l_5]。 目前报道的制备银纳米粒子的方法有很多,如 电化学合成法、光化学法、辐射还原法、物理气相法、 化学还原法等 ]。林峰等E 在以二丁酸二异辛酯 磺酸钠为表面活性剂、异辛烷为油相形成的W/O 型微乳体系中,以AgNO。为银源、抗坏血酸为还原 剂,制备了大小为10 nm左右,单分散性好的均匀 球状纳米银溶胶。但是上述有些方法存在反应时间 米材料纯度高、分布均匀,且此方法操作方便、反应 迅速、效率较高,受到各国化学工作者的喜爱。而淀 粉是一种来源非常广泛的聚合物,含有丰富的羟基, 且该物质绿色、无毒、可再生,在绿色化学上的应用 较广泛。因此,本实验采用微波合成法,以聚乙烯醇 较长、实验的条件控制不容易等缺点;有些方法制备 出的银纳米粒子稳定性较差,制备条件较苛刻,不易 为还原剂,淀粉为稳定剂,制备出银纳米粒子。改变 [收稿日期]2015—01—15 [基金项目]安徽省教育科学规划课题(JG12204);合肥师范学院教学研究重点项目(2014yj02)资助 [第一作者简介]陈琛(1984一),女,硕士,合肥师范学院化学与化学工程学院实验师。主要从事化工课程教学以及纳米材料、化工复合 材料方面的研究。 51 反应时间、反应温度、仪器功率等条件研究银纳米粒 子的吸收光谱,得出最佳反应条件。并对最优条件 下制备的银纳米粒子进行紫外(Uv—vis)、透射电镜 (TEM)表征,研究其性质和形貌。 2实验部分 2.1试剂与仪器 淀粉(分析纯,西陇化工股份有限公司);硫酸银 (分析纯,上海中博化工有限公司);聚乙烯醇 (PVA,分析纯,平均聚合度为1750±50,上海山谱 有限公司)。 JRY—MH微波合成仪(湖南金蓉园仪器设备有 限公司),JEOL TE 10OSX型透射电镜(日本电子 公司,加速电压80kV),U251紫外一可见光分光光度 计(日本岛津公司)。 2.2 实验方法 2.2.1储备液的配制 称取一定量的硫酸银,配制1.0×10 mol・ L 硫酸银溶液;再称取25g的平均聚合度为1750 的聚乙烯醇(PVA)在500ml的水溶液中加热溶解, 配制出50g・L 的PVA水溶液;称取2.0g的淀粉 在热水中溶解,配制20g・L 的淀粉溶液。以上溶 液在密闭条件下储存,作为储备液备用。 2.2.2反应液的配制 准确移取1×10一 mol・L Ag S04溶液2ml, 50g・L 的PVA一1750溶液30ml和20g・I 淀粉 水溶液18ml置于50ml的容量瓶中,稀释至刻度, 使其混合均匀。 2.2.3纳米银粒子的制备 移取上述反应液5ml置于10ml的微波反应器 中,参数设定为功率为50W,温度为130℃,反应时 间设为275s,让其在此条件下反应。将反应后的溶 液移取至10ml的比色管中,置于暗处。 2.2.4紫外表征 将反应后的溶液先稀释50倍,取4ml于石英比 色皿中,置于紫外一可见分光光度计中,在350— 600nm范围内扫描其紫外可见吸收光谱。 2.2.5透射电镜表征 取一部分溶液进行离心、分离、洗涤,再滴在碳 膜涂层的铜网上,干燥后进行TEM表征。 3结果与讨论 3.1反应机理 聚乙烯醇(PVA)是长链聚合物,分子链之间的 羟基很容易形成分子间的氢键(如图1所示),所谓 52 的活性PVA指的是没有形成氢键的羟基,所以在 常温下PVA的活性氢很少,所以其还原性很差,与 AgzSO 的反应就会很慢。而聚乙烯醇在微波法下 可以还原银离子是因为在微波合成仪中,由于微波 的辐射提供很高的瞬时能量破坏聚乙烯醇的链间的 氢键,获得大量的活性游离聚乙烯醇分子,出现大量 的活性氢键。同时,高能量也使得化学键产生断裂, 聚乙烯醇分子端的羟基就会失去一个H原子,形成 C=O键,而游离的H原子使溶液中的银离子还原 成银原子,大量的银原子堆积就形成了银纳米粒子, 反应方程式如式(1)、(2)所示。而淀粉含有丰富的 羟基,能与金属银粒子配位,使用淀粉作为稳定剂, 能使金属表面“钝化”得到稳定性高的金属银纳米 粒子。 ——一一一一一一 f】/ n/ R——R——R一一 , / ,、}I一、\}{// 、It一一U\ l l/ f\Il j l  、 / }】/“、 / )/“、o/“/  一o/ / \  『R——R 一 一R …】 __ 。 ¨一()/ —I I1 图1 PVA分子链间形成的氢键示意图 反应方程式: [一R 0H一] —一[一R ()H一]。 CH2 CH—o+1/2H2 (1) Ag++1/2 H2—一Ag+H (2) 3.2反应温度的影响 在功率、合成时间等条件一致的情况下,我们考 察了反应温度对制备纳米银粒子的影响,图2为功 率是60W,反应时间是200s,不同温度下制备出的 纳米银的紫外一可见光谱图(a:120℃;b:130℃;C: 140℃)。可以看出,不同温度下制备得到的粒子都 在400--425nm范围内出现最大吸收峰,此时吸光 度最强。相比较可以得出在温度为130℃时,溶液 的吸光度最大。a曲线和b曲线相比较,一开始反 应温度的增大会加快反应速度,生成的银纳米粒子 会相应的增多,溶液的吸光度是增大的,所以相同波 长下,6曲线对应的吸光度大于“曲线。而b曲线 与C曲线比较,在130℃之后,温度过高,纳米银大 量聚集成大颗粒而沉淀,同时由于聚乙烯醇本身的 粘性很大,温度过高使其溶液粘度更大,会夹带些银 纳米粒子附于容器壁面使溶液中的纳米银粒子减 少,导致吸光度下降,所以相同波长下,b曲线对应 的吸光度大于C曲线。实验得出制备银纳米粒子的 最佳反应温度为130℃。 图2功翠是60W。反应时间是200s,不同温厦 制备出的 纳米银的紫外-可见光谱圈(a:120 ̄C;b:130℃;c:140 ̄C) 3.3合成时间的影响 在温度、功率、浓度等条件一致的情况下,考察 不同反应时间对制备纳米银的影响,图3为温度是 130℃,功率为60W,波长为41Onto处的纳米银的吸 光度一时间曲线。可以看出,在反应时间在175s之 前溶液的吸光度很低,表明在此之前基本不生成银 纳米粒子或反应液基本不反应。但在175s后,随着 时间的推移,溶液的吸光度逐渐增大,光强增大,表 明生成的银纳米粒子数目增多。在275s时出现最 大吸收峰,之后吸光度开始减小。因为一开始是反 应刚发生,随着辐射时间逐渐增长,反应条件中压力 和温度都得到相应的增大,因而反应速度增快,溶液 中的银离子被还原成银单质,堆积成银纳米粒子,溶 液中的吸光度就逐渐增大。到一定程度,银离子基 本被反应完全,之后辐射继续进行,所生成的纳米银 粒子增多并相互聚集而出现大颗粒沉淀或吸附在器 壁表面,使得残留在溶液里的纳米银粒子数目减少, 吸光度就相对应的开始减小。所以,在温度、压强、 仪器功率等实验条件基本一致的情况下,最佳反应 时间为275s。 3.4仪器功率的影响 在合成时间、反应温度等条件一致的情况下,考 察仪器功率对制备纳米银粒子的影响,图4为温度 是130℃,合成时间是275s,波长为410nm处的纳 米银的吸光度一功率曲线。可以看出,在功率为50W 时纳米银粒子的紫外可见光强度最大,在50W一 90W之间溶液的吸光度有所下降,在90w一1lOW 之间的吸收不明显,在1lOW后吸光度开始急剧减 小。因为一开始在低功率下,功率的增大使得反应 图3温度是130 ̄C。功率为60W,波长为410nm处 的纳米银的吸光度一时间曲线 的温度和压强也相应的增大,反应速度有所增大,生 成的纳米银粒子数目也会相应的增多,因而吸光度 会有所提高。而在50W后由于所对应的反应温度 增大,速度较快,生成的银纳米粒子有可能少量的聚 集成大颗粒状沉淀,但此时沉淀不明显,溶液吸光度 波动很小。在50W至1lOW之间,沉淀的速度有可 能跟纳米银粒子生成的速度相持平,所表现出来的 是吸光度基本不变。在功率显示是llOW以后,温 度会超过130℃,温度过高,反应速度过快,很可能 会使大量的纳米银粒子相互碰撞产生聚沉,其速度 远远超过了银纳米粒子的生成速度,或最后银离子 反应完全基本不生成银纳米粒子,导致溶液中的纳 米银粒子数目减少,所得出曲线的吸光度会出现急 剧下降。因此实验所得出制备纳米银最佳的仪器功 率是50W。 图4温度是130 ̄C。合成时间是275s。波长为41Ohm处的 纳米银的吸光度一功率曲线 3.5 最佳条件下制得纳米银的Uv-vis表征 综上可知,制备银纳米粒子的最佳条件是:反应 53 菌性能1-31.包装学报,2010,2(1):28—32. mentally Relevant Conditions[J].Environ.Sci.Techno1., [9]金钦汉.微波化学[M].科学出版社,1999:32. 2011,45(9):3895—3901. ,11o] Akaighe N,MacCuspie R I,Navarro D A,et a1.Humic ,111]陈琛,姚成立,袁新松等.维生素E绿色还原法制备银纳米粒 Acid—-Induced Silver Nanoparticle Formation Under Environ—— 子的研究[J].分析测试学报,2013,32(11):61 66. Study of Green Chemical Reduction in Preparation of Silver Nanoparticles Using Polyvinyl Alcohol CHEN Chen,YUAN Xinsong,QI Chunxia (School of Chemistry and Chemical Engineering,Hefei Norrnal University,Hefei 230601,China) Abstract:In this paper,we used polyvinyl alcohol(PVA)as a reducing agent and starch as a stabilizer, changed the reaction conditions for preparation of silver nanoparticles in controlled particle size by using microwave method.The results of absorption spectra showed the optimal preparation conditions were at the temperature of 130℃,the instrument power of 50W,the reaction time of 275 seconds.The silver nanoparticles prepared in the optimal condition were characterized by Ultraviolet—visible spectroscopy(UV— vis)and transmission electron microscopy(TEM)method.It was shown that the maximum absorption peak of the spherical yellow silver nanoparticles was at 412 nm,the average particle size was 12nm.This method is simple and responsive promptly. Key words:polyvinyl alcohol;starch;green reduction;silver nanoparticles (上接第5O页) I-5]汪雨荻,周和平,乔梁.AIN/聚乙烯复合基板的导热性能[J], 乙烯三元共聚物的合成及其对纳米氮化铝的表面改性[J].应 无机材料学报,2000,15(6):1030—1032. 用化学,2010,27(1):16—20. [6]徐征宙,曲选辉,段伯华.利用硅烷改善氮化铝粉末抗水解性的 [1O]章于川,李国喜,董前年.BA-MMA-GMTS三元共聚大分子 研究[J].电子元件与材料,2004,23(12):7-9. 表面处理剂的合成及其对高岭土/PVC复合电缆料的改性 [7] 马文石,董安辉.KH57O/聚苯乙烯双重改性纳米氮化铝粉末 [J].纳米科技,2005,11(5):54—59. 的研究[J].材料工程,2007,9(5):23—25. [11]北京大学化学仪器分析教学组.仪器分析教程[M].北京大 [8]徐征宙,曲选辉,段伯华.利用硅烷改善氮化铝粉末抗水解性的 学出版社,1996:217. 研究EJ].电子元件与材料,2004,23(12):7-9. [12]左演声,陈文哲,梁伟.材料现代分析方法[M].北京化工大 [9]乔恒婷,夏茹,章于川.大分子偶联剂马来酸酐一丙烯酸丁酯一苯 学出版社,2000:232. Study on Modification of nano-AlN with A Macromolecular Modifier LI Guoxi 。ZHAO Junfei (1.Anhui Medical College,He 230601,China; 2.School of Chemistry and Chemical Engineering,He i Normal University,Hefei 230601,China) Abstract:A self_regulating macromolecular modifier was used for the modification of nano-AlN.The native nano—AlN and the modified nano—AlN were characterized by particle-size analysis,FTIR,XPS and TGA. The results indicated the macromolecules were bounded on the surface of nano—AlN particles by chemical bond,effectively preventing aggregation of the particles with its diameter reaching the nanometer. Key words:nano—A1N,macromolecular surface modifier,surface 55 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Copyright © 2019- stra.cn 版权所有

违法及侵权请联系:TEL:199 1889 7713 E-MAIL:2724546146@qq.com

本站由北京市万商天勤律师事务所王兴未律师提供法律服务