一种低温下制备纳米铜微球的方法技术

本发明专利技术公开了一种低温下制备纳米铜微球的方法，其特征是：将4～8.5重量份五水硫酸铜溶于55～100重量份的水中，加入3～8重量份无水乙醇混合后于‑9℃～15℃保温1～3h，得到溶液A；将50～100重量份水与3～8重量份无水乙醇，于‑9℃～15℃保温1～3h后加入3～12.5重量份抗坏血酸钠，搅拌溶解，得到溶液B；将溶液B倒入溶液A中，搅拌反应2.5～5h，离心分离，固体物用去离子水洗涤后干燥，制得纳米铜微球。采用本发明专利技术，反应过程中不产生废气、废渣，环境友好；制备的纳米铜微球平均粒径为1.5微米～2微米，可用于相变材料、防污油漆、催化降解染料、生物材料中。

A method for preparing nano copper microspheres at low temperature

The invention discloses a method for preparing nanometer copper microspheres at low temperature, which is characterized by dissolving 4-8.5 parts of copper sulfate pentahydrate in 55-100 parts of water, adding 3-8 parts of anhydrous ethanol to mix, and holding for 1-3 hours at 9 15, and obtaining solution A by mixing 50-100 parts of water with 3-8 parts of anhydrous ethanol. Nano-copper microspheres were prepared by adding 3-12.5 parts of sodium ascorbate into solution B after holding for 1-3 hours at 9 C-15 C and stirring for 2.5-5 hours. The nanometer copper microspheres have an average diameter of 1.5 to 2 microns and can be used in phase change materials, antifouling paints, catalytic degradation dyes and biological materials.

【技术实现步骤摘要】
一种低温下制备纳米铜微球的方法
本专利技术属于铜的制备，涉及一种低温下制备纳米铜微球的方法。本专利技术制备的纳米粒子铜微球适用于相变材料、防污油漆、催化降解染料(例如：刚果红、亚甲基蓝等)、生物材料(例如：农药、细胞毒理研究等)等中。
技术介绍
尺寸在1-100nm之间的材料被称为纳米材料。由于纳米材料具有小尺寸效应、表面界面效应、量子尺度效应、量子隧道效应等特点，使其比普通材料有更优异的性能，在催化、传导、力学等领域有极大的应用价值。随着世界各国对环境保护的日益重视，绿色高效地合成纳米粒子变得更加重要。现有技术中，制备纳米铜粒子(粉)的方法主要有热分解法、机械化学法、电子束辐照法、溶胶-凝胶法、电化学法、液相化学还原法等。其中，液相还原法制备纳米铜粉有诸多的优点，包括设备简单、工艺流程短、投资小、产量大、成本低、易工业化生产等。液相还原法中常采用的还原剂有葡萄糖、抗坏血酸钠、油酸、硼氢化钾、水合肼等。以抗坏血酸钠为还原剂时，还需加入表面活性剂、以控制纳米铜的生长来获得球形纳米铜，并且需30℃以上的反应温度；表面活性剂的加入，一是会影响还原效率、增加操作步骤和生产成本；二是部分表面活性剂只溶于有机溶剂，后处理过程中需要把表面活性剂洗去，既增加了操作步骤也对环境不友好；三是采用溶于水的表面活性剂，后处理过程中洗出来的废液也对环境不友好的。以抗坏血酸钠为还原剂时，不加入表面活性剂，铜的形貌得不到控制，会生成形状不一、尺寸分布较宽的粒子,限制了铜粒子的性能和使用。目前，尚未见在温度15℃以下、不加表面活性剂还原制备纳米铜微球的文献报道。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种低温下制备纳米铜微球的方法。采用本专利技术，提供一种在低温下、不用表面活性剂、简便地制备纳米铜微球的方法。本专利技术的内容是：一种低温下制备纳米铜微球的方法，其特征是步骤为：a、将4～8.5重量份五水硫酸铜(化学式：CuSO4·5H2O，或称：五水合硫酸铜)溶于55～100重量份的去离子水中，于0℃～15℃的温度下保温1～3h，得到溶液A；b、将50～100重量份去离子水于0℃～15℃的温度下保温1～3h后加入2～12.5重量份抗坏血酸钠，搅拌至抗坏血酸钠(全部)溶解，得到溶液B；c、将溶液B(一次性)倾倒入溶液A中，在0℃～15℃的温度下，搅拌反应2.5～5h，离心分离，液体弃去，固体物用去离子水洗涤后再置于10℃～25℃的真空(真空度为0.08MPa～0.098MPa)干燥箱中干燥1.5～3h，即制得平均粒径为1.5～2微米的纳米铜微球；这些纳米铜微球由平均粒径为12～50纳米的铜纳米粒子堆积构成。本专利技术的内容中：步骤b所述搅拌较好的是搅拌装置以25～405转/每分钟的转速搅拌。本专利技术的内容中：步骤c所述搅拌较好的是搅拌装置以25～425转/每分钟的转速搅拌。本专利技术的另一内容是：一种低温下制备纳米铜微球的方法，其特征是步骤为：a、将4～8.5重量份五水硫酸铜(化学式：CuSO4·5H2O，或称：五水合硫酸铜)溶于55～100重量份的去离子水中，加入3～8重量份无水乙醇(用于降低冰点、防止溶液冻住成冰)混合后再于-9℃～15℃的温度下保温1～3h，得到溶液A；b、将50～100重量份去离子水与3～8重量份无水乙醇(用于降低冰点、防止溶液冻住成冰)，于-9℃～15℃的温度下保温1～3h后加入3～12.5重量份抗坏血酸钠，搅拌至抗坏血酸钠(全部)溶解，得到溶液B；c、将溶液B(一次性)倾倒入溶液A中，在-9℃～15℃的温度下，搅拌反应2.5～5h，离心分离，液体弃去，固体物用去离子水洗涤后再置于10℃～25℃的真空(真空度为0.08MPa～0.098MPa)干燥箱中干燥1.5～3h，即制得平均粒径为1.5～2微米的纳米铜微球；这些纳米铜微球由平均粒径为12～50纳米的铜纳米粒子堆积构成。本专利技术的另一内容中：步骤a、步骤b和步骤c中所述-9℃～15℃的温度下较好的为-9℃～0℃的温度下。本专利技术的另一内容中：步骤b所述搅拌较好的是搅拌装置以25～405转/每分钟的转速搅拌。本专利技术的另一内容中：步骤c所述搅拌较好的是搅拌装置以25～425转/每分钟的转速搅拌。与现有技术相比，本专利技术具有下列特点和有益效果：(1)采用本专利技术，抗坏血酸钠的抗氧化特性使其在制备纳米铜粒子(或称铜纳米粒子)的过程中能够有效抑制铜进一步氧化，本身还具有无毒环保的优势；抗坏血酸钠分子结构中具有二烯醇结构和内酯环，且有二个手性碳原子，使抗坏血酸钠性质极为活泼，分子中二烯醇基具极强的还原性，易被氧化，因此可以提供电子将二价铜被还原成铜；化学反应方程式为：Cu2++C6H7O6-→Cu+H++C6H6O6(2)采用本专利技术，在15℃以下的温度条件下反应，不仅能生成纳米铜微球(球形微纳米铜粒子)，而且生成的纳米铜微球大小均匀，制备的纳米铜微球的平均粒径为1.5微米～2微米，堆积构成纳米铜微球的铜纳米粒子的平均粒径为12～50纳米，并有较高比表面积(比表面积为160-240m2/g)；(3)采用本专利技术，反应过程中不添加任何表面活性剂，反应过程中不会产生废气、废渣等，环境友好，绿色安全，成本低，收率高达95％以上；节约的制备成本30％以上；(4)本专利技术制备的纳米铜微球性能良好，可以广泛用于相变材料、防污油漆、催化降解染料(例如：刚果红、亚甲基蓝等)、生物材料(例如：农药、细胞毒理研究等)等；(5)本专利技术产品制备工艺简单，工序简便，容易操作，反应过程易控制，环境友好，实用性强。附图说明图1是本专利技术实施例3制备的纳米铜(即铜纳米粒子)的X射线衍射图；该图说明：本专利技术实施例制备出的粒子都是铜；图2是本专利技术实施例3制备的纳米铜的扫描电镜照片；该图说明：本专利技术实施例制备的铜为球形，处于微米级别，且铜球表面粗糙，有许多小颗粒；图3是本专利技术实施例3制备的纳米铜的透射电镜照片；该图说明：本专利技术实施例制备出微米级铜球是由纳米级别的铜粒子构成的，且纳米级粒子的尺寸在20纳米。具体实施方式下面给出的实施例拟对本专利技术作进一步说明，但不能理解为是对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本专利技术的内容对本专利技术作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本专利技术的保护范围。实施例1：一种低温下制备纳米铜微球的方法，步骤为：a、将4.6875gCuSO4·5H2O溶于55ml的去离子水中，并置于温度0℃下保温3h，得到溶液A；b、将50ml去离子水于温度0℃下保温3h后加入6.425g抗坏血酸钠，以125转/每分钟搅拌直至全部溶解，得到溶液B；c、将溶液B一次性倾倒入溶液A中，于温度0℃下，以300转/每分钟搅拌3h，离心分离，液体弃去，固体物用去离子水洗涤后再置于20℃的真空干燥箱中干燥1.5h，制得平均粒径为1.5微米的纳米铜微球，该纳米铜微球由平均粒径为12纳米的铜纳米粒子堆积构成。实施例2：一种低温下制备纳米铜微球的方法，步骤为：a、将3.6875gCuSO4·5H2O溶于55g的去离子水中，并置于温度5℃下保温2h，得到溶液A；b、将60g去离子水于温度5℃下保温2h后加入5.405g抗坏血酸钠，以125转/每分钟搅拌直至全部溶解，得到溶液B；c、将溶液B一次性倾倒入溶液A中，于温度5℃下，以30本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温下制备纳米铜微球的方法，其特征是步骤为：a、将4～8.5重量份五水硫酸铜溶于55～100重量份的去离子水中，于0℃～15℃的温度下保温1～3h，得到溶液A；b、将50～100重量份去离子水于0℃～15℃的温度下保温1～3h后加入3～12.5重量份抗坏血酸钠，搅拌至抗坏血酸钠溶解，得到溶液B；c、将溶液B倾倒入溶液A中，在0℃～15℃的温度下，搅拌反应2.5～5h，离心分离，固体物用去离子水洗涤后再置于10℃～25℃的真空干燥箱中干燥1.5～3h，即制得平均粒径为1.5～2微米的纳米铜微球。

【技术特征摘要】
1.一种低温下制备纳米铜微球的方法，其特征是步骤为：a、将4～8.5重量份五水硫酸铜溶于55～100重量份的去离子水中，于0℃～15℃的温度下保温1～3h，得到溶液A；b、将50～100重量份去离子水于0℃～15℃的温度下保温1～3h后加入3～12.5重量份抗坏血酸钠，搅拌至抗坏血酸钠溶解，得到溶液B；c、将溶液B倾倒入溶液A中，在0℃～15℃的温度下，搅拌反应2.5～5h，离心分离，固体物用去离子水洗涤后再置于10℃～25℃的真空干燥箱中干燥1.5～3h，即制得平均粒径为1.5～2微米的纳米铜微球。2.按权利要求1所述低温下制备纳米铜微球的方法，其特征是：步骤b所述搅拌是搅拌装置以25～405转/每分钟的转速搅拌。3.按权利要求1或2所述低温下制备纳米铜微球的方法，其特征是：步骤c所述搅拌是搅拌装置以25～425转/每分钟的转速搅拌。4.一种低温下制备纳米铜微球的方法，其特征是步骤为：a、将4～8.5重量份五水硫酸铜溶于55～100重量份的去离子水中，加入3～8重量份无水乙醇混合后再于-9...

【专利技术属性】
技术研发人员：严云，张敬珍，胡志华，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51