专利名称：一种中性的纳米银水溶液、制备方法及其用途的制作方法
一种中性的纳米银水溶液、制备方法及其用途发明领域
本发明是一种中性的纳米银水溶液、制备方法及其用途。 技术背景
在元素周期表中，银处于第二长周期的IB族中，银具有高的超热中子吸收能力、 高的导电率、高的导热率、高的可见光反射率和高的塑性以及低的热中子吸收能力、低的力 学强度、低的加工硬化率、低的再结晶温度和低放任回复软化温度。
纳米银(Nano Silver)就是将粒径做到纳米级的金属银单质。纳米银对大肠杆 菌、淋球菌、沙眼衣原体等数十种致病微生物都有强烈的抑制和杀灭作用，而且不会产生耐 药性。动物试验表明，这种纳米银抗菌微粉即使用量达到标准剂量的几千倍，受试动物也无 中毒表现。同时，它对受损上皮细胞还具有促进修复作用。值得一提的是，该产品遇水抗菌 效果愈发增强，更利于疾病的治疗。纳米银研究现仍存在如下问题针对水相纳米银溶液的 酸碱度高、杂离子含量高，水相纳米银的制成品，酸碱度能够被控制在接近中性，杂离子含 量低且仍然能够高浓度地稳定存放而不出现沉淀的技术仍然不够成熟。发明内容
本发明针对水相纳米银溶液的酸碱度高、杂离子含量高等问题，提供了一种中性、 杂离子含量低、纳米银粒径分布范围窄、颗粒均勻、粒径范围可控、水溶性好、稳定性佳的高 浓度中性纳米银水溶液及其制备方法。采用本方法可规模化生产质量稳定可控的低杂离子 的中性纳米银水溶液，纳米银的粒径范围在1-lOOnm。
本发明的中性的纳米银水溶液是一种硝酸根离子含量小于0.01%、铵根离子含 量小于0. 02%、总无机杂离子含量小于0. 05%, PH为6. 0-8.0的水溶液，优选PH范围 6. 8-7. 2 ；所述的纳米银粒径Ι-lOOnm。优选的纳米银粒径为l-50nm。纳米银浓度范围为 0. 0003-1. 33摩尔/升。中性纳米银水溶液中残留的无机杂离子为硝酸根离子、铵根离子、 钠离子、硼酸根离子、氯离子。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的
水解正硅酸四乙酯得到线性二氧化硅作为非固态骨架，用金属银盐还原法制备 分散、均勻的粒径I-IOOnm的纳米银颗粒负载在二氧化硅骨架上。优选的纳米银粒径为 l-50nm。优选的 pH 范围 6. 8-7. 2。
具体方法的步骤如下
方法一
(1)取水加入酸于0 25°C水浴中搅拌，酸与水的摩尔体积比为IX 10_4_1摩尔/ 升，推荐摩尔体积比2X 10_2-0. 2摩尔/升。再加入助悬剂，搅拌使其完全溶解，助悬剂与水 的重量体积比为0. 1-50克/升。随后加入正硅酸四乙酯搅拌15分钟-5小时，正硅酸四乙 酯与水的重量体积比为8-1000克/升，推荐范围15-100克/升。加浓氨水调PH至8_10。
(2)配制硝酸银水溶液，加入氨水至硝酸银水溶液成为澄清络合溶液，络合溶液中硝酸银的浓度为0. 001-4摩尔/升，推荐范围0. 05-0. 2摩尔/升。氨水和硝酸银的摩尔比 2-3:1。
(3)配制还原剂水溶液，还原剂的浓度为0.001-4摩尔/升，推荐范围0.05-0. 2摩尔/升。
(4)将( 获得的银氨络合溶液和( 获得的还原剂水溶液滴加到步骤(1)获得 的二氧化硅混悬液中，得到深棕色液体。上述的银氨络合溶液、还原剂和二氧化硅混悬液的 体积比为1:1:1.
(5)将步骤(4)得到的液体通过纳滤膜和离子交换树脂，即得到中性纳米银水溶 液。阴阳离子树脂的质量比0.5-3 1。推荐采用的纳滤膜为GE DK纳滤膜。
方法二
(1)取水加入碱于0 25°C水浴中搅拌，碱与水的摩尔体积比为IX 10_4_1摩尔/ 升，推荐摩尔体积比2X 10_2-0. 2摩尔/升。再加入助悬剂，搅拌使其完全溶解，助悬剂与水 的重量体积比为0. 1-50克/升。随后加入正硅酸四乙酯搅拌15分钟-5小时，正硅酸四乙 酯与水的重量体积比为8-1000克/升，推荐范围15-100克/升。
(2)配制硝酸银水溶液，加入氨水至硝酸银水溶液中成为澄清络合溶液，络合溶液 中硝酸银的浓度为0. 001-4摩尔/升，推荐范围0. 05-0. 2摩尔/升。
(3)配制还原剂水溶液，还原剂的浓度为0.001-4摩尔/升，推荐范围0.05-0. 2摩尔/升。
(4)将银氨络合溶液和还原剂水溶液滴加到步骤(1)的二氧化硅混悬液中，得到 深棕色液体。上述的银氨络合溶液、还原剂水溶液和二氧化硅混悬液的体积比为1 1 1。
(5)将步骤(4)得到的液体先过阳离子交换树脂，再过阴离子交换树脂，滤过液即 是中性纳米银水溶液，阴阳树脂总量与料液的质量体积比为10-4000克/升。阴阳离子树 脂的质量比0.5-3 1。
所述的酸包括无机酸，如磷酸、硝酸等；有机酸，如醋酸、甲酸等。
所述的碱包括无机碱，如氢氧化钠、氢氧化钾、氨水；有机胺，如三乙胺、乙二胺、二乙胺。
所述的助悬剂包括乙烯类，如聚乙烯吡咯烷酮，乙烯吡咯烷酮与醋酸乙烯共聚物， 乙烯吡咯烷酮与醋酸乙烯共聚物等；聚丙烯类，如聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠等；多糖类及其 衍生物，如羧甲基纤维素钠、海藻酸钠等。
所述的还原剂包括氯化亚锡、锌粉、硫化钠、水合胼、硼氢化钠或它们的混合物。
所述的阴阳离子树脂混合床为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂；所述的阳离 子是001X7型强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂、732型强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂、 D113型大孔弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂；所述的阴离子树脂是201X7型强碱性苯乙 烯系阴离子交换树脂、D201型大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂、701型弱碱性环氧系 阴离子交换树脂、703型大孔弱碱性丙烯酸系阴离子交换树脂。
本发明的用途本产品是良好的广谱、高效抗菌材料。可应用于器械及空气消毒、 杀菌，且不会产生耐药性。
采用本方法得到的纳米银颗粒均勻、分散，如附图1、附图2所示。
本方法得到的产品均勻、分散性好，而且纳米银的颗粒尺寸可以通过银络合溶液还原反应条件控制。
本发明制备纳米银的方法简单可以大规模工艺化生产，质量可控。通过用硝酸银 的浓度和还原剂与硝酸银的滴加速率来控制纳米银的粒径，容易制得纳米级的单质银。本 方法使用的所有溶剂易得、安全、廉价。
本方法与过去制备方法显著不同的是，在本发明中，纳米银颗粒分散附着在链状 二氧化硅骨架上，使得纳米银可以以稳定的中性水溶液的形式存在，且纳米银溶液中基本 不含无机杂离子，
图1 本发明实施例1的纳米银小球的透射电镜照片
图2 本发明实施例1的纳米银小球的透射电镜照片具体实施方案
实施例1
(1)取500ml水加入0. 5X 10_4摩尔硝酸于0°C水浴中搅拌，加入聚乙烯吡咯烷酮 0. 05克，搅拌使其完全溶解。随后加入正硅酸四乙酯4克搅拌15分钟。加浓氨水调PH至 10。
(2)配制硝酸银水溶液，加入氨水至其成为澄清络合溶液，络合溶液中硝酸银的浓 度为0.001摩尔/升。配制硼氢化钠水溶液，硼氢化钠的浓度为0.001摩尔/升。将银氨 络合溶液和硼氢化钠水溶液各500ml同时以3. 3ml/分钟的速度滴加到置于20°C水浴中的 步骤(1)的二氧化硅混悬液中，得到深棕色液体。
(3)将步骤⑵得到的液体过市售GE DK纳滤膜，得到的母液过市售001 X 7型强 酸性苯乙烯系阳离子树脂和201X7型强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂混合床，混合床树 脂总量7.5克，其中阴阳离子树脂比例1 0.5。滤过液深棕色液体即得到pH 6.8的纳 米银水溶液，纳米银粒径在Ι-lOnm，见附图1，纳米银浓度0. 0003摩尔/升，铵根离子含量 0. 010%，硝酸根含量0. 0059%，总无机杂离子含量0. 018%。
实施例2
(1)取500ml水加入2X 10_2摩尔硝酸于5°C水浴中搅拌，加入聚乙烯吡咯烷酮1 克，搅拌使其完全溶解。随后加入正硅酸四乙酯15克搅拌30分钟。加浓氨水调PH至9。
(2)配制硝酸银水溶液，加入氨水至其成为澄清络合溶液，络合溶液中硝酸银的浓 度为0.05摩尔/升。配制硼氢化钠水溶液，硼氢化钠的浓度为0.05摩尔/升。将银氨络 合溶液和硼氢化钠水溶液各500ml同时以3. 3ml/分钟的速度滴加到置于20°C水浴中的步 骤(1)的二氧化硅混悬液中，得到深棕色液体。
(3)将步骤⑵得到的液体过GE DK纳滤膜，得到的母液过001 X 7型强酸性苯乙 烯系阳离子树脂和201X7型强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂混合床，混合床树脂总量200 克，其中阴阳离子树脂比例1 1。滤过液深棕色液体即PH7. 2的纳米银水溶液，纳米银粒 径在5-20nm，纳米银浓度0. 016摩尔/升，铵根离子含量0. 0055%，硝酸根含量0. 0016%, 总无机杂离子含量0. 0082 %。
实施例36
(1)取500ml水加入0. 2摩尔磷酸于10°C水浴中搅拌，加入聚乙烯吡咯烷酮10克， 搅拌使其完全溶解。随后加入正硅酸四乙酯100克搅拌60分钟。加浓氨水调PH至8。
(2)配制硝酸银水溶液，加入氨水至其成为澄清络合溶液，络合溶液中硝酸银的浓 度为0.2摩尔/升。配制硼氢化钠水溶液，硼氢化钠的浓度为0.2摩尔/升。将银氨络合 溶液和硼氢化钠水溶液各500ml同时以3. 3ml/分钟的速度滴加到置于20°C水浴中的步骤 (1)的二氧化硅混悬液中，得到深棕色液体。
(3)将步骤⑵得到的液体过市售GE DK纳滤膜，得到的母液过001 X 7型强酸性 苯乙烯系阳离子树脂和201X7型强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂混合床，混合床树脂总 量900克，其中阴阳离子树脂比例1 2。滤过液深棕色液体即中性纳米银水溶液，纳米银 粒径在5-50nm，纳米银浓度0. 066摩尔/升。
实施例4
(1)取500ml水加入0. 5摩尔甲酸于25°C水浴中搅拌，加入聚丙烯酰胺25克，搅 拌使其完全溶解。随后加入正硅酸四乙酯500克搅拌5小时。加浓氨水调PH至8。
(2)配制硝酸银水溶液，加入氨水至其成为澄清络合溶液，络合溶液中硝酸银的浓 度为4摩尔/升。配制氯化亚锡水溶液，氯化亚锡的浓度为4摩尔/升。将银氨络合溶液 和氯化亚锡水溶液各500ml同时以Iml/分钟的速度滴加到置于20°C水浴中的步骤(1)的 二氧化硅混悬液中，得到深棕色液体。
(3)将步骤(2)得到的液体过GE DK纳滤膜，得到的母液过市售732型强酸性苯乙 烯系阳离子交换树脂和D201型大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂混合床，混合床树脂 总量6000克，其中阴阳离子树脂比例1 3。滤过液深棕色液体即中性纳米银水溶液，纳米 银粒径在20-100nm，纳米银浓度1. 33摩尔/升。
实施例5
(1)取500ml水加入0. 5X 10_4摩尔氢氧化钠于0°C水浴中搅拌，加入乙烯吡咯烷 酮0. 05克，搅拌使其完全溶解。随后加入正硅酸四乙酯4克搅拌15分钟。
(2)配制硝酸银水溶液，加入氨水至其成为澄清络合溶液，络合溶液中硝酸银的浓 度为0.001摩尔/升。配制硫化钠水溶液，硫化钠的浓度为0.001摩尔/升。将银氨络合 溶液和硫化钠水溶液各500ml同时以Iml/分钟的速度滴加到置于20°C水浴中的步骤(1) 的二氧化硅混悬液中，得到深棕色液体。
(3)将步骤⑵得到的液体先过5克的D113型大孔弱酸性丙烯酸系阳离子交换树 脂，再过2. 5克的701型弱碱性环氧系阴离子交换树脂。滤过液为深棕色液体即中性纳米 银水溶液，纳米银粒径在Ι-lOnm，见附图2，纳米银浓度0. 0003摩尔/升。
实施例6
(1)取500ml水加入2X 10_2摩尔氢氧化钠于5°C水浴中搅拌，加入乙烯吡咯烷酮 1克，搅拌使其完全溶解。随后加入正硅酸四乙酯15克搅拌30分钟。
(2)配制硝酸银水溶液，加入氨水至其成为澄清络合溶液，络合溶液中硝酸银的浓 度为0.05摩尔/升。配制硫化钠水溶液，硫化钠的浓度为0.05摩尔/升。将银氨络合溶 液和硫化钠水溶液各500ml同时以1. 5ml/分钟的速度滴加到置于20°C水浴中的步骤(1) 的二氧化硅混悬液中，得到深棕色液体。
(3)将步骤(2)得到的液体先过100克的D113型大孔弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂，再过100克的701型弱碱性环氧系阴离子交换树脂。滤过液为深棕色液体即中性纳 米银水溶液，纳米银粒径在5-20nm，纳米银浓度0. 016摩尔/升。
实施例7
(1)取500ml水加入0. 2摩尔氨水于25°C水浴中搅拌，加入羧甲基纤维素钠25克， 搅拌使其完全溶解。随后加入正硅酸四乙酯100克搅拌1小时。
(2)配制硝酸银水溶液，加入氨水至其成为澄清络合溶液，络合溶液中硝酸银的浓 度为0.2摩尔/升。配制硼氢化钠水溶液，硼氢化钠的浓度为0.2摩尔/升。将银氨络合溶 液和硼氢化钠水溶液各500ml同时以aiil/分钟的速度滴加到置于20°C水浴中的步骤(1) 的二氧化硅混悬液中，得到深棕色液体。
(3)将步骤(2)得到的液体先过300克的001 X 7型强酸性苯乙烯系阳离子交换树 脂，再过600克的201X7型强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂。滤过液为深棕色液体即中性 纳米银水溶液，纳米银粒径在5-50nm，纳米银浓度0. 066摩尔/升。
实施例8
(1)取500ml水加入0. 5摩尔三乙胺于25°C水浴中搅拌，加入羧甲基纤维素钠25 克，搅拌使其完全溶解。随后加入正硅酸四乙酯500克搅拌5小时。
(2)配制硝酸银水溶液，加入氨水至其成为澄清络合溶液，络合溶液中硝酸银的浓 度为4摩尔/升。配制硼氢化钠水溶液，硼氢化钠的浓度为4摩尔/升。将银氨络合溶液 和硼氢化钠水溶液各500ml同时以1. 3ml/分钟的速度滴加到置于20°C水浴中的步骤(1) 的二氧化硅混悬液中，得到深棕色液体。
(3)将步骤⑵得到的液体先过1500克的001X7型强酸性苯乙烯系阳离子交换 树脂，再过4500克的201X7型强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂。滤过液为深棕色液体即 中性纳米银水溶液，纳米银粒径在20-100nm，纳米银浓度1. 33摩尔/升。
实施例9纳米银水溶液的体外抗菌效果测试
实施例2获得的纳米银水溶液参照国标GB 15979-2002 一次性使用卫生用品卫生 标准附录C (标准的附录)产品杀菌性能、抑菌性能与稳定性测试方法对纳米银水溶液对金 黄色葡萄球菌的杀灭效果进行了测试，结果如下
纳米银水溶液对金黄色葡萄球菌的杀灭效果
权利要求
1.一种中性的纳米银水溶液，其特征是所述的中性的纳米银水溶液是含有纳米银浓度 为0. 0003-1. 33摩尔/升、硝酸根离子含量0. 001-0. 01%、铵根离子含量0. 001-0. 02%, 总无机杂离子含量小于0. 005-0. 05 %的pH为6. 0-8.0的水溶液；所述的纳米银粒径 l-100nm。
2.如权利要求1所述的一种中性的纳米银水溶液，其特征是所述的纳米银粒径为 l-50nm ；所述的pH范围为6. 8-7. 2。
3.如权利要求1所述的一种中性的纳米银水溶液，其特征是所述的无机杂离子为硝酸 根离子、铵根离子、钠离子、硼酸根离子或氯离子。
4.一种如权利要求1或2所述的中性的纳米银水溶液的制备方法，其特征是在助悬剂 的助溶作用下，正硅酸四乙酯用酸或碱水解得到线性二氧化硅作为无固态骨架，用金属银 盐还原法制备分散、均勻的粒径I-IOOnm的纳米银颗粒负载在二氧化硅骨架上，通过纳滤 膜或阴阳离子树脂脱除杂离子，获得稳定的中性纳米银水溶液。
5.如权利要求4所述的中性的纳米银水溶液的制备方法，其特征是通过如下一或二的 两个步骤分别获得步骤一a)取水加入酸于0 25°C水浴中搅拌，酸与水的摩尔体积比为1X 10_4-1摩尔/升；再 加入助悬剂，搅拌使其完全溶解，助悬剂与水的重量体积比为0. 1-50克/升；随后加入正硅 酸四乙酯搅拌15分钟-5小时，正硅酸四乙酯与水的重量体积比为8-1000克/升；加浓氨 水调PH至8-10 ；所述的酸是无机酸或有机酸；所述的助悬剂为乙烯类、聚丙烯类、多糖类或 其衍生物；b)配制硝酸银水溶液，加入氨水至硝酸银水溶液成为澄清银氨络合溶液，络合溶液中 硝酸银的浓度为0. 001-4摩尔/升；配制还原剂水溶液，还原剂的浓度为0. 001-4摩尔/升； 将银氨络合溶液和还原剂水溶液同时滴加到步骤(a)获得的二氧化硅混悬液中，得到深棕 色液体；所述的银氨络合溶液、还原剂水溶液和二氧化硅混悬液的体积比为1 1 1;所 述的还原剂是氯化亚锡、锌粉、硫化钠、水合胼、硼氢化钠或它们的混合物；c)将步骤(b)得到的深棕色溶液用纳滤膜或阴阳离子交换树脂混合床脱除杂离子获 得中性纳米银水溶液；所述的阴阳离子树脂混合床中树脂总量与料液的质量体积比为10-4000克/升，阴阳离子树脂的质量比为1 0.5-3;步骤二 d)取水加入碱于0 25°C水浴中搅拌，碱与水的摩尔体积比为1X10_4-1摩尔/升；再 加入助悬剂，搅拌溶解，助悬剂与水的重量体积比为0. 1-50克/升；随后加入正硅酸四乙酯 搅拌15分钟-5小时，正硅酸四乙酯与水的重量体积比为8-1000克/升；e)配制硝酸银水溶液，加入氨水至硝酸银水溶液成为澄清的银氨络合溶液，银氨络合 溶液中硝酸银的浓度为0. 001-4摩尔/升；配制还原剂水溶液，还原剂的浓度为0. 001-4摩 尔/升；将银氨络合溶液和还原剂水溶液同时滴加到步骤(d)的二氧化硅混悬液中，得到深 棕色液体；所述的银氨络合溶液、还原剂水溶液和二氧化硅混悬液的体积比为1 :1:1; 所述的还原剂是氯化亚锡、锌粉、硫化钠、水合胼、硼氢化钠或它们的混合物；f)将步骤(e)得到的深棕色溶液先通过阳离子树脂床，再通过阴离子树脂床脱除杂离 子，滤过液即中性纳米银水溶液；树脂总量与料液的质量体积比为10-4000克/升，阴阳离子树脂的质量比为1 0.5-3。
6.如权利要求5所述的方法，其特征是步骤一中所述的无机酸是磷酸或硝酸；有机酸 是醋酸或甲酸。
7.如权利要求5所述的方法，其特征是步骤一(a)中的助悬剂，所述的乙烯类为聚乙 烯吡咯烷酮、乙烯吡咯烷酮与醋酸乙烯共聚物、乙烯吡咯烷酮与醋酸乙烯共聚物；聚丙烯类 为聚丙烯酰胺或聚丙烯酸钠；多糖类或其衍生物为羧甲基纤维素钠或海藻酸钠。
8.如权利要求5所述的方法，其特征是步骤一(c)所述的阴阳离子树脂混合床为阳 离子交换树脂和阴离子交换树脂；所述的阳离子是001X7型强酸性苯乙烯系阳离子交换 树脂、732型强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂、701型弱碱性环氧系阴离子交换树脂、703型 大孔弱碱性丙烯酸系阴离子交换树脂；所述的阴离子树脂是201X7型强碱性苯乙烯系阴 离子交换树脂、D201型大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂、D113型大孔弱酸性丙烯酸系 阳离子交换树脂。
9.如权利要求5所述的方法，其特征是步骤二(d)中所述的碱是无机碱或有机胺；所 述的无机碱是氢氧化钠、氢氧化钾或氨水；有机胺是三乙胺、乙二胺或二乙胺。
10.如权利要求5所述的方法，其特征是步骤一(a)中的上述的酸与水的摩尔体积比 为2X 10_2-0. 2摩尔/升；所述的正硅酸四乙酯与水的重量体积比为15-100克/升；步骤 一 (b)所述的络合溶液中硝酸银的浓度为0. 05-0. 2摩尔/升；还原剂的浓度为0. 05-0. 2 摩尔/升。
11.如权利要求5所述的方法，其特征是步骤二(d)中所述的碱与水的摩尔体积比为 2X 10_2-0. 2摩尔/升；所述的正硅酸四乙酯与水的重量体积比为15-100克/升；步骤二 (e)中所述的银氨络合溶液中硝酸银的浓度为0. 05-0. 2摩尔/升；所述的还原剂的浓度为 0. 05-0. 2 摩尔 / 升。
12.如权利要求5所述的方法，其特征是所述的纳滤膜为GEDK纳滤膜。
13.如权利要求1所述的一种中性的纳米银水溶液的用途，其特征是所述的纳米银溶 液用于制备消毒产品、抗菌药物。
全文摘要
一种中性的纳米银水溶液、制备方法及其用途。在助悬剂的助溶作用下，正硅酸四乙酯用酸或碱水解得到线性二氧化硅作为无固态骨架，用金属银盐还原法制备分散、均匀的粒径1-100nm的纳米银颗粒负载在二氧化硅骨架上，通过纳滤膜或阴阳离子树脂脱除杂离子，从而获得稳定的中性纳米银水溶液。本发明的优点是采用金属银盐还原法的纳米银水溶液，经脱杂离子获得中性的纳米银水溶液，纳米银粒径分布窄，粒径范围可控，中性纳米银水溶液杀灭微生物能力强，可用于制备消毒产品、抗菌药物。
文档编号B82Y40/00GK102039422SQ20101053064
公开日2011年5月4日 申请日期2010年11月3日 优先权日2010年11月3日
发明者吕龙, 孔黄宽, 江艳, 项玉华 申请人:上海中科同力化工材料有限公司, 孔黄宽