基于銀納米粒子的凝膠材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米金屬有機(jī)凝膠復(fù)合材料的生產(chǎn)制備領(lǐng)域，具體地，涉及基于銀納米粒子的凝膠材料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]納米金屬有機(jī)凝膠復(fù)合材料的合成與應(yīng)用是目前凝膠材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。使用原位法合成此類復(fù)合材料無需使用表面活性劑，而納米粒子均勻分布于凝膠網(wǎng)絡(luò)且維持較長(zhǎng)時(shí)間而不聚沉。納米粒子直接嵌入凝膠網(wǎng)絡(luò)使得納米凝膠復(fù)合材料兼具凝膠和納米粒子兩種材料的性質(zhì)，可以顯著優(yōu)化材料的理化性質(zhì)，如光學(xué)性質(zhì)，粘性，熱導(dǎo)性，機(jī)械強(qiáng)度等。因此納米凝膠復(fù)合材料在多元化應(yīng)用中，被認(rèn)為是最具有潛力的材料之一。目前納米凝膠復(fù)合材料在催化、抗菌、熒光、電化學(xué)和磁性等方面有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]銅納米粒子和銀納米粒子作為催化劑一直被人們所關(guān)注，將合成的銅納米粒子和銀納米粒子封裝于凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)催化劑一個(gè)較好的策略。目前文獻(xiàn)報(bào)道納米金屬有機(jī)凝膠復(fù)合材料的合成方法多為預(yù)先合成好納米粒子然后摻入金屬有機(jī)凝膠中。摻入法的缺點(diǎn)是摻入的納米粒子的粒徑、性質(zhì)等是確定的，基本不可變的。使用原位一鍋法形成納米金屬有機(jī)凝膠復(fù)合材料甚少見于文獻(xiàn)。原位法是在形成金屬有機(jī)凝膠過程中通過有機(jī)配體與金屬離子在一定的溶劑條件下自身進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，形成金屬納米粒子。納米粒子的粒徑分布與配體和金屬鹽的用量、溫度、機(jī)械超聲等有一定的關(guān)系，因而可以通過改變?nèi)軇?、配體和金屬離子的量或加熱、超聲和光照等條件調(diào)控納米粒子的大小、性能。因此原位法合成納米金屬有機(jī)凝膠復(fù)合材料已引起了極大的研究興趣。
[0004]對(duì)氨基苯酚是一種重要的化工原料和醫(yī)藥中間體，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、染料、橡膠、農(nóng)藥和感光材料等領(lǐng)域。如合成，撲熱息痛、偶氮染料、防老劑、對(duì)氯苯氧乙酸和造顯影劑等。因此，開發(fā)對(duì)氨基苯酚的綠色合成工藝具有重要的意義，也是近年研究的熱點(diǎn)。
[0005]因此，提供一種生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和，制得的銀納米粒子粒徑分布較窄且均勻嵌入金屬有機(jī)凝膠網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)芳香硝基化合物的還原具有良好的催化效果的基于銀納米粒子的凝膠材料及其制備方法是本發(fā)明亟需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中納米金屬有機(jī)凝膠復(fù)合材料的合成方法多為預(yù)先合成好納米粒子然后摻入金屬有機(jī)凝膠中，使得摻入的納米粒子的粒徑、性質(zhì)等是確定的，基本不可變的問題，從而提供一種生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和，制得的銀納米粒子粒徑分布較窄且均勻嵌入金屬有機(jī)凝膠網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)芳香硝基化合物的還原具有良好的催化效果的基于銀納米粒子的凝膠材料及其制備方法。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于銀納米粒子的凝膠材料的制備方法，其中，所述制備方法包括:在二甲基甲酰胺和水存在的條件下，將2-氨基-5-巰基-1，3，4噻二唑和硝酸銀混合，制得基于銀納米粒子的凝膠材料。
[0008]本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述所述的制備方法制得的基于銀納米粒子的凝膠材料。
[0009]本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述所述的制備方法制得的基于銀納米粒子的凝膠材料或根據(jù)上述所述的基于銀納米粒子的凝膠材料在催化還原芳香族硝基化合物中的應(yīng)用。
[0010]通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明在二甲基甲酰胺和水存在的條件下，將2-氨基-5-巰基-1，3，4噻二唑和硝酸銀混合，從而使得通過上述方法和材料制得的基于銀納米粒子的凝膠材料中銀納米粒子粒徑分布較窄且能夠均勻嵌入金屬有機(jī)凝膠纖維網(wǎng)絡(luò)中，同時(shí)，使得該制得的基于銀納米粒子的凝膠材料在還原芳香硝基化合物時(shí)具有良好的催化效果，大大提高還原產(chǎn)率，降低還原時(shí)間。
[0011 ]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0012]附圖是用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的【具體實(shí)施方式】一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0013]圖1A是實(shí)施例1中制得的基于銀納米粒子的凝膠材料的外形圖；
[0014]圖1B是實(shí)施例1-實(shí)施例12中制得的基于銀納米粒子的凝膠材料的紫外可見吸收光譜圖；
[0015]圖2A是實(shí)施例1中制得的Al的SEM圖；
[0016]圖2B是實(shí)施例1中制得的Al的TEM圖；
[0017]圖2C為實(shí)施例5、實(shí)施例10、實(shí)施例14和實(shí)施例17的XRD圖；
[0018]圖3是A2、A4、A6、A8、A10、A12、A13和A15-A17作為催化劑的反應(yīng)時(shí)間與對(duì)硝基苯酚的濃度關(guān)系；
[0019]圖4A是應(yīng)用例10中催化時(shí)間與紫外可見光吸收光譜的變化曲線圖；
[0020]圖4B是應(yīng)用例10的催化動(dòng)力學(xué)模型圖；
[0021]圖5A是應(yīng)用例10中催化時(shí)間與對(duì)硝基苯酚的含量的變化曲線圖；
[0022]圖5B是應(yīng)用例10中催化時(shí)間與間硝基酚的含量的變化曲線圖；
[0023]圖5C是應(yīng)用例10中催化時(shí)間與5-硝基-8-輕基喹啉的含量的變化曲線圖；
[0024]圖是應(yīng)用例10中催化時(shí)間與2，4_二硝基苯酚的含量的變化曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實(shí)施方式】?jī)H用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0026]本發(fā)明提供了基于銀納米粒子的凝膠材料的制備方法，其中，所述制備方法包括:在二甲基甲酰胺和水存在的條件下，將2-氨基-5-巰基-1，3，4噻二唑和硝酸銀混合，制得基于銀納米粒子的凝膠材料。
[0027]上述設(shè)計(jì)通過在二甲基甲酰胺和水存在的條件下，將2-氨基-5-巰基-1，3，4噻二唑和硝酸銀混合，從而使得通過上述方法和材料制得的基于銀納米粒子的凝膠材料中銀納米粒子粒徑分布較窄且能夠均勻嵌入金屬有機(jī)凝膠纖維網(wǎng)絡(luò)中，同時(shí)，使得該制得的基于銀納米粒子的凝膠材料在還原芳香硝基化合物時(shí)具有良好的催化效果，大大提高還原產(chǎn)率，降低還原時(shí)間。
[0028]當(dāng)然，這里的混合過程可以為一次性混合，但是，在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，為了使制得的基于銀納米粒子的凝膠材料產(chǎn)率更高，且制備速率更快，所述制備方法包括:
[0029]I)將二甲基甲酰胺和2-氨基-5-巰基-1，3，4噻二唑混合，制得混合物Ml;
[0030]2)將水和硝酸銀混合，制得混合物M2;
[0031]3)將混合物Ml和混合物M2混合，制得基于銀納米粒子的凝膠材料。
[0032]當(dāng)然，步驟I)中所述二甲基甲酰胺和所述2-氨基-5-巰基-1，3，4噻二唑的用量可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，例如，在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，為了在節(jié)省成本的前提下盡可能提高產(chǎn)率，步驟I)中，相對(duì)于IL的所述二甲基甲酰胺，所述2-氨基-5-巰基-1，3，4噻二唑的用量為0.01-0.2mol。
[0033]同樣地，在本發(fā)明的另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟2)中，相對(duì)于IL的所述水，所述硝酸銀的用量為0.l-2mmol。
[0034]步驟3)中混合物Ml和混合物M2的用量可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，例如，在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟3)中，相對(duì)于I體積份的所述混合物Ml，所述混合物M2的用量為0.1-2.0體積份。
[0035]為了使制得的凝膠材料純度更高，在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述制備方法還可以包括將制得的基于銀納米粒子的凝膠材料干燥至恒重，制得干燥后的基于銀納米粒子的凝膠材料。
[0036]所述干燥過程可以按照本領(lǐng)域常規(guī)方式進(jìn)行操作，例如，可以為風(fēng)干或者烘干，在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述干燥過程可以為烘干，所述干燥過程的干燥溫度為70-90。。。
[0037]本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述所述的制備方法制得的基于銀納米粒子的凝膠材料。
[0038]本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述所述的制備方法制得的基于銀納米粒子的凝膠材料或根據(jù)上述所述的基于銀納米粒子的凝膠材料在催化還原芳香族硝基化合物中的應(yīng)用。
[0039]在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述應(yīng)用方法包括:在水存在的條件下，將基于銀納米粒子的凝膠材料、芳香族硝基化合物和硼氫化鈉混合。更為優(yōu)選的實(shí)施方式中，相對(duì)于ImL的所述水，所述基于銀納米粒子的凝膠材料的用量為10-200mg/L，所述芳香族硝基化合物的用量為I X 10—4mol/L-6 X 10—4mo I/L，所述硼氫化鈉的用量I X 10—Vo I/L-10 X 10—Vol/L。當(dāng)然，這里的凝膠材料、芳香族硝基化合物和硼氫化鈉可以為溶液狀態(tài)，濃度可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，在此不多作贅述。
[0040]以下將通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。以下實(shí)施例中，所述二甲基甲酰胺、所述2-氨基-5-巰基-1，3，4噻二唑、所述硝酸銀、所述對(duì)硝基苯胺、所述間硝基酚、所述5-硝基_8_輕基陸琳和所述2，4_ 二硝基苯酸為常規(guī)市售品。
[0041 ] 實(shí)施例1
[0042]I)將1mL二甲基甲酰胺和0.00Imol的2_氨基_5_巰基-1，3，4噻二唑混合，制得混合物Ml ；
[0043]2)將IL水和0.1mmol硝酸銀混合，制得混合物M2 ；
[0044]3)將ImL混合物Ml和ImL混合物M2混合后靜置5min后置于80 °C烘箱烘干至恒重，制得基于銀納米粒子的凝膠材料Al。(制得的凝膠材料如圖1A所示，其紫外可見吸收光譜圖如圖1B所示;檢測(cè)的SEM圖如圖2A所示，檢測(cè)的TEM圖如圖2B所示，通過圖2A和圖2B可以看出，制得的凝膠材料中含有銀納米粒子且粒徑為20nm)
[0045]實(shí)施例2
[0046]按照實(shí)