Способ получения коллоидного раствора наночастиц металла

Способ получения коллоидного раствора наночастиц металла

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано в различных областях, в частности в медицине, в электронной промышленности, нефтехимической промышленности.

Известен способ получения водорастворимой бактерицидной композиции, содержащей высокодисперсное металлическое серебро (заявка RU 94047448, А61К 31/79, 1996). Известный способ реализуется взаимодействием нитрата серебра с водно-спиртовым раствором поли-N-винилпирролидона-2 при следующих концентрациях ингредиентов, мас.%: поли-N-винилпирролидон-20,065-11,00; нитрат серебра 0,025-29,73; этиловый спирт 5,0-38,6; вода остальное до 100. Взаимодействие ведут в темноте при 65-75°С в атмосфере инертного газа.

Недостатком известного способа является невозможность получения коллоидного раствора серебра, свободного от примесей. Кроме того, способ достаточно сложен, поскольку требует ведение процесса в узком интервале температур и в атмосфере инертного газа.

Известен способ получения коллоидного раствора наночастиц металла путем растворения соли металла и водорастворимого полимера в воде и/или в неводном растворителе, продувания полученного раствора газообразным азотом или аргоном и облучения радиоактивным излучением (патент RU 2259871, B01J 13/00, 2005). В известном способе в качестве соли металла используют нитрат, перхлорат, сульфат или ацетат соответствующего металла.

Недостатком известного способа является невозможность получения высокочистого коллоидного раствора наночастиц металла, поскольку использование в способе нитратов, перхлоратов, сульфатов или ацетатов обусловливает наличие в растворе после обработки радиоактивным излучением соответствующего аниона (NO₃ ^-, ClO₄ ^-, SO₄ ^2-, СН₃СОО^-), загрязняющего конечный раствор. Кроме того, конечный раствор будет обладать некоторым остаточным ур7овнем радиации.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ получения коллоидного раствора наночастиц металла, обеспечивающий высокую чистоту конечного раствора за счет полного отсутствия примесного содержания анионов соответствующих солей.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения коллоидного раствора наночастиц металла, включающем растворение соли соответствующего металла в воде или неводном растворителе с последующим воздействием на полученный раствор физическим фактором, в котором в качестве соли металла используют йодид золота или йодид серебра, а воздействие осуществляют путем продувания через раствор газообразного оксида углерода (II), после чего раствор нагревают до температуры не более 50°С или добавляют органическую жидкость, не смешивающуюся с водой или неводным растворителем.

При этом в качестве органической жидкости используют четыреххлористый углерод в количестве не более чем 0,1 объема полученного раствора.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения коллоидного раствора наночастиц золота или серебра с использованием в качестве исходной соли йодида соответствующего металла, а воздействие осуществляют путем продувания через раствор газообразного оксида углерода (II), после чего раствор нагревают до температуры не более чем 50°С или добавляют органическую жидкость, не смешивающуюся с водой.

Использование для получения коллоидного раствора наночастиц золота или серебра в качестве исходной соли йодида соответствующего металла позволяет получить раствор высокой чистоты за счет полного отсутствия в нем даже примесных количеств аниона исходной соли, поскольку в предлагаемых условиях восстановления металла до металлического состояния, анион йода также переходит в элементарное состояние, после чего может быть полностью удален из полученного коллоидного раствора наночастиц металла. Растворение исходной соли в воде или неводном растворителе создает условия, при которых восстановленные до металлического состояния частицы металла, имея наноразмеры, не имеют возможности к агломерации, поскольку разделены молекулами воды или неводного растворителя.

Очистка полученного коллоидного раствора от йода возможна нагреванием, при этом температурный интервал ограничен до 50°С, поскольку при этой температуре йод, будучи летучим компонентом, полностью переходит в газовую фазу, или добавлением органической жидкости, например, четыреххлористого углерода, при этом хорошая растворимость йода в четыреххлористом углероде обусловливает использование его в небольшом количестве (не более чем 0,1 объема полученного раствора).

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом.

Готовят насыщенный раствор йодида золота или серебра путем тщательного перемешивания воды или неводного растворителя, например метанола, с крупными кристаллами или таблетками йодида металла. После сливания раствора в реакционную емкость, помещенную в тягу, получение коллоидного раствора наночастиц металла осуществляют путем продувания при перемешивании через раствор газообразного оксида углерода (II). В результате реакции восстановления образуются металл в металлическом состоянии в виде наночастиц, элементарный летучий йод и газообразный диоксид углерода. При этом крупные частицы быстро и полностью переходят в донную фазу, не загрязняя раствор. Кроме того, в растворе устанавливается равновесие: йодид металла диссоциирует на катион металла и анион йода. С учетом того, что растворимость металлов, как правило, невелика, частицы металла образуются наноразмерного уровня. Таким образом, в результате реакции разложения образуются металл в виде наночастиц и элементарный йод. Смесь нагревают до температуры не более 50°С и выдерживают в течение 10 мин, в результате йод переходит из жидкой в газовую фазу и полностью испаряется. Возможно добавление в раствор органической жидкости, не смешивающейся с водой и с высокой растворимостью по йоду, например, четыреххлористый углерод в количестве не более чем 0,1 объема полученного раствора. Смесь выдерживают, а затем разделяют с помощью делительной воронки.

По данным химического анализа получают коллоидный раствор высокой чистоты, не содержащий посторонних примесей, с частицами металла на наноразмерном уровне. Полученный коллоидный раствор стабилен в течение длительного времени. Предлагаемым способом могут быть получены коллоидные растворы серебра или золота.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Берут 1 г крупных кристаллов йодида золота. В темном помещении помещают в емкость с водой и тщательно перемешивают в течение 1 часа, осадок отделяют сливанием раствора в реакционную емкость, через которую медленно пропускают при перемешивании оксид углерода (II) в количестве 5,5 л. Затем полученный раствор нагревают до температуры 50°С и выдерживают в течение 10 минут.

По данным химического анализа полученный раствор не содержит примесей. В полученном растворе равномерно распределены частицы золота наноразмера (см. фиг.1).

Пример 2. Берут 1 г крупных кристаллов йодида серебра AgJ (с учетом, что произведение растворимостей соединения равно 1,5·10^-16, концентрация серебра в приготовленном растворе составит 1,2·10^-8). В темном помещении помещают в емкость с водой и тщательно перемешивают в течение 1 часа, осадок отделяют сливанием раствора в реакционную емкость, через которую медленно пропускают при перемешивании оксид углерода (II) в количестве 5,5 л. Затем в раствор добавляют 10 мл четыреххлористого углерода и выдерживают при перемешивании 10 мин. Полученные растворы разделяют с помощью делительной воронки.

По данным химического анализа полученный раствор не содержит примесей. В полученном растворе равномерно распределены частицы серебра наноразмера (см. фиг.2).

Таким образом, авторами предлагается способ получения коллоидного раствора наночастиц металла, обеспечивающий получение раствора высокой чистоты, стабильного в течение длительного времени, не обладающего побочным отрицательным действием.

1. Способ получения коллоидного раствора наночастиц металла, включающий растворение соли соответствующего металла в воде или неводном растворителе с последующим воздействием на полученный раствор физическим фактором, отличающийся тем, что в качестве соли металла используют йодид золота или йодид серебра, а воздействие осуществляют путем продувания через раствор газообразного оксида углерода (II), после чего раствор нагревают до температуры не более чем 50°С или добавляют органическую жидкость, не смешивающуюся с водой или неводным растворителем.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органической жидкости используют четыреххлористый углерод в количестве не более чем 0,1 объема полученного раствора.