一种以抗坏血酸和阿拉伯胶作为还原剂和保护剂的纳米铜的绿色化制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米铜粒子的制备方法，具体涉及一种以抗坏血酸和阿拉伯胶作为还原剂和保护剂的纳米铜的绿色化制备方法。具体为：将阿拉伯胶与五水硫酸铜分别配成阿拉伯胶溶液和硫酸铜溶液，并混合均匀得到阿拉伯胶‑硫酸铜混合溶液；在搅拌作用下将抗坏血酸溶液滴加到阿拉伯胶‑硫酸铜混合溶液中进行反应，得到酒红色纳米铜溶胶；最后通过离心、洗涤、真空干燥等方式，得到黑色纳米铜粒子。纳米铜粒子的粒径大小为100～200 nm、平均粒径为160 nm，其在紫外‑可见光光谱中特征吸收峰为582.5 nm处。本发明专利技术具有制备高效快速、无需其它辅助手段、资源利用高效、减小浪费、工艺简单、成本低廉、绿色环保、应用前景广泛等优点。

Green preparation method of nano copper using ascorbic acid and Arabia gum as reducing agent and protecting agent

The invention relates to a preparation method of nanometer copper particles, in particular to a green preparation method of nano copper using ascorbic acid and Arabia gum as reducing agents and protecting agents. Specifically: Arabia rubber and five copper sulfate were prepared in Arabia rubber and copper sulfate solution, and mixed by Arabia rubber copper sulfate mixed solution; the reaction in stirring the ascorbic acid solution is dripped into the Arabia rubber copper sulfate mixed solution, get the wine red nano copper sol; finally by centrifugation washing and vacuum drying, etc., are black copper nanoparticles. Nano copper particle size is 100 ~ 200 nm, average particle size of 160 nm in the ultraviolet visible spectrum characteristic absorption peak of 582.5 nm. The invention has the advantages of high efficiency, rapid preparation, no need of other auxiliary means, high efficiency of resource utilization, reduced waste, simple process, low cost, green environment protection and wide application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种以抗坏血酸和阿拉伯胶作为还原剂和保护剂的纳米铜的绿色化制备方法
本专利技术涉及一种纳米铜粒子的制备方法，具体涉及一种以抗坏血酸和阿拉伯胶作为还原剂和保护剂的纳米铜的绿色化制备方法。
技术介绍
作为一种新兴的功能材料，纳米金属粒子具有的独特的物理和化学性质，使其可以应用于光学材料、催化剂材料、抗菌材料、生物传感器材料、涂料、电池电极材料、防静电材料、低温超导材料，在信息存储、光子学、感应器、成像等领域也有着广泛的应用[朱世东,徐自强,白真权等.纳米材料国内外研究进展II——纳米材料的应用与制备方法[J].热处理技术与装备,2010,31(4):1-8]。纳米铜因其具有纳米材料共有的高比表面积及高表面活性，可用作催化剂，降低化学反应温度，提高反应速率；根据其粒径小、导电性高的特点，可以将其作为3D打印用导电墨水中的导电颗粒由纳米铜制备的导电浆料不仅导电率较高，而且可以减少铜粉的使用量；纳米铜具有的良好抗菌特性使其有望成为良好的抗菌材料；另外，纳米铜还可应用于医药行业和化妆品行业等。因此，纳米铜粒子的制备和应用研究具有很大的实际价值。而纳米铜的应用在很大程度上取决于粒子的尺寸、形貌和结构。其中，对制备形貌和粒径可控的纳米铜粒子技术的研究具有重要意义。纳米铜的制备方法有气相法、液相法和固相法等三种。其中，液相法是目前实验室和工业上广泛采用的制备纳米铜的方法。其过程主要是选用一种或多种水溶性铜盐配成溶液后，选用合适的沉淀剂或进行水解、还原等操作，将金属纳米颗粒结晶或沉淀出来，最后烘干脱水得到产物。在这些过程中，通常需要在加热、加保护气体或长时间反应等条件下进行，不能满足高效、资源节约的要求。近年来，随着人们对环境保护意识的日益递增，提倡环保成为了未来各行各业的发展目标之一。对于化工、材料行业，更应履行在环保方面应尽的义务，因此，提高效率、降低污染、减少能源消耗成为了主题。目前，尽管对于纳米铜粒子的绿色制备方法有相当多的研究，现在实验及生产中使用较多的还原剂有抗坏血酸和葡萄糖，保护剂则有众多选择。其研究的重点则是前驱体、还原剂、保护剂的配比及实验条件对制品的粒径、粒径分布、表面形貌和性能等的影响，但并未过多涉及到产出速率，是否需要在加热、通入保护气体防止氧化或其它辅助条件下进行，从而无法很好地应用于大规模生产中，同时也造成了人力物力资源的浪费。本专利技术以五水硫酸铜为铜源，以抗坏血酸为还原剂，阿拉伯胶为保护剂，在室温、无需通入保护气体的环境下，制备出了粒径在100～200nm、平均粒径为160nm的纳米铜粒子，可以满足绿色、高效、节约资源的设计要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，提出一种以抗坏血酸和阿拉伯胶作为还原剂和保护剂的纳米铜的绿色化制备方法。本专利技术提出的一种以抗坏血酸为还原剂，阿拉伯胶为保护剂的纳米铜绿色化制备方法，首先是将阿拉伯胶与五水硫酸铜分别配成溶液并混合，得到阿拉伯胶-硫酸铜混合溶液；在搅拌作用下将抗坏血酸溶液滴加到阿拉伯胶-硫酸铜混合溶液中进行反应，得到酒红色溶胶；再通过离心、洗涤和真空干燥等方式，得到黑色纳米铜粒子，即最终产物。通过高分辨透射电镜确定其粒径大小介于100～200nm，且在紫外-可见光光谱中582.5nm处检测到吸收峰，证实了纳米铜溶胶的存在，并利用X射线衍射确定了纳米铜的成分。本专利技术提出的一种以抗坏血酸和阿拉伯胶作为还原剂和保护剂的纳米铜的绿色化制备方法，具体步骤如下：（１）称取0.1～1g阿拉伯胶加入到15～150mL去离子水中，在磁力搅拌下使其溶解，配成阿拉伯胶溶液；（２）称取0.05～0.5g五水合硫酸铜加入到5～50mL去离子水中，在磁力搅拌下使其溶解，配成硫酸铜溶液；（３）将步骤（２）得到的硫酸铜溶液倒入到含有步骤（１）得到的阿拉伯胶溶液的烧瓶中，升温至40～60℃，磁力搅拌10～60min，使二者混合均匀，得到阿拉伯胶-硫酸铜混合溶液；（４）量取0.1～1g抗坏血酸，加入10～100mL去离子水配置成质量浓度为0.01～0.5g/mL的抗坏血酸溶液；（５）在磁力搅拌下，将步骤（４）得到的抗坏血酸溶液滴加到步骤（３）得到的阿拉伯胶-硫酸铜混合溶液中，升温至40～60℃，在持续磁力搅拌下反应1～2h，制得呈酒红色的纳米铜溶胶；（６）将步骤（５）制得的纳米铜溶胶用高速离心机在5000～10000r/min转速下离心15～30min，沉淀物用有机溶剂洗涤3～5次，在2000～3000r/min转速下离心3～8min，真空干燥箱中干燥6～24h，得到黑色的纳米铜粒子。本专利技术中，步骤（6）中所述的有机溶剂采用甲醇、乙醇或丙酮中任一种。本专利技术中，所得的纳米铜粒径大小介于100～200nm，且在紫外-可见光光谱中582.5nm处检测到吸收峰。本专利技术所述的纳米铜粒子的合成原理如下所示：CuSO4·5H2O→Cu2++SO42-+5H2OCu2++C6H8O6→Cu+3H2+6CO+2H+（阿拉伯胶为保护剂）本专利技术中，抗坏血酸的化学式为：C6H8O6；五水硫酸铜的化学式为：CuSO4·5H2O；阿拉伯胶是一种碳水化合物聚合体，是由多种物质聚合而成的混合物，其中包括阿拉伯半乳糖寡糖、多聚糖和蛋白糖等。本专利技术的有益效果在于：①本专利技术为一种以阿拉伯胶为保护剂的纳米铜粒子绿色化制备方法，可以较为快速地制备粒径在100～200nm的纳米铜粒子；②该制备过程中，无需除搅拌外其它辅助手段，如通入保护气体抗氧化、加热等，高效地利用了资源，减少了人力物力资源的浪费；③本专利技术合成工艺简单，成本低廉，且无有害气体排除，应用前景广泛。附图说明图1是以抗坏血酸和阿拉伯胶为还原剂和保护剂制得的纳米铜的透射电镜图片。图2是以抗坏血酸和阿拉伯胶为还原剂和保护剂制得的纳米铜的紫外-可见光吸收图谱。图3以抗坏血酸和阿拉伯胶为还原剂和保护剂制得的纳米铜的X射线衍射图谱。具体实施方式以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本专利技术而不限于限制本专利技术的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。下面结合实施例详细说明本专利技术，应当理解，此处所描述的举例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1称取0.3g阿拉伯胶，加入到250mL三口烧瓶中，加入15mL去离子水，在磁力搅拌下使其溶解，配成阿拉伯胶溶液；称取0.05g五水硫酸铜加入到50mL烧杯中，加入5mL去离子水，在磁力搅拌下使其溶解，形成硫酸铜溶液；将配好的硫酸铜溶液倒入含有阿拉伯胶溶液的三口烧瓶中，升温至50℃，磁力搅拌10min使二者混合均匀，得到阿拉伯胶-硫酸铜混合溶液；称取0.3g抗坏血酸，加入到50mL烧杯中，并加入10mL去离子水配成质量浓度为0.15g/mL的抗坏血酸溶液；在磁力搅拌作用下，将抗坏血酸溶液滴加至阿拉伯胶-硫酸铜混合溶液中，升温至50℃，磁力搅拌反应1h，得到酒红色的纳米铜溶胶；将制得的纳米铜溶胶用高速离心机在10000r/min下离心15min，沉淀物用无水乙醇洗涤3次，在3000r/min下离心5min，真空干燥箱中烘干12h，得到黑色的纳米铜粒子。图1是以抗坏血酸和阿拉伯胶为还原剂和保护剂制得的纳米铜的透射电镜图片,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以抗坏血酸和阿拉伯胶作为还原剂和保护剂的纳米铜的绿色化制备方法，其特征在于具体步骤如下：（１）称取0.1～1 g阿拉伯胶加入到15～150 mL去离子水中，在磁力搅拌下使其溶解，配成阿拉伯胶溶液；（２）称取0.05～0.5 g五水合硫酸铜加入到5～50 mL去离子水中，在磁力搅拌下使其溶解，配成硫酸铜溶液；（３）将步骤（２）得到的硫酸铜溶液倒入到含有步骤（１）得到的阿拉伯胶溶液的烧瓶中，升温至40～60℃，磁力搅拌10～60 min，使二者混合均匀，得到阿拉伯胶‑硫酸铜混合溶液；（４）量取0.1～1 g 抗坏血酸，加入10～100 mL去离子水配置成质量浓度为0.01～0.5 g/mL的抗坏血酸溶液；（５）在磁力搅拌下，将步骤（４）得到的抗坏血酸溶液滴加到步骤（３）得到的阿拉伯胶‑硫酸铜混合溶液中，升温至40～60℃，在持续磁力搅拌下反应1～2 h，制得呈酒红色的纳米铜溶胶；（６）将步骤（５）制得的纳米铜溶胶用高速离心机在5000～10000 r/min转速下离心15～30 min，沉淀物用有机溶剂洗涤3～5次，在2000～3000 r/min转速下离心3～8 min，真空干燥箱中干燥6～24 h，得到黑色的纳米铜粒子。...

【技术特征摘要】
1.一种以抗坏血酸和阿拉伯胶作为还原剂和保护剂的纳米铜的绿色化制备方法，其特征在于具体步骤如下：（１）称取0.1～1g阿拉伯胶加入到15～150mL去离子水中，在磁力搅拌下使其溶解，配成阿拉伯胶溶液；（２）称取0.05～0.5g五水合硫酸铜加入到5～50mL去离子水中，在磁力搅拌下使其溶解，配成硫酸铜溶液；（３）将步骤（２）得到的硫酸铜溶液倒入到含有步骤（１）得到的阿拉伯胶溶液的烧瓶中，升温至40～60℃，磁力搅拌10～60min，使二者混合均匀，得到阿拉伯胶-硫酸铜混合溶液；（４）量取0.1～1g抗坏血酸，加入10～100mL去离子水配置成质量浓度为0.01～0.5g/mL的抗坏血酸溶液；（５）在磁力搅拌下，将步骤（４）得到的抗坏血酸溶液滴加到步骤（３）得到的阿拉伯胶-硫酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨正龙，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31