一种水溶性纳米铜粉的宏量制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水溶性纳米铜粉的宏量制备方法，以去离子水作为溶剂，加入铜盐，完全溶解，再加入水溶性有机配体，反应得水溶性铜配合物；用无水乙醇和去离子水配制成混合溶剂；加入铜配合物，磁力搅拌至铜配合物完全溶解，调节pH为6~7，提高转速继续搅拌，加入还原剂，持续搅拌至反应完全，收集纳米铜粉，洗涤，真空干燥，制得粒径均一的水溶性纳米铜粉。该制备方法在室温下制出品质优良的的单分散水溶性纳米铜粉，是一项可能带来铜及其合金革命性变化的关键技术，具有重要的理论意义和实用价值。价值。价值。

【技术实现步骤摘要】
一种水溶性纳米铜粉的宏量制备方法


[0001]本专利技术涉及一种水溶性纳米铜粉的宏量制备方法。

技术介绍

[0002]纳米金属粉末因其独特的微观结构，具有表面效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应，因此拥有特殊的光、电、磁和催化等物理化学性质。其中纳米铜粉因其优异的催化活性、导电导热性和抗菌除臭性，广泛应用于集成电路、杀菌技术、电池电极和特种催化领域。
[0003]铜是人体必需的微量元素之一，可被人体代谢吸收，且不会在人体内富集，因此，水溶性纳米铜粉可替代有毒性的重金属银类抗菌剂，其杀菌优势在于：性质稳定、对人体无毒无刺激，可以杀灭细菌并具有抑菌功效等。水溶性纳米铜粉还广泛应用于纳米生物技术，例如，纳米铜粉可作为一种新型纳米探针在金属离子、生物小分子、蛋白质、核酸、酶的分析检测以及细胞成像等领域具有广阔应用前景，科研人员以DNA为模板、硫酸铜为原料、抗坏血酸为还原剂合成了铜纳米簇，并基于该铜纳米簇分别实现了碱性磷酸酶及核酸内切酶的活性检测。铜基纳米材料还可应用于声动力肿瘤治疗，声动力治疗是一种有效的无创肿瘤治疗方法，通过超声波激活声敏剂以产生活性氧，从而杀死肿瘤细胞，它在微创肿瘤治疗中具有广阔前景。
[0004]目前，采用高温油相法能够合成较为稳定均一的纳米铜粉，但如何大规模制备水溶性的纳米铜粉一直是个难题。因此，开发粒径均一的水溶性纳米铜粉的合成方法，并且在合成过程中降低能耗、减少污染、寻找绿色的化学还原途径对科学研究和工业生产都有着十分重要的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种能大量合成水溶性纳米铜粉的宏量制备方法，该方法能耗低，污染少及绿色高效，是一项解决水溶性纳米铜粉铜的关键技术，具有重要的实用价值。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是：一种水溶性纳米铜粉的宏量制备方法，具体按以下步骤进行：1）制备不同水溶性铜配合物：按2.8L去离子水中加入4mol铜盐和1~4mol有机配体的比例，分别取去离子水、铜盐和有机配体，室温下，将铜盐加入去离子水中，缓慢搅拌使铜盐完全溶解，再加入有机配体，在70℃温度下配位反应回流4h，得含有铜配合物的有机层，分液漏斗中用去离子水洗涤至少3次含有铜配合物的有机层，旋转蒸发有机相，得水溶性的铜配合物；铜盐采用草酸铜、无水硫酸铜、二水合氯化铜、一水合乙酸铜或硝酸铜。
[0007]有机配体采用乙二胺四乙酸（EDTA）、柠檬酸、双羧基聚乙二醇（HOOC
‑
PEG
‑
COOH）或聚氧乙烯双胺（H2N
‑
PEG
‑
NH2）。
[0008]）制备水溶性的纳米铜粉：按体积比0～1︰10，分别取无水乙醇和去离子水，混匀，得混合溶剂；按100L混合溶
剂中加入10mol铜配合物的比例，分别取混合溶剂和水溶性铜配合物，再取还原剂，还原剂与水溶性铜配合物的摩尔比为1︰5～100；室温下，将铜配合物加入混合溶剂中，磁力搅拌（2000转/分钟），使铜配合物完全溶解后，搅拌的条件下用氢氧化钠溶液调节pH值为6～7；提高转速继续搅拌，并加入还原剂，持续搅拌至没有气泡产生，反应完全，离心分离收集纳米铜粉，用混合溶剂洗涤三次，真空干燥，制得粒径均一的水溶性纳米铜粉（单分散纳米铜粉）。
[0009]还原剂采用亚磷酸钠、抗坏血酸或硼氢化钠。
[0010]本专利技术制备方法在室温下制备水溶性的铜配合物，随后室温下还原铜配合物制得水溶性的纳米铜粉，该水溶性纳米铜粉表面具有有机配体，有机配体可以起到钝化表面和阻止氧气的作用，因此，该水溶性纳米铜粉具有优异的抗氧化能力。
[0011]从图1可以看出，铜配合物在水中呈蓝色（图1a是水溶性铜配合物溶液的照片），经绿色化学还原得到黑色的纳米铜粉，并且该纳米铜粉在水中分散良好（图1b水溶性纳米铜粉在水中的照片，其在水中分散良好）。本专利技术制备方法可以达到单次百克级水溶性纳米铜粉的制备（图1c是制备得到的水溶性纳米铜粉的实物图）。
[0012]图2是本专利技术制备方法制得水溶性纳米铜粉的透射电镜形貌图，从图中可以看出，本专利技术制备方法制得的纳米铜粉呈水溶性的球形纳米颗粒，且形貌均一。
[0013]图3为本专利技术制备方法制得水溶性纳米铜粉的粒径分布图，从图中可知，该水溶性纳米铜粉的尺寸分布范围窄，平均粒径为4.6 nm。
[0014]图4是本专利技术制备的水溶性纳米铜粉的XRD图，从图中可以看到，本专利技术制备方法所制备的样品出现了铜的(111)、(200)、(220)特征晶面，然而没有氧化铜的特征晶面，说明本专利技术制备方法制得的水溶性纳米铜粉具有优良的抗氧化作用，并且纯度高。
[0015]图5是本专利技术制备的水溶性纳米铜粉在水中分散的实物图，从图中可以看到纳米铜粉在水中静置7天后分散良好，说明该纳米铜粉具有良好的水溶性。
[0016]本专利技术制备方法通过将铜盐转变为铜的配合物，有效防止了铜离子的空间聚集现象，再通过缓慢加入还原剂，无需添加分散剂和抗氧化剂，直接制备出抗氧化的平均粒径为4.6 nm的纳米级水溶性铜粉，设备要求低，操作方法简单。
[0017]本专利技术提供了一种克服，大量合成一种水溶性纳米铜粉的制备方法，该方法能耗低，污染少及绿色高效，是一项解决水溶性纳米铜粉铜的关键技术，具有重要的实用价值。
[0018]本专利技术制备方法在水中制备水溶性纳米铜粉。该水溶性纳米铜粉具有小尺寸（平均粒径为4.6 nm）、形貌均一、粒径分布范围窄，且粒径和形貌可控，纯度高等特点。使其在抗菌技术和纳米生物
具有非常高的应用价值。
附图说明
[0019]图1是本专利技术制备方法中制得的中间产物以及水溶性铜粉的照片。
[0020]图2是本专利技术制备方法制得水溶性铜粉的透射电镜形貌图。
[0021]图3是本专利技术制备方法制得水溶性铜粉的粒径分布图。
[0022]图4是本专利技术制备方法制得的水溶性纳米铜粉的XRD图。
[0023]图5是本专利技术制备方法制得的水溶性纳米铜粉在水中分散的实物图。
具体实施方式
[0024]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0025]实施例1室温下，将4mol无水硫酸铜加入2.8L去离子水中，缓慢搅拌，使无水硫酸铜完全溶解，加入4mol柠檬酸，在70℃温度下配位反应回流4h，得含有铜配合物的有机层，分液漏斗中用去离子水洗涤至少3次含有铜配合物的有机层，旋转蒸发有机相，得铜绿色的水溶性的铜配合物；将10mol铜配合物加入100L去离子水中，磁力搅拌，使铜配合物完全溶解后，搅拌的条件下用氢氧化钠溶液调节pH值为6，提高转速继续磁力搅拌，并加入0.5mol抗坏血酸，持续搅拌至没有气泡产生时，反应完全，离心分离收集水溶性纳米铜粉，用去离子水洗涤三次，真空干燥，制得粒径均一的水溶性纳米铜粉。
[0026]实施例2室温下，将4mol草酸铜加入2.8L去离子水中，缓慢搅拌，使草酸铜完全溶解，加入3mol 的EDTA，在70℃温度下配位反应回流4h，得含本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水溶性纳米铜粉的宏量制备方法，其特征在于，该制备方法具体按以下步骤进行：1）按2.8L去离子水中加入4mol铜盐和1~4mol有机配体的比例，分别取去离子水、铜盐和有机配体；室温下，将铜盐加入去离子水中，使铜盐完全溶解，再加入有机配体，反应得水溶性的铜配合物；2）配制混合溶剂；按100L混合溶剂中加入10mol铜配合物的比例，分别取混合溶剂和铜配合物；再取还原剂，还原剂与铜配合物的摩尔比为1︰5～100；铜配合物加入混合溶剂中，磁力搅拌，使铜配合物完全溶解，调节pH值为6~7，提高磁力搅拌的转速继续搅拌，并缓慢加入还原剂，持续搅拌至反应完全，离心分离收集纳米铜粉，用混合溶剂洗涤，真空干燥，制得品质优良的水溶性纳米铜粉。2.如权利要求1所述的水溶性纳米铜粉的宏量制备方法，其特征在于，所述步骤1）中，加入有机配体后，在70℃温度下配位反应回流4h，得含有铜...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪宝堆，刘达标，孟跟平，郝天致，胡国文，
申请(专利权)人：淮安中顺环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：