專利名稱：一種聚丙烯酸水熱合成納米金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(shù)：
由于納米金具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等，使其具有不同于本體金 的許多獨(dú)特性質(zhì)，如光學(xué)性質(zhì)、催化性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)活性等，在許多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。 目前納米金的制備方法主要有氧化還原法、光化學(xué)法、模板法、種金生長法和電化學(xué)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(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)1)粘 度大；2)耐熱性好；3)水合性強(qiáng)；4)能封閉微量金屬離子；5)機(jī)械穩(wěn)定性好；6)對蛋白 質(zhì)粘附力強(qiáng)；7)乳化分散穩(wěn)定性好。由于聚丙烯酸的這些特性，使其在涂料、造紙、紡織、 采油、采礦、冶金、食品、醫(yī)藥、化妝品、土建和水處理等工業(yè)中均有廣泛應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)， 聚丙烯酸不僅具有還原性，而且鏈上的功能基團(tuán)還能與金屬離子相互作用，可作為金屬離子 的包裹劑。因此，聚丙烯酸也用于制備貴金屬。Boris G..Ershov (參見文獻(xiàn)Boris G..Ershov, Amim Henglein, J. Phys. Chem. B， 1998, 102， 10663-10666)采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(xiàn)Klaus Huber, Thomas Witte, Jutta Hollman, Susanne Keuker-Baumann, J.AM. CHEM. SOC, 2007， 129,1089-1094)采用光化學(xué)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制備納米粒子的方法。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(zhì)學(xué)領(lǐng)域開展基礎(chǔ)研究，1905年以后轉(zhuǎn)向功能材料的研究。采用水 熱法制備納米材料則是在近幾年才發(fā)展起來的(參見專利水熱合成系列花狀氧化鋅微米/納 米結(jié)構(gòu)的方法，申請?zhí)?00610117564.9，公開號簡708A)。與其他制備方法相比，水熱 法制備技術(shù)有如下特點(diǎn)1)反應(yīng)在高溫高壓下進(jìn)行，反應(yīng)速度較快且有可能實(shí)現(xiàn)在常規(guī)條件 下不能進(jìn)行的反應(yīng)；2)改變水熱反應(yīng)環(huán)境(pH值、原料配比等)，可得到不同結(jié)構(gòu)和形狀的 納米粒子；3)通過控制水熱反應(yīng)條件(前驅(qū)物形式、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等)，可得到不同粒徑的產(chǎn)物。水熱法制得的納米粒子純度高、粒徑分布窄、分散性好、團(tuán)聚程度低、晶型好、 成分純凈，并且由于水熱制備過程污染小、成本低、適用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，其發(fā)展前景廣闊。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種操作工藝簡單易行、原料容易獲得、成本低廉、適用于大規(guī) 模工業(yè)化生產(chǎn)，還可通過實(shí)驗(yàn)條件的改變得到不同大小和形狀的金納米顆?；蛘呓鸺{米片， 生產(chǎn)過程對環(huán)境無污染，符合倡導(dǎo)的"綠色化學(xué)"要求的聚丙烯酸水熱合成納米金的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是以聚丙烯酸為還原劑和包裹劑，采用水熱法合成納米金。本發(fā)明包括以下步驟4) 在水中加入聚合物，攪拌溶解；5) 待聚合物完全溶解后加入氯金酸，攪拌，得反應(yīng)前驅(qū)體溶液；6) 將反應(yīng)前驅(qū)體溶液倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯，并裝入高壓釜內(nèi)，密封后反應(yīng)； 4)將反應(yīng)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，然后用乙醇清洗，即得納米金。所得納米金一般包括金納米顆?；?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(zhì)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(yīng)的溫度最好為100 200°C，反應(yīng)的時(shí)間最好為40min 4h 。與現(xiàn)有的合成方法相比，本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)是1) 本發(fā)明所采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(huán)境無害；2) 本發(fā)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(fā)明利用水熱合成法制得的金納米顆粒分散性好，形狀均一，粒徑分布窄，團(tuán)聚程 度低，穩(wěn)定性好；4) 本發(fā)明所釆用的合成方法工藝簡單，得到的產(chǎn)物易于分離、清洗、保存。


圖1為實(shí)施例1制備的金納米粒子的紫外一可見吸收譜圖。在圖1中，橫坐標(biāo)為波長(nm)， 縱坐標(biāo)為吸光度；最大吸收峰為575 nm。圖2為實(shí)施例2制備的金納米片的透射電鏡圖片。在圖2中，標(biāo)尺為200nm。圖3為實(shí)施例3制備的金納米粒子的粒徑分布圖。在圖3中，橫坐標(biāo)為粒徑(nm)，縱 坐標(biāo)為強(qiáng)度(％);平均粒徑為100nm，多分散系數(shù)為0.282。圖4為實(shí)施例4制備的金納米片的掃描電鏡圖片。在圖4中，標(biāo)尺為lpm。圖5為實(shí)施例5制備的金納米顆粒的掃描電鏡圖片。在圖5中，標(biāo)尺為200nm。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1取0.036 g聚丙烯酸(分子量為25000)，溶于27mL水中，攪拌均勻；加入3 mL氯金酸 溶液(0.01M)，攪拌10min，得反應(yīng)前驅(qū)體溶液；將反應(yīng)前驅(qū)體溶液倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯， 并裝入高壓釜內(nèi)。密封后置于18(TC烘箱內(nèi)反應(yīng)4h;將反應(yīng)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(shí)施例2取0.144g聚丙烯酸鈉(分子量為100000)，溶于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(yīng)前驅(qū)體溶液；將反應(yīng)前驅(qū)體溶液倒入聚四氟乙烯內(nèi) 襯，并裝入高壓釜內(nèi)。密封后置于14(TC烘箱內(nèi)4h;將反應(yīng)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(shí)施例3取0.072 g聚丙烯酸(分子量為240000)，溶于29mL水中，攪拌均勻；加入1 mL氯金 酸溶液(0.01M)，攪拌10min，得反應(yīng)前驅(qū)體溶液；將反應(yīng)前驅(qū)體溶液倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯， 并裝入高壓釜內(nèi)。密封后置于20(TC烘箱內(nèi)40min;將反應(yīng)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(shí)施例4取0.108 g聚丙烯酸鈉(分子量為50000)，溶于27mL水中，攪拌均勻；加入3 mL氯金 酸溶液(0.01M)，攪拌10min，得反應(yīng)前驅(qū)體溶液；將反應(yīng)前驅(qū)體溶液倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯， 并裝入高壓釜內(nèi)。密封后置于12(TC烘箱內(nèi)4h;將反應(yīng)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(shí)施例5分別取0.18 g聚丙烯酸和0.18 g聚丙烯酸鈉，溶于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(yīng)前驅(qū)體溶液；將反應(yīng)前驅(qū)體溶液倒入聚四氟乙烯 內(nèi)襯，并裝入高壓釜內(nèi)。密封后置于12(TC烘箱內(nèi)lh;將反應(yīng)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(quán)利要求
1.一種聚丙烯酸水熱合成納米金的方法，其特征在于包括以下步驟1)在水中加入聚合物，攪拌溶解；2)待聚合物完全溶解后加入氯金酸，攪拌，得反應(yīng)前驅(qū)體溶液；3)將反應(yīng)前驅(qū)體溶液倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯，并裝入高壓釜內(nèi)，密封后反應(yīng)；4)將反應(yīng)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，然后用乙醇清洗，即得納米金。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種聚丙烯酸水熱合成納米金的方法，其特征在于所述的聚合物 為聚丙烯酸或/和聚丙烯酸鈉。
3. 如權(quán)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，其特征在于聚合物的 分子量為25000 240000。
4. 如權(quán)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，其特征在于按質(zhì)量比， 聚丙烯酸鈉聚丙烯酸為1:1 10。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種聚丙烯酸水熱合成納米金的方法，其特征在于氯金酸濃度為 0.01 0.03 M。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種聚丙烯酸水熱合成納米金的方法，其特征在于按摩爾比，氯 金酸聚合物為1:50 500。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種聚丙烯酸水熱合成納米金的方法，其特征在于所述的密封后 反應(yīng)的溫度為100 200°C，反應(yīng)的時(shí)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、適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，還可通過實(shí)驗(yàn)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(chǎn)過程對環(huán)境無污染，符合倡導(dǎo)的“綠色化學(xué)”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；待聚合物完全溶解后加入氯金酸，攪拌，得反應(yīng)前驅(qū)體溶液；將反應(yīng)前驅(qū)體溶液倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯，并裝入高壓釜內(nèi)，密封后反應(yīng)；將反應(yīng)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，然后用乙醇清洗，即得納米金。所得納米金一般包括金納米顆?；?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(yōu)先權(quán)日2008年1月23日
發(fā)明者張其清, 李思越, 建 翁, 欣 陳 申請人:廈門大學(xué)