一种利用液体隔膜放电等离子体制备Ag纳米颗粒的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用液体隔膜放电等离子体制备Ag纳米颗粒的方法，属于纳米材料制备技术领域。本发明专利技术以高压直流电源提供电能，银片为阳极，不锈钢为阴极，阴阳极通过石英玻璃板隔开，且在石英玻璃隔板底部开一个小孔，便于阴阳极溶液的导通，电解液为Na2SO4。当直流电源提供足够高电压时，小孔两边发出辉光，产生HO∙、H∙、O∙、HO2∙和H2O2活性粒子，阳极银片逐渐损耗，溶液中产生Ag纳米颗粒。与其他方法相比，液体隔膜放电等离子体制备Ag纳米颗粒具有设备简单、反应可控、条件温和、绿色环保等优点。通过改变相关参数，可以制得不同粒径的Ag纳米颗粒，是一种环境友好的绿色制备新技术。

A method for preparing Ag nanoparticles by liquid membrane discharge plasma

The invention provides a method for preparing Ag nanoparticles by using liquid diaphragm discharge plasma, and belongs to the field of nanometer material preparation technology. The invention provides electric energy with high voltage DC power supply, silver plate is anode, stainless steel is cathode, Yin Yang pole is separated through quartz glass plate, and a small hole is opened at the bottom of quartz glass baffle plate, which facilitates the conduction of yin and Yang polar solution, and the electrolyte is Na2SO4. When the DC power supply provides enough high voltage, the holes glow on both sides of the hole, producing HO, H, O, HO2 and H2O2 active particles. The anode silver film is gradually lost, and the Ag nanoparticles are produced in the solution. Compared with other methods, the preparation of Ag nanoparticles by liquid discharge plasma has the advantages of simple equipment, controllable reaction, mild conditions, and environmental protection. By changing the relevant parameters, Ag nanoparticles with different particle sizes can be prepared. It is an environmentally friendly green preparation technology.

【技术实现步骤摘要】
一种利用液体隔膜放电等离子体制备Ag纳米颗粒的方法
本专利技术属于纳米材料制备
，涉及一种利用液体隔膜放电等离子体直接由金属银片制备纳米Ag粒子的方法。
技术介绍
纳米银粒子由于具有量子尺寸效应、量子表面效应和宏观量子隧道效应等而展现出许多特异性质和功能，在发光与显示装置、照相制版、抗菌材料、高效催化剂、表面增强拉曼光谱、高性能电极材料等领域具有广阔的应用前景。银纳米粒子的物理和化学性能的优劣与其尺寸和形貌密切相关，因此合成一系列具有不同形状的银纳米粒子对其应用起关键作用，同时也是纳米材料研究的热点。目前，银纳米粒子的制备方法主要有：还原法、溶胶-凝胶法、微乳法、沉淀法、醇解法等。其中，还原法制备银纳米颗粒是一种相对简单且有效的方法，其一般将金属银经酸溶等步骤制得银盐，再经还原剂如乙二胺四乙酸盐、柠檬酸三钠、乙二醇、硼氢化钠等还原制备银(银→银盐→银纳米粒子)，而且，制备银纳米粒子的方法中一般需加入稳定剂(PVP)以控制生成的微粒大小在纳米数量级。上述过程不仅繁琐，且产生废液、废气，污染环境，增加成本，生成的粒子极易发生团聚，形貌不规则，粒径分布广。随着人们对环境保护意识的提高，研究方法简便、形貌可控、低能耗、低污染的Ag纳米微粒的绿色化学制备方法越来越引起重视。近年来，新发展出一种电化学合成纳米粒子的方法，如Braun等(Nature，1998，391:775-778)利用DNA模板电化学法合成了银纳米线；Yu等(J.Phys.Chem.B，1997，101(34):6661-6664)用电化学合成了银纳米棒；Zhu等(Langmuir，2000，16(16):6396-6399)合成了棒状的纳米银；Zhou等(Adv.Mater.，1999，11(10):850-852)和廖学红等(高等学校化学学报，2000，21(12):1837-1839)合成了树枝状纳米银。由于电化学法具有快速、简单、无污染等优点，因而成为合成纳米材料的一种高效手段。然而电化学方法一般用AgNO3溶液为Ag纳米粒子的前驱体源。液体放电，又称水下放电或液下放电，是一种新型的产生非平衡低温等离子体的电化学方法。普通电解过程中，如果将阴阳极用隔板隔开，在隔板上开一个小孔，将阴阳极分别插入隔板两边的溶液中，并施加数百伏直流电压后，小孔内液态水被击穿，产生紫外光、冲击波、辐射以及高活性粒子如HO∙，H∙，O∙，HO2∙和H2O2，这些活性粒子可引发许多溶液化学反应，如有机废水的降解(环境科学学报，2006，26(11):1799-1803)、制备高性能聚合物(ColloidPolymSci，2016，294:1585-1598)、材料表面修饰(EurPhysJD，2009，54:249-258)等。然而，用液体隔膜放电等离子体技术制备银纳米颗粒的研究国内外还未见文献报道。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有纳米Ag制备过程复杂、条件苛刻等缺陷，提供一种方便、快捷合成纳米Ag的新方法——采用牺牲阳极的液体放电等离子体法直接从金属银片制备Ag纳米粒子的方法。本专利技术采用的技术方案是：一种利用液体隔膜放电等离子体制备Ag纳米颗粒的方法，以高压直流电源提供电能，银片为阳极，不锈钢为阴极，阴阳极通过石英玻璃隔板隔开，且在石英玻璃隔板底部开一个小孔，便于溶液的连通，电解液为Na2SO4，在不断搅拌下，利用牺牲阳极的液体隔膜放电等离子体制备Ag纳米颗粒，不同电压数值范围制备的Ag纳米颗粒形貌不同。液体隔膜放电装置包括：反应容器由石英隔板隔开为两部分，石英隔板上开一个小孔，反应容器内装硫酸钠电解液；小孔使电解液隔开的两部分相通，一部分电解液中放置阳极银片、另一部分电解液中放置阴极不锈钢片，小孔正对阳极银片的中心位置；隔开的两部分均放有搅拌子，反应容器上有密封盖，密封盖上有气体排出口，隔开的两部分产生的气体从气体排出口排出，阳极银片、阴极不锈钢片分别通过导电线连接高压直流电源正负极；反应容器外部设有水套，水套设进水口和出水口，水套内不断进、出冷却水；操作过程：利用液体隔膜放电装置，调节高压直流电源电压，持续放电一定时间；放电过程中，阳极银片不断消耗，溶液由无色→灰色→黑色转变；放电结束后，将黑色浊液超声，然后高速离心分离，产物用蒸馏水洗涤以除去电解质，再用无水乙醇洗涤，真空干燥至恒重，研磨，即得黑色Ag纳米颗粒。所述高压直流电源为直流稳压稳流电源，电压范围0~1000V，电流范围0~1A，正常工作放电时，电压为600~900V，电流为150~250mA。所述小孔的孔径为0.3~1.0mm，小孔距离反应容器底部的距离为1.0~2.0cm。阳极银片和阴极不锈钢片由以下工艺进行处理：用水砂纸打磨、抛光后先在丙酮中浸泡10min，再分别在乙醇和去离子水中超声洗涤10min，以除去表面的油脂。所述硫酸钠电解液的浓度为1~3g/L。所述阳极银片与小孔间的水平距离为0.5~1.5cm，阳极银片、阴极不锈钢片插入电解液的深度为1.0~3.0cm。操作过程中以80~150r/min的速度对电解液进行持续搅拌，反应容器通入冷却水，并保持温度10~40℃，通电持续时间0.5~2.0h。高速离心分离的转速为10000~15000r/min，真空干燥温度为40~60℃。本专利技术的有益效果是：省略了加入银盐制备过程并加入其他稳定剂的步骤，简化了工艺。和其他方法相比，该法具有设备简单、操作容易、成本低廉、条件温和(室温，无需其他气体保护）、反应可控(改变参数如电解液浓度、电压的大小、放电时间等)、绿色环保（不加入其他化学试剂，不产生副产物）等优点。可以获得不同结构、不同粒径的Ag纳米颗粒。本专利技术制备的Ag纳米颗粒杂质少，纯度高，结晶度好，颗粒均匀，在抗菌材料、高效催化剂、高性能电极材料等领域具有广阔的应用前景。本专利技术所用的化学试剂种类少，用量低，无二次污染，是一种环境友好的绿色制备技术；产物纯度高，便于分离，可进行工业化生产。附图说明图1是本专利技术的液体隔膜放电装置示意图；图中1-反应容器、2-阳极银片、3-阴极不锈钢片、4-石英隔板、5-小孔、6-硫酸钠电解液、7-搅拌子、8-进水口、9-出水口、10-出气口、11-高压直流电源；图2为本专利技术液体隔膜放电的电流-电压曲线；图3为本专利技术制备的Ag纳米颗粒的XRD谱；图4为本专利技术在不同条件下制备的Ag纳米颗粒的SEM形貌（a、1.5g/L的硫酸钠溶液，90r/min，850V，200mA，放电2.5h；b、2.0g/L的硫酸钠溶液，120r/min搅拌，800V，180mA，放电2.0h；c、2.0g/L的硫酸钠溶液，120r/min搅拌，750V，150mA，放电2.5h；d、2.5g/L的硫酸钠，150r/min搅拌，700V，170mA，放电1.5h）；图5是图4-b条件下Ag纳米颗粒的EDS谱；图6是图4-b条件下Ag纳米颗粒的TEM形貌(a)和选区电子衍射图案(b)；图7是图4-b条件下Ag纳米颗粒的粒径分布图。具体实施方式利用液体隔膜放电等离子体制备Ag纳米颗粒的方法：一、Ag纳米粒子的制备本专利技术制备Ag纳米颗粒的方法，以不锈钢片为阴极，银片为阳极，利用液体隔膜放电等离子体辐射阳极银片，并通过牺牲阳极的银片制得Ag纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用液体隔膜放电等离子体制备Ag纳米颗粒的方法，其特征是：以高压直流电源提供电能，银片为阳极，不锈钢为阴极，阴阳极通过石英玻璃隔板隔开，且在石英玻璃隔板底部开一个小孔，便于溶液的连通，电解液为Na2SO4，在不断搅拌下，利用牺牲阳极的液体隔膜放电等离子体制备Ag纳米颗粒，不同电压数值范围制备的Ag纳米颗粒形貌不同。

【技术特征摘要】
1.一种利用液体隔膜放电等离子体制备Ag纳米颗粒的方法，其特征是：以高压直流电源提供电能，银片为阳极，不锈钢为阴极，阴阳极通过石英玻璃隔板隔开，且在石英玻璃隔板底部开一个小孔，便于溶液的连通，电解液为Na2SO4，在不断搅拌下，利用牺牲阳极的液体隔膜放电等离子体制备Ag纳米颗粒，不同电压数值范围制备的Ag纳米颗粒形貌不同。2.根据权利要求1所述的利用液体隔膜放电等离子体制备Ag纳米颗粒的方法，其特征是：液体隔膜放电装置包括：反应容器（1）由石英隔板（4）隔开为两部分，石英隔板（4）上开一个小孔（5），反应容器（1）内装硫酸钠电解液；小孔（5）使电解液隔开的两部分相通，一部分电解液中放置阳极银片（2）、另一部分电解液中放置阴极不锈钢片（3），小孔（5）正对阳极银片（2）的中心位置；隔开的两部分均放有搅拌子（7），反应容器（1）上有密封盖，密封盖上有气体排出口（10），隔开的两部分产生的气体从气体排出口（10）排出，阳极银片（2）、阴极不锈钢片（3）分别通过导电线连接高压直流电源（11）正负极；反应容器（1）外部设有水套，水套设进水口（8）和出水口（9），水套内不断进、出冷却水；操作过程：利用液体隔膜放电装置，调节高压直流电源电压，持续放电一定时间；放电过程中，阳极银片不断消耗，溶液由无色→灰色→黑色转变；放电结束后，将黑色浊液超声，然后高速离心分离，产物用蒸馏水洗涤以除去电解质，再用无水乙醇洗涤，真空干燥至恒重，研磨，即得黑色Ag纳米颗粒。3.根据权利要求2所述的利用液体隔膜放电等离子体制备A...

【专利技术属性】
技术研发人员：马得莉，王学虎，陆泉芳，俞洁，杨坤，
申请(专利权)人：白银有色集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：甘肃,62