植物還原法聯(lián)合磁場(chǎng)制備納米材料及反應(yīng)廢物利用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于納米材料的綠色制備技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種植物還原法聯(lián)合磁場(chǎng)制 備納米材料及反應(yīng)廢物利用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 納米尺度的材料處于原子和宏觀物體的交接區(qū)域，具有表面界面效應(yīng)、小尺寸效 應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，并能產(chǎn)生奇異的力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和化 學(xué)等特性。從而在國防、電子、化工、冶金、航空、輕工、醫(yī)藥、核技術(shù)等領(lǐng)域中具有重要的應(yīng) 用價(jià)值，越來越受到人們的重視。特別是常見的金、銀、鈕等納米材料，其催化、殺菌、電工電 子的特性在環(huán)保、醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，穩(wěn)定高效的制備不同形態(tài)、種類的金屬納米材料將 促進(jìn)各行業(yè)發(fā)展。
[0003] 目前生物還原法，一種反應(yīng)的原理認(rèn)為，還原糖、黃酬等多徑基生物分子中 的-C-OH與金屬離子反應(yīng)，生成納米金屬，運(yùn)些生物分子的徑基在反應(yīng)后可能被氧化為幾 基，說明多徑基生物分子對(duì)金屬還原起主導(dǎo)作用；另一種認(rèn)為蛋白質(zhì)在還原過程與金屬離 子反應(yīng)起主導(dǎo)作用。
[0004] 但是，目前的生物還原法還存在著反應(yīng)速度慢，反應(yīng)后廢棄物較多無法處理等問 題。
[0005] 電化學(xué)反應(yīng)即氧化還原反應(yīng)，在反應(yīng)過程中存在著電子的傳遞和轉(zhuǎn)移，W及離子 的移動(dòng)。因而電離離子在洛侖茲力的作用下，會(huì)改變運(yùn)動(dòng)軌跡，增加擴(kuò)散能力，改變電化學(xué) 反應(yīng)。由于磁場(chǎng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)有明顯作用，并且磁場(chǎng)對(duì)徑基和金屬離子均能產(chǎn)生明顯的作用， 而植物還原過程本質(zhì)是化學(xué)反應(yīng)，并且植物還原反應(yīng)主要就是徑基等有機(jī)團(tuán)的作用，所W， 理論上，磁場(chǎng)對(duì)植物還原反應(yīng)會(huì)有促進(jìn)作用。但是，目前尚無針對(duì)植物還原法聯(lián)合磁場(chǎng)制備 金屬材料，特別是對(duì)制備納米材料的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中植物還原法制備金屬、特別是制備納米金屬材料存在的問題， 本發(fā)明提供了一種植物還原法聯(lián)合磁場(chǎng)制備納米材料及反應(yīng)廢物利用方法。該方法可提高 植物還原法制備納米材料的效率、可操作性和穩(wěn)定性，反應(yīng)廢料可用于發(fā)酵產(chǎn)生沼氣或乙 醇，是綠色環(huán)保環(huán)境友好的制備方法。
[0007]一種植物還原法聯(lián)合磁場(chǎng)制備納米材料及反應(yīng)廢物利用方法，包括如下步驟：
[0008] (1)取粒徑為微米級(jí)的植物粉末與金屬鹽溶液混合，在10~50°c，攬拌速度 100~ISOrmin1的條件下，在磁場(chǎng)強(qiáng)度H為20mT~IT的穩(wěn)恒磁場(chǎng)或交變磁場(chǎng)中反應(yīng)24~ 30h，得到納米金屬產(chǎn)物，然后分離產(chǎn)物和反應(yīng)廢棄物；
[0009] 或者，取粒徑為微米級(jí)的植物粉末與金屬鹽溶液混合，在磁場(chǎng)強(qiáng)度IT<H《12T的穩(wěn)恒磁場(chǎng)中放置10~60min后，在沒有磁場(chǎng)的情況下，在10~50 °C，攬拌速度100~ ISOrmin1的條件下，再反應(yīng)24~30h，得到納米金屬產(chǎn)物，然后分離產(chǎn)物和反應(yīng)廢棄物；
[0010] 其中，所述的金屬鹽為Ag,Au,Pt或Pd的硝酸鹽或者鹽酸鹽；
[0011] 所述的植物粉末與金屬鹽中金屬離子的加入量比例為Ig : (0. 0167-0. 5)mmol ;
[0012] 較好的，所述的金屬鹽溶液濃度為l-5mmol/L ;
[0013] 所述的植物粉末為農(nóng)作物的莖葉等廢棄物；或者，所述的植物粉末為果樹、觀賞樹 或行道樹的樹葉；
[0014] 所述的微米級(jí)植物粉末的粒度范圍為1~999微米；
[0015] 上述反應(yīng)的收率高于90% ;
[0016] (2)將反應(yīng)的廢棄物進(jìn)行發(fā)酵處理，產(chǎn)生的沼氣或乙醇可作為能源，在步驟（1)的 反應(yīng)中使用，為加熱、提供電磁場(chǎng)、攬拌提供能源；發(fā)酵產(chǎn)生的沼液或殘?jiān)勺鳛榉磻?yīng)用植 物生長的肥料養(yǎng)分。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于：
[001引 1、本發(fā)明在植物還原反應(yīng)時(shí)施加一個(gè)磁場(chǎng)，大大提高了植物還原法制備納米材料 的效率、可操作性和穩(wěn)定性，反應(yīng)的收率高于90%。
[0019] 2、通過帶電的反應(yīng)物或產(chǎn)物在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生洛倫茲力促進(jìn)同樣具有鐵磁性、順I(yè) 磁或抗磁特性的Au,Pt,Pd,Ag等金屬離子的植物還原過程，提高反應(yīng)速率和產(chǎn)量W及溶膠 的穩(wěn)定性。
[0020] 3.通過磁場(chǎng)可W控制金屬納米顆粒形貌，制備近球形、線狀、棒狀及片狀納米材 料，而且植物還原過程中特定的植物在反應(yīng)過程中易于形成特定形狀和取向的納米材料， 本方法同時(shí)利用運(yùn)兩種控制有利于進(jìn)一步強(qiáng)化金屬納米顆粒產(chǎn)物的形貌。
[0021] 4、本發(fā)明有效利用了反應(yīng)廢棄物，做到了綠色環(huán)保的納米金屬材料制備方法。
【附圖說明】
[0022] 圖1、實(shí)施例1和對(duì)比例1中反應(yīng)產(chǎn)物吸光度與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系圖；
[0023] 圖2、實(shí)施例4制備納米銀裝置示意圖；
[0024] 其中，1、AgN〇3溶液，2、植物粉末加料口，3、累及預(yù)混容器，4、蛇形反應(yīng)管，5、納米 銀溶膠收取容器； 陽0巧]圖3、圖2裝置示意圖中蛇形反應(yīng)管的局部放大圖； 陽0%] 其中，6、永磁體，并且永磁體可用電磁場(chǎng)替代。
【具體實(shí)施方式】
[0027] W下的反應(yīng)原料均為市購。 陽0測(cè) 實(shí)施例1
[0029] 選用芳精干葉將其進(jìn)行粉碎制成500+50微米的干粉，芳精葉的成分如表1所 示；
[0030] 取0.Ig芳精葉干粉與50mL濃度為1.OmM的硝酸銀溶液混合，反應(yīng)在水浴搖床 上進(jìn)行，反應(yīng)條件為反應(yīng)溫度30°C、轉(zhuǎn)速120rmin1、交變磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度20-30mT，當(dāng)反應(yīng) 24h時(shí)，Ag+還原率為99.Ol%，反應(yīng)13化后，分離產(chǎn)物和殘?jiān)?，得到納米Ag5. 30mg，收率為 99. 06%;銀納米顆粒粒度45-70nm，近球形。
[0031] 反應(yīng)過后的殘液和殘?jiān)蒞用于發(fā)酵制備沼氣和肥料，沼氣可用于發(fā)電和產(chǎn)熱， 為上述反應(yīng)提供能源，肥料用于提高芳精樹作物產(chǎn)量，從而形成高效綠色的循環(huán)工藝。
[0032] 表1芳精葉多徑基化合物含量
[0033]
[0034] 對(duì)比例1
[0035] 選用與實(shí)施例1相同的芳精干葉干粉，取0.Ig芳精葉干粉與50血濃度為1.OmM 的硝酸銀溶液混合，反應(yīng)在水浴搖床上進(jìn)行，反應(yīng)溫度為30°C、轉(zhuǎn)速為120rmin1，當(dāng)反應(yīng) 24h時(shí)的Ag+還原率為54.Ol%，反應(yīng)13化后，分離產(chǎn)物和殘?jiān)玫郊{米Ag3. 60mg，收率為 67. 38%。
[0036] 通過實(shí)施例1和對(duì)比例1反應(yīng)結(jié)果的對(duì)比發(fā)現(xiàn)（結(jié)果如圖1):施加磁場(chǎng)后的反應(yīng) 比對(duì)比例1采用相同原料濃度和用量情況下納米Ag產(chǎn)量提高、飽和時(shí)間縮短；在芳精葉加 入量0.1 g情況下，磁場(chǎng)的作用十分明顯，不僅飽和時(shí)間縮短5倍，即無磁場(chǎng)情況13化后吸 光度結(jié)果才顯示穩(wěn)定飽和，而有磁場(chǎng)反應(yīng)在圖中的23h已經(jīng)穩(wěn)定飽和，反應(yīng)時(shí)間大大縮短， 飽和產(chǎn)量提高了2-3倍，整體效果提高15倍，飽和后的產(chǎn)量提高說明磁場(chǎng)具有促進(jìn)AgN〇3和 植物成分反應(yīng)的作用，其飽和作用是通過提高芳精葉用量無法達(dá)到的，且此過程通過固定 在容器內(nèi)的永磁體提供，不消耗額外的能量，相