一种电子还原制备纳米金属水凝胶复合材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种电子还原制备纳米金属水凝胶复合材料的方法，包括以下步骤：⑴将水凝胶前体和分散剂加入水中，得到悬浊液；⑵在悬浊液中加入金属盐或者加入金属和王水的反应产物，搅拌，直至得到澄清溶液；⑶将澄清溶液冷却至室温，得到水凝胶；⑷将水凝胶置于放电仓内，放电仓内放电，一段时间后得到纳米金属水凝胶复合材料成品。本发明专利技术通过高能电子轰击水凝胶中的金属离子，使金属离子被增加的电子还原为金属单质，形成的电场中含有大量电子，电子附着在金属纳米颗粒上使其互相排斥，可有效地阻止金属颗粒聚集再长大，从而形成均匀分散的纳米金属水凝胶复合材料。

A Method of Preparing Nano-metal Hydrogel Composites by Electron Reduction

The invention relates to a method for preparing nano-metal hydrogel composites by electronic reduction, which comprises the following steps: (1) adding hydrogel precursors and dispersants into water to obtain suspension; (2) adding metal salts or reaction products of metal and aqua regia into suspension, stirring until a clarifying solution is obtained; (3) cooling the clarifying solution to room temperature to obtain hydrogel; (4) adding water to the suspension to obtain a clarifying solution. The gel is placed in the discharge chamber and discharged in the discharge chamber. After a period of time, the nano metal hydrogel composite product is obtained. By bombarding metal ions in hydrogels with high energy electrons, the metal ions are reduced to metal elements by increasing electrons, and a large number of electrons are contained in the electric field formed. Electrons are attached to metal nanoparticles to make them repel each other, which can effectively prevent metal particles from aggregating and growing again, thus forming uniformly dispersed nano-metal hydrogel composites.

【技术实现步骤摘要】
一种电子还原制备纳米金属水凝胶复合材料的方法
本专利技术属于纳米材料制备
，尤其是涉及一种一种电子还原制备纳米金属水凝胶复合材料的方法。
技术介绍
纳米金属粒子因在光、电、热、超导等方面具有特殊性能，在催化、光电器件等领域引起广泛的关注。但纳米金属粒子是亚稳状态的功能性纳米粒子，易发生团聚，形态难于控制，易氧化，而将纳米金属粒子通过一定方式负载到水凝胶上所制备的纳米金属水凝胶复合材料，不仅可以有效避免纳米金属粒子易团聚，易氧化的的缺点，而且能赋予纳米金属环境刺激相应性能，比如光热转化功能等。纳米金属水凝胶复合材料的主体是水凝胶，其中掺杂了金属分散剂和金属纳米颗粒，可以应用在溶液浓缩、海水淡化、污水净化等方面，比如：以水凝胶为纳米金属的载体，能通过水凝胶将水不断从污水中输送到负载有纳米金属颗粒的水凝胶部分，进行污水净化，而且可以循环回收利用具有光热转化功能的水凝胶复合材料。纳米金属水凝胶复合材料性能与纳米金属颗粒的大小、尺寸分布、体积分数、形状、材料密切相关，故可以通过调节纳米颗粒的性质来达到改善材料性能的目的。目前制备纳米金属水凝胶复合材料的方法有共混聚合法、原位还原法、模版-吸附法、辐射法等制备方法，这些方法有各自的局限性：1.共混聚合法制备的材料纳米金属容易产生团聚，结构增强效果不明显；2.原位还原法操作复杂，步骤繁多；3.模版-吸附法需要引入合适的模板；4.辐照法则需要长时间的紫外光照射，时间较长。前三种方法需要引入化学还原剂。经过检索，专利CN107375993A公开了利用紫外光照射前驱体的方法得到金属水凝胶复合材料的方法，紫外光照射需要8h以上，而且还要求期间进行震荡，制备方法相对复杂。专利CN101921443A公开了一种先用水凝胶吸附金属离子原位还原的方法，该专利中水凝胶制备时间相对较长，而且需要特定环境保护，水凝胶吸收金属离子和原位还原时还需要酸碱物质调节。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供通过高能电子轰击水凝胶中的金属离子、使金属离子增加电子还原为金属单质，利用金属表面形成的电子壳层使金属粒子之间保持一定斥力来防止团聚的一种电子还原制备纳米金属水凝胶复合材料的方法。本专利技术所采用的具体技术方案如下：一种电子还原制备纳米金属水凝胶复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：⑴将水凝胶前体和分散剂加入水中，得到悬浊液；⑵在悬浊液中加入金属盐或者加入金属和王水的反应产物，搅拌，直至得到澄清溶液；⑶将澄清溶液冷却至室温，得到水凝胶；⑷将水凝胶置于放电仓内，放电仓内放电，一段时间后得到纳米金属水凝胶复合材料成品。再有，步骤⑴所述水凝胶前体为琼脂糖、壳聚糖、胶原、明胶、聚乙二醇或聚丙烯酸中的任意一种。再有，步骤⑴所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯醇或淀粉中的任意一种。再有，步骤⑴所述金属盐为盐酸盐、硝酸盐或硫酸盐中的任意一种。再有，步骤⑴所述金属和王水的反应产物为氯金酸或氯铂酸中的任意一种。再有，步骤⑵所述搅拌的同时进行加热，加热温度为90～99摄氏度。再有，步骤⑷所述放电仓放电前通入气体。再有，所述气体为氩气、氮气、氧气、空气或氢气中的任意一种。再有，步骤⑷所述放电的电压为400～3000伏。再有，步骤⑷所述一段时间为3～10分钟。本专利技术的优点和有益效果是：1.本方法能快速有效的制备纳米金属水凝胶复合材料，可在室温下进行，且操作简便，步骤简单，直接由原料一步法制得，与现有技术的其他方法相比，将处理时间从几个小时以上缩短为仅10分钟以内，效率更高。2.本方法在处理过程中未引入其他化学试剂，不需高温加热，与前述其他方法相比，实验过程中在资源和能源消耗上均较低，环境友好。3.本专利技术通过高能电子轰击水凝胶中的金属离子，使金属离子被增加的电子还原为金属单质，形成的电场中含有大量电子，电子附着在金属纳米颗粒上使其互相排斥，可有效地阻止金属颗粒聚集再长大，从而形成均匀分散的纳米金属水凝胶复合材料。附图说明图1是右侧是实例1中掺杂PSS并负载纳米银的水凝胶样品图，左侧是不含纳米银的水凝胶样品图；；图2是是实例1中水凝胶的扫描电镜照片；图3是实例1中复合水凝胶材料的透射电镜照片；图4是是实例1中净化SiO2胶体和普通黑墨水前后对比图。具体实施方式本专利技术通过以下实施例进一步详述，但本实施例所叙述的
技术实现思路
是说明性的，而不是限定性的，不应依此来局限本专利技术的保护范围。一种电子还原制备纳米金属水凝胶复合材料的方法，本专利技术的创新在于：包括以下步骤：⑴将水凝胶前体和分散剂加入水中，得到悬浊液；⑵在悬浊液中加入金属盐或者加入金属和王水的反应产物，搅拌，直至得到澄清溶液；⑶将澄清溶液冷却至室温，得到水凝胶；⑷将水凝胶置于放电仓内，放电仓内放电，一段时间后得到纳米金属水凝胶复合材料成品。其中，步骤⑴所述水凝胶前体为琼脂糖、壳聚糖、胶原、明胶、聚乙二醇或聚丙烯酸中的任意一种。步骤⑴所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯醇或淀粉中的任意一种。步骤⑴所述水凝胶前体和水的比例为0.02～0.4：1，分散剂和水的比例为0.0176～0.1170：1，两个比例均为重量比。步骤⑴所述金属盐为盐酸盐、硝酸盐或硫酸盐中的任意一种。步骤⑴所述金属和王水的反应产物为氯金酸或氯铂酸中的任意一种。步骤⑵所述搅拌的同时进行加热，加热温度为90～99摄氏度。步骤⑷所述放电仓放电前通入气体。所述气体为氩气、氮气、氧气、空气或氢气中的任意一种。步骤⑷所述放电的电压为400～3000伏。步骤⑷所述一段时间为3～10分钟。实施例1在2mL蒸馏水中加入0.04g琼脂糖和0.0825g聚苯乙烯磺酸(PSS)，在95℃水浴加热并且搅拌的条件下，加入0.5mL含0.0849g硝酸银的水溶液。溶液澄清后，冷却至室温(20～30℃)得到水凝胶。将水凝胶置于放电仓两个电极之间，通入空气作为放电气体，打开高压电源，调节工作电压到400V，室温下放电处理3min，金属盐被电子还原为金属单质，得到银颗粒分布均匀的纳米金属复合水凝胶材料，收率100％。实施例2在12mL蒸馏水中加入0.4g琼脂糖和0.0445g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，在90℃水浴加热并且搅拌的条件下，加入0.5mL含0.1697g氯金酸的水溶液。溶液澄清后，冷却至室温(20～30℃)得到水凝胶。将水凝胶置于放电仓两个电极之间，通入氩气作为放电气体，打开高压电源，调节工作电压到450V，室温下放电处理4min，金属盐被电子还原为金属单质，得到金颗粒分布均匀的纳米金属复合水凝胶材料，收率100％。实施例3在14mL蒸馏水中加入0.5g琼脂糖和0.0288g聚丙烯酸钠(PAA)，在93℃水浴加热并且搅拌的条件下，加入0.5mL含0.2588g氯铂酸的水溶液。溶液澄清后，冷却至室温(20～30℃)得到水凝胶。将水凝胶置于放电仓两个电极之间，通入氮气作为放电气体，打开高压电源，调节工作电压到500V，室温下放电处理5min，金属盐被电子还原为金属单质，得到铂颗粒分布均匀的纳米金属复合水凝胶材料，收率100％。实施例4在1mL蒸馏水中加入0.02g琼脂糖和0.0176g聚乙烯醇(PVA)，在96℃水浴加热并且搅拌的条件下，加入0.5mL含0.1012g硫酸钯的水溶液。溶液澄清后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子还原制备纳米金属水凝胶复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：⑴将水凝胶前体和分散剂加入水中，得到悬浊液；⑵在悬浊液中加入金属盐或者加入金属和王水的反应产物，搅拌，直至得到澄清溶液；⑶将澄清溶液冷却至室温，得到水凝胶；⑷将水凝胶置于放电仓内，放电仓内放电，一段时间后得到纳米金属水凝胶复合材料成品。

【技术特征摘要】
1.一种电子还原制备纳米金属水凝胶复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：⑴将水凝胶前体和分散剂加入水中，得到悬浊液；⑵在悬浊液中加入金属盐或者加入金属和王水的反应产物，搅拌，直至得到澄清溶液；⑶将澄清溶液冷却至室温，得到水凝胶；⑷将水凝胶置于放电仓内，放电仓内放电，一段时间后得到纳米金属水凝胶复合材料成品。2.根据权利要求1所述的一种电子还原制备纳米金属水凝胶复合材料的方法，其特征在于：步骤⑴所述水凝胶前体为琼脂糖、壳聚糖、胶原、明胶、聚乙二醇或聚丙烯酸中的任意一种。3.根据权利要求1所述的一种电子还原制备纳米金属水凝胶复合材料的方法，其特征在于：步骤⑴所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯醇或淀粉中的任意一种。4.根据权利要求1所述的一种电子还原制备纳米金属水凝胶复合材料的方法，其特征在于：步骤⑴所述金属盐为盐酸盐、硝酸盐或硫酸盐中的任意一种。5.根据权利要求1所述的一种电子还...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙泽宇，武庆磊，王宗元，王召，刘昌俊，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12