纳米银的环保制备及其性能研究

论文摘要

由于其优良的传热性、导电性、表面活性和催化性能,纳米银在光学、催化、微电子、生物传感、抗菌等领域具有很大的潜在应用价值。传统方法在制备纳米银的过程中使用的强还原性物质容易引起环境污染,并且在加入还原剂的同时还需要加入其他试剂作为分散剂等使用,这使反应过程中参数控制更加复杂。为克服以上不足,改进纳米银的制备方法,使制备过程更加环保、更加简单、成本更低,本文中采用了天然生物高分子同时作为还原剂和分散剂的方法。天然生物高分子是一种环保的试剂,广泛应用于食品、生物材料等领域。使用天然生物高分子作为原料一方面使制备过程不会产生对环境的损害,同时只采用一种试剂也减少了反应过程中试剂的用量,降低了成本,简化了反应过程。本文首先采用富含天门冬氨酸和谷氨酸的丝胶蛋白（SS）作为还原剂和分散剂合成了尺寸均匀且呈单分散的纳米银颗粒,并进一步研究了利用桑蚕丝加工中用纯碱脱胶后的脱胶溶液作为原料来合成纳米银,并用MIC值（阻碍细菌繁殖的抗菌剂最小浓度）评价了其抗菌性能。由于SS只能制得球形的纳米银,而各向异性的纳米银如片状纳米银具有与球形纳米银不同的性能,最后本文采用透明质酸（HA）这一黏多糖制备了片状的纳米银,通过显微拉曼检测了该片状纳米银的表面增强拉曼光谱（SERS）性能。在上述实验过程中,利用紫外可见光谱仪（UV-Vis）、X射线粉末衍射仪（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、透射电子显微镜（TEM）等研究了反应条件对反应速率和制备的粒子的形貌、尺寸的影响。结果表明:用SS在75°C、pH=11、SS/Ag+为0.025/1、反应2 h后可以得到粒径在5 nm左右分散性良好的球形纳米银颗粒,该颗粒在室温下放置2个月未见沉淀。SS含量为1%的桑蚕丝脱胶溶液恰好与12.5 mM Ag+完全反应,在反应温度为75°C、pH=11、丝胶蛋白含量为1%的桑蚕丝脱胶溶液与12.5 mM Ag+反应后得到的纳米银颗粒平均粒径为16.3 nm,该颗粒对大肠杆菌和金色葡萄球菌的MIC值分别为25 ppm和55 ppm。在反应温度为70°C、pH=11,HA/Ag+为0.05/1下反应2 h制得晶种,然后将晶种置于水热反应釜中,在70°C下陈化48 h后得到了片状的纳米银,该片状的纳米银具有优良的SERS性能。综上,本文成功的利用两种天然生物高分子丝胶蛋白和透明质酸既做还原剂又做分散剂合成了球形和片状的纳米银颗粒,并利用丝胶蛋白的实验结果,探索了桑蚕丝脱胶溶液的再利用,同时也发现相对于球形颗粒,片状纳米银颗粒具有优良的SERS性能。本研究为纳米银的环保制备方法提供了新的思路与途径,同时也为纳米材料的应用做了进一步的探索,对于纳米材料这一新兴产业具有积极的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米银的性能及应用
• 1.1.1 抗菌材料
• 1.1.2 催化作用
• 1.1.3 光学领域中的应用
• 1.1.3.1 表面增强拉曼散射
• 1.1.3.2 表面荧光增强
• 1.1.3.3 三阶非线性效应
• 1.2 纳米银的一般制备方法
• 1.2.1 化学还原法
• 1.2.2 光还原法
• 1.2.3 电化学还原法
• 1.2.4 微乳液法
• 1.2.5 激光烧蚀法
• 1.2.6 辐射法
• 1.3 纳米银的环保制备方法
• 1.3.1 多糖法
• 1.3.2 Tollens 法
• 1.3.3 光致还原法
• 1.3.4 生物法
• 1.3.5 多金属氧酸盐（POM）法
• 1.4 透明质酸研究现状
• 1.4.1 透明质酸的组成和结构
• 1.4.2 HA 的应用
• 1.5 丝胶研究现状
• 1.5.1 桑蚕丝胶蛋白的组成和结构
• 1.5.2 桑蚕丝胶蛋白的性能
• 1.5.3 桑蚕丝胶蛋白的应用
• 1.6 论文的研究意义、依据和内容
• 1.6.1 论文的研究意义
• 1.6.2 论文的研究依据
• 1.6.3 论文的研究内容
• 第二章 球形纳米银的制备和表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验材料和仪器
• 2.2.2 实验步骤
• 2.2.2.1 试剂配置
• 2.2.2.2 纳米银的制备
• 2.2.3 样品的表征
• 2.2.3.1 紫外可见光谱分析（UV-Vis）
• 2.2.3.2 X 射线衍射观察（XRD）
• 2.2.3.3 激光粒度仪分析（DLS）
• 2.2.3.4 透射电镜观察（TEM）
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 反应时间的影响
• 2.3.2 反应温度的影响
• 2.3.3 反应体系pH 的影响
• + 摩尔比的影响'>2.3.4 SS/Ag⁺摩尔比的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 以桑蚕丝脱胶溶液制备纳米银及其抗菌性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料与仪器
• 3.2.2 实验步骤
• 3.2.3 样品的表征
• 3.2.3.1 紫外可见光谱分析（UV-Vis）
• 3.2.3.2 X 射线衍射观察（XRD）
• 3.2.3.3 激光粒度仪分析
• 3.2.3.4 透射电镜观察（TEM）
• 3.2.4 样品的抗菌性能测试
• 3.3 实验结果与分析
• 3.3.1 桑蚕丝脱胶溶液与硝酸银完全反应的浓度比
• 3.3.2 反应时间的影响
• 3.3.3 样品的微观表征
• 3.3.4 样品的抗菌性能测试
• 3.4 本章小结
• 第四章 片状纳米银的制备和表征
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料与仪器
• 4.2.2 实验步骤
• 4.2.3 样品的表征
• 4.2.3.1 紫外可见光谱分析（UV-Vis）
• 4.2.3.2 X 射线衍射观察（XRD）
• 4.2.3.3 激光粒度仪分析
• 4.2.3.4 透射电镜观察（TEM）
• 4.2.3.5 场发射扫描电镜观察（FE-SEM）
• 4.2.3.6 表面增强拉曼光谱（SERS）
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 晶种的制备
• 4.3.1.1 反应时间的影响
• 4.3.1.2 反应温度的影响
• 4.3.1.3 反应体系pH 的影响
• + 摩尔比的影响'>4.3.1.4 HA/Ag⁺摩尔比的影响
• 4.3.2 片状纳米银的制备
• 4.3.3 片状纳米银的SERS 性能
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录