一种快速合成银纳米颗粒的方法及装置与流程

本发明涉及一种绿色连续性快速合成银纳米粒子的方法，即在空化反应器中采用石栗叶提取液快速连续制备纳米银的方法。

背景技术：

银纳米颗粒作为一种新兴的功能纳米材料(chem.mater.，19(2007)1231-1238)，在生物医学领域有着广泛的应用。利用银纳米颗粒的表面等离子体光学特性，可以实现对生物分子的高灵敏度检测。并且通过等离子体共振波长与介质折射率具有相关性的特点，可以在暗场显微镜下利用功能化的银纳米颗粒对特异性结合的蛋白质进行观察。

纳米级银材料传统的制备方法(toxicolinvitro，35(2016)43-54)主要有物理方法，包括真空蒸镀法、等离子体溅射法等和化学法，包括化学还原法(sensor.actuat.b-cheml.，137(2009)768-773)、微乳液法等。物理法虽然可以得到高纯度、高分散性、粒度可控的银纳米颗粒，但其设备投资相当昂贵，化学法在制得高纯度粒度可控的银纳米颗粒的同时，由于大量的引入了化学试剂而易导致环境的污染。目前也出现了一些相对绿色的生物法制备银纳米颗粒的方法(talanta，146(2016)237-243)，但已有的这些研究只停留在简单的间歇制备阶段，由于反应器内液体的传质和传热效果较差，需要的反应时间都比较长(数个至数十个小时)，而且随着反应器容积的增大，釜内温度和浓度的均一性更加难以实现，这就为放大生产带来了困难。

水力空化是微观、瞬时、随机、多相的复杂过程，能够产生大量的能量，在空化能量利用方面，主要集中在对超声空化的研究和应用上，如利用空化诱导或加速化学反应、超声清洗、污水处理、强化传热等(ultrasonicssonochemistry，34(2017)51-59)。

本发明将水力空化反应器应用于银纳米颗粒的植物生物质还原连续制备，不仅可以解决间歇制备过程的缺点，而且操作简单，反应时间短(1～5分钟)环境友好，能耗较低。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种在水力空化反应器中利用空化能辅助石栗叶水提液来快速连续还原制备银纳米颗粒和调控颗粒粒径的方法。利用本方法所制得的银纳米颗粒主要呈球形，平均粒径位于1～30nm，颗粒分散性好。

本发明所涉及的利用水力空化反应器辅助生物质还原制备银纳米颗粒的主要装置是由以下几部分组成：(1)真空泵(2)水力空化反应器、(3)产品收集槽。(具体装置见附图1)

首先选择加工制造水力空化反应器，搭建如图1所示的反应装置，将反应器置于甘油浴加热器中，通过加热器来调控反应器内的温度，通过真空泵调节原料液流速，然后设定工艺参数：反应温度(30～90℃)、原料液的流率(1～3l/min)。具体操作步骤如下：

(1)称取1g石栗叶干粉，加入100ml的去离子水，将其置于摇床中(30℃，150rpm)振荡12h，用双层滤纸过滤，所得滤液即浓度为10g/l的水提液；

(2)配制2mmol/l的银前驱体(agno3溶液)

(3)通过加热器来调控反应器的温度，使其保持在30～90℃。取一定体积的银前驱体(agno3溶液)和石栗叶水提液配置成反应液放入储存槽内，通过真空泵将反应液以一定流率(1～3l/min)持续通入到空化反应器中，在反应器出口用管路收集反应液回流到反应槽内，循环操作，一段时间后反应槽内所得反应液即纳米银溶胶。利用f30透射电子显微镜(tem)对所得的银纳米颗粒的形貌和粒径进行观察并利用粒径统计软件sigmascanpro4对所得到的电镜图进行粒径统计。

本发明工艺简单，操作简便，反应迅速、环境友好，能耗较低，由于采用连续制备工艺，反应易于实现规模放大，进行工业化生产。

附图说明

图1为本发明采用的反应装置流程图。

图2为本发明实制备的银纳米颗粒的tem图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步说明。

实施例1：

将晒干后的石栗叶粉碎制得石栗干粉，按前述方法得到10g/l的水提液，将相同体积的石栗叶水提液与2mmol/l银前驱体(agno3溶液)混合均匀，用真空泵将混合液以1l/min的流率持续输送到喉部内径为0.8mm，主管内径6mm的水力空化反应管中，设定反应温度为室温(30℃)。所得的银纳米颗粒均为近球形，大小均匀，颗粒粒径径主要分布在2.4±4.2nm。

实施例2：

将实施例1中反应液的体积流率设定为1.5l/min，保持其他的反应条件不变，所得的纳米颗粒均为近球形，粒径主要分布在3.7±4.8nm。

实施例3：

将实施例1中反应液的体积流率设定为2l/min，保持其他的反应条件不变，所得的纳米颗粒均为近球形，粒径主要分布在4.7±6.3nm。

实施例4：

将实施例1中反应液的体积流率设定为2.5l/min，保持其他的反应条件不变，所得的纳米颗粒均为近球形，粒径主要分布在5.5±6.9nm。

实施例5：

将实施例1中反应液的体积流率设定为3l/min，保持其他的反应条件不变，所得的纳米颗粒均为近球形，粒径主要分布在6.6±8.2nm。

实施例6：

将反应液的ph调至8.4，将相同体积的石栗叶水提液与2mmol/l银前驱体(agno3溶液)混合均匀，用真空泵将混合液以1l/min的流率持续输送到喉部内径为0.8mm，主管内径6mm的水力空化反应管中，设定反应温度为室温(30℃)。所得的银纳米颗粒均为近球形，大小均匀，颗粒粒径径主要分布在1.2±3.2nm。

实施例7：

将实施例6中的反应温度设定为90℃，保持其他的反应条件不变，所得的纳米颗粒均为近球形，粒径主要分布在3.3±4.6nm。

实施例8：

将实施例6中的反应液的ph调至9.4，保持其他的反应条件不变，所得的纳米颗粒均为近球形，粒径主要分布在2.1±3.6nm。

实施例9：

将实施例6中的反应液的ph调至10.4，保持其他的反应条件不变，所得的纳米颗粒均为近球形，粒径主要分布在1.5±2.8nm。

实施例10：

将实施例6中的反应液的ph调至11.4，保持其他的反应条件不变，所得的纳米颗粒均为近球形，粒径主要分布在1.0±1.8nm。

技术特征：

技术总结
本发明旨在提供本发明旨在提供一种在水力空化反应器中利用空化能辅助石栗叶水提液来快速连续还原制备银纳米颗粒和调控颗粒粒径的方法。加工制造水力空化反应器，搭建如图1所示的反应装置，通过加热器来调控反应器的温度，使其保持在30～90℃。取一定体积的石栗叶水提液和银前驱体(AgNO3溶液)配置成反应液放入储存槽内，通过真空泵将反应液液以一定流率(1～3L/min)持续通入到空化反应器中，在反应器出口用管路收集反应液回流到反应槽内，循环操作，一段时间后反应槽内所得反应液即纳米银溶胶。本发明工艺简单，操作简便，反应迅速、环境友好，能耗较低，由于采用连续制备工艺，反应易于实现规模放大，进行工业化生产。

技术研发人员：刘宏宇;程媛媛;张环;王捷;魏俊富
受保护的技术使用者：天津工业大学
技术研发日：2017.05.23
技术公布日：2017.09.08