本发明专利技术提出一种常温制备核壳结构的Ag/TiO
【技术实现步骤摘要】
一种常温制备核壳结构的Ag/TiO2纳米颗粒的方法及其应用
本专利技术属于功能纳米材料制备领域，具体为一种常温制备核壳结构的Ag/TiO2纳米颗粒的方法及其在纳米光触媒抗菌消毒方面的应用。
技术介绍
纳米级TiO2电子结构具有以下特点，在光照下，能吸收相当于带隙能量以下的光能，使其表面发生激励而产生具有很强的还原和氧化能力的电子(e-)和空穴(h+)，能有效地降解空气中有毒有害气体及杀灭多种细菌，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解，防止毒素引起二次污染。然而，纳米TiO2单一材料由于对外界光线的利用率不高，光生电子-空穴对容易复合致使最终产生的活性基团少，存在光催化活性低等缺点，限制了其应用场所。Ag/TiO2复合纳米材料能在一定程度上解决上述问题。由于Ag/TiO2的复合会产生肖特基结或者银掺杂形成中间杂质能级，能有效地分离电子-空穴对，并拓展其光响应范围，从而能在较大程度上提高的光催化性能。另外，Ag/TiO2复合纳米材料既能在外界光照下产生活性基团进行光催化抗菌，同时在无光条件下也能缓释出Ag+同样进行杀菌，实现更高效的杀菌能力。因此，Ag/TiO2复合纳米材料结合二氧化钛的光触媒特性和银较高的抗菌性，因此可以在有光和无光条件下应用于更广的杀菌范围，并且增强杀菌性能，可选择性的分别应用于纳米光触媒抗菌液、纳米光触媒抗菌液织物、纳米光触媒抗菌涂层、纳米光触媒抗菌滤芯等防疫方向。目前制备Ag/TiO2复合纳米材料的方案有：专利【CN102630706A】公开了一种AgTiO2核壳结构纳米复合材料的制备方法，其中银纳米颗粒均匀的散落在TiO2微球表面，其中银颗粒大小为20-100纳米，复合材料大小为1-2微米。该方法通过一步水热法简单的制备AgTiO2材料。此材料有较好的抗菌性能。但该方法制备的并非传统意义的核壳结构，水热法需要高温170-175℃。专利【CN103894191A】公开了一种分层Ag@TiO2核壳结构纳米颗粒的制备方法，其能广泛的应用于抗菌，光催化等领域。该方法同样是水热法包覆，需要在反应釜中180℃保存12小时。该方法需要通过反应釜高温反应，反应温度高耗能大，且不适合批量生产。专利【CN102189271B】公开了一种Ag/TiO2纳米复合材料的制备方法，利用液相激光烧蚀产生的TiOx胶体加入到硝酸银中水热处理制备。该方法需要在高温反应釜中170-190℃水热处理14-18小时，且需要通过激光刻蚀技术，依赖高性能设备体系。专利【CN100442983C】公开了一种纳米Ag/TiO2复合材料的制备方法，将AgNO3氨溶液加入Ti(SO4)2中升温至90-100℃，保持2小时，形成溶胶后，先50℃静置2h、随后洗涤在80-90℃干燥20-24h、最后研磨粉体需要在500℃下烧2h才能形成锐钛矿晶体。该方法包覆二氧化钛的实验过程较繁琐，制备锐钛矿晶体同样需要通过粉体煅烧的方式，设备要求高。专利【CN101972653B】公开了一种锐钛矿型纳米Ag/TiO2复合材料的制备方法，该实验中通过AgNO3溶液中加入C16H36O4Ti，然后放入马弗炉高温烧结制备成锐钛矿晶体，该方法利用马弗炉烧结粉末制备，烧结过程温度较高达到500℃，相较于溶液法，处理粉体过程复杂、易造成结晶不均匀，能耗高，不适合规模化生产。以上众多制备Ag/TiO2纳米复合材料的方法都是需要经过高温处理，高温过程不仅能耗高，而且在反应釜和马弗炉中完成的实验不适合大规模的生产。因此，仍需探索一种高效，简单，常温的制备Ag/TiO2核壳结构纳米颗粒复合材料的方法，从而能方便高效的应用于抗菌和催化领域。
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题，本专利技术提出一种常温制备核壳结构的Ag/TiO2纳米颗粒的方法及其应用。本专利技术提出的常温制备方法有助于提高制备Ag/TiO2核壳结构纳米颗粒的生产效率和降低生产条件，构筑了Ag/TiO2核壳复合结构纳米颗粒的精细合成工艺。本专利技术制备的Ag/TiO2核壳纳米颗粒中，Ag作为核层，TiO2作为壳层，其中合成Ag颗粒的尺寸在20～60nm，壳层的厚度在10～30nm，Ag/TiO2核壳纳米颗粒通过二元协同作用使Ag/TiO2核壳结构纳米复合颗粒发挥出更有效的性能。本专利技术的技术方案为：所述一种常温制备核壳结构的Ag/TiO2纳米颗粒的方法，将钛前驱体、分散剂、纳米银颗粒水溶液以乙醇和水为溶剂，在20-40℃下搅拌水解得混合液；将pH调节剂加入所述混合液中，调节pH为3-5，于50-70℃下反应完成后，降至室温得Ag/TiO2纳米颗粒溶胶；将所述Ag/TiO2纳米颗粒溶胶在室温搅拌陈化至少24小时，离心洗涤，冻干后得核壳结构Ag/TiO2纳米颗粒。优选的，所述纳米银颗粒溶液通过以下过程得到：将硝酸银、保护剂加入去离子水中，搅拌溶解得混合溶液；将还原剂水溶液滴加到所述混合溶液中搅拌加热至40-60℃，反应完成后，自然冷却至室温，得纳米银颗粒反应溶液；将所述纳米银颗粒反应溶液用去离子水稀释后，离心洗涤，再保存至去离子水中，得纳米银颗粒溶液。优选的，所述保护剂为聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、聚乙烯醇中的一种或多种。优选的，所述保护剂与硝酸银的摩尔比为2-5。优选的，所述还原剂为水合肼、柠檬酸钠、葡萄糖或抗败血酸。优选的，所述钛前驱体为钛酸四丁酯、钛酸异丙酯一种或多种；分散剂为十八烯酸、六甲基二硅氮烷、十六烷基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷一种或多种；pH调节剂为冰醋酸、稀硝酸、碳酸一种或多种。优选的，通过调节pH值，改变反应温度和搅拌时间，能够调节Ag/TiO2壳层的厚度和形貌。通过上述方法制备得到的核壳结构的Ag/TiO2纳米颗粒，能够用于制备Ag/TiO2纳米抗菌液、Ag/TiO2纳米抗菌液织物、Ag/TiO2纳米抗菌涂层和Ag/TiO2纳米抗菌滤芯。有益效果和现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术采用溶胶凝胶法常温陈化制备Ag/TiO2核壳结构纳米颗粒，相比传统方法，本专利技术制备过程温和，不用高温煅烧，采用常温常压陈化晶型生长的方法即可制备出了具有锐钛矿晶型的Ag/TiO2核壳结构纳米颗粒，方法简单易行、设备要求低、能耗低、产品产率高，确保大规模生产时稳定、简便、高效，易于工程化方向应用。2、本专利技术制备的复合材料属于结晶度较低的锐钛矿型Ag/TiO2核壳结构纳米颗粒，其更适用于杀菌消毒领域。可应用于Ag/TiO2纳米抗菌液、Ag/TiO2纳米抗菌无纺布等方向。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为实施例1所得Ag/TiO2纳米颗粒分散液的XRD表征图。图2、图3为实施例1所得Ag/TiO2纳米颗粒分散液的TEM表征图。图本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种常温制备核壳结构的Ag/TiO
【技术特征摘要】
1.一种常温制备核壳结构的Ag/TiO2纳米颗粒的方法，其特征在于：将钛前驱体、分散剂、纳米银颗粒溶液以乙醇和水为溶剂，在20-40℃下搅拌水解得混合液；将pH调节剂加入所述混合液中，调节pH为3-5，于50-70℃下反应完成后，降至室温得Ag/TiO2纳米颗粒溶胶；将所述Ag/TiO2纳米颗粒溶胶在室温搅拌陈化至少24小时，离心洗涤，冻干后得核壳结构Ag/TiO2纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述一种常温制备核壳结构的Ag/TiO2纳米颗粒的方法，其特征在于：所述纳米银颗粒溶液通过以下过程得到：
将硝酸银、保护剂加入去离子水中，搅拌溶解得混合溶液；将还原剂水溶液滴加到所述混合溶液中搅拌加热至40-60℃，反应完成后，自然冷却至室温，得纳米银颗粒反应溶液；将所述纳米银颗粒反应溶液用去离子水稀释后，离心洗涤，再保存至去离子水中，得纳米银颗粒溶液。
3.根据权利要求2所述一种常温制备核壳结构的Ag/TiO2纳米颗粒的方法，其特征在于：所述保护剂为聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、聚乙烯醇中的一种或多种。
【专利技术属性】
技术研发人员：冯瑶瑶，李超，尹恩怀，卓龙超，刘文，
申请(专利权)人：西安瑞特三维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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