[發明專利]一種內嵌銀納米顆粒碳微球的制備方法

有效

• 申請號: 201610020077.4
• 申請日: 2016-01-13
• 公開（公告）號: CN105660620B
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 顏流水;馬文天;郭會琴;李可心
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: A01N25/08
• 分類號: A01N25/08;A01N25/26;A01N59/16;A01P1/00;A01P3/00
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所36111
• 代理人: 劉凌峰

技術領域

本發明涉及一種具有特殊形貌、內嵌銀納米顆粒的生物質碳微球的制備方法，特別是涉及一種金屬-碳復合材料的制備方法。

背景技術

因為工業化進程和社會發展，世界上很多國家都面臨著大氣污染這一嚴峻問題，自十九世紀三十年代至今，霧霾肆虐近百年，英國，俄羅斯，墨西哥，印度，巴西等許多國家都曾經或正在面臨著霧霾這一嚴峻問題。近年來，中國多地區多次爆發大規模霧霾天氣，近七分之一的國土被霧霾“吞噬”，20個城市陷入重度及以上大氣污染，這引起了廣泛的關注。霧霾是大量人為排放的污染物在特定氣象條件下積聚造成的，高濃度的細顆粒物（粒徑小于或等于2.5μm的顆粒物，簡稱為PM2.5）或氣溶膠污染是霧霾的根本成因。根據報道，氣溶膠粒子可對人體呼吸系統、心血管系統、免疫系統、生殖系統、神經系統、和遺傳系統產生有害影響；有關方面科學家對北京霧霾空氣中的微生物進行了鑒定，發現其中約有1300種微生物，且部分已知物種會引發人類的過敏和肺部疾病。因此，研究開發一種具有良好吸附及抗菌性能的復合材料，將有望用于新型霧霾防護用具的開發利用。

碳微球是一種具有規整的球形結構以及良好的導熱導電性能和熱穩定性的碳材料，其表面含有大量的羧基、羥基等活性含氧官能團，能與多種分子、離子以及其它官能團結合形成新型功能碳材料，是一種性能優良的載體和吸附劑。目前常以煤、合成樹脂、瀝青等為原料，采用液相法和氣相化學沉積法制備碳微球，但這些方法有著成本高、工藝復雜、工業化困難等不足。近期研究表明，采用生物質水熱碳化技術，可得到尺寸均一、形貌較好的碳微球。同時，制備碳微球所采用的原料已經由單糖、多糖、呋喃等純碳水化合物逐漸擴展至廢棄生物質，如：果殼、樹葉、蝦殼等。制備手段上，相對高溫高壓的水熱氣化和水熱液化相比，水熱碳化所需溫度和壓力都較低，具有條件相對溫和，節能、清潔、綠色等優點，與廢棄生物質的高值化利用相結合，極符合我國目前低碳環保的要求。

銀離子和含銀化合物可以殺死或抑制細菌、病毒、藻類和真菌，具有廣譜的抗菌效果，又被稱為親生物金屬，因此，納米銀常被用作抗菌材料。傳統的納米銀顆粒的制備方法主要有物理法和化學法，如電子束蒸發沉積法、光催化還原法、溶劑熱還原法等，這些方法各有優缺點。其中溶劑熱還原法具有設備簡單、操作方便、能耗相對較低、原料相對廉價易得、制得的納米銀產率高、純度高、結晶良好、顆粒大小和形狀可控等諸多優點。

銀納米顆粒除了具有良好的抑菌、殺菌效果外，還可以用于催化甲烷氨氧化制備氫氰酸反應、二烯烴的選擇性加氫制單烯烴反應、乙烯選擇性氧化制環氧乙烷反應、甲醇選擇性氧化制甲醛反應等。此外，銀納米顆粒在繼承電路、制備染料電池、化學電池和光化學電池中也有著重要的應用。

文獻報道了一些載銀碳材料(Appl. Surf. Sci. 2014, 292: 480-487; Appl. Surf. Sci. 2008, 255:435-438; CN 103548875 B)以及碳包銀核殼結構復合材料(Langmuir. 2005, 21, 6019-6024)的制備，其產物可以有效抑制細菌粘附和生長，但目前仍存在許多不足：如器械、原材料昂貴，載體上金屬納米顆粒負載量小、分散性差、易脫落，有機試劑的引入導致材料具有一定的生物毒性等。本發明以農林廢棄物——油茶果殼為原料，通過水熱法制備碳微球載體；以硝酸銀為銀源，碳微球為載體，通過溶劑熱法或水熱法制備內嵌銀納米顆粒的碳微球。本發明方法中原料價廉易得，實現了農林廢棄物的高值化開發利用；制備方法為水熱法或溶劑熱法，方法簡便易行，制備過程中可實現不引入有毒有機溶劑，降低了材料的生物組織毒性，有望應用于醫用生物材料；制備出的銀納米顆粒純度較高，晶型好；制備得到的內嵌銀納米顆粒碳微球載銀量大，碳球表面及內部均負載有銀納米顆粒且粒徑較均勻，分散性好；封裝在碳微球內部的銀納米顆粒由于外包碳從而避免了銀納米顆粒在空氣中氧化，這種封裝特性有望用于解決一些金屬顆粒在納米尺寸時易被氧化的問題，進一步拓展不穩定的納米材料的實際應用空間；文獻報道 (Appl. Mater.Interfaces. 2015, 7: 10634-10640) 一種使用熱解碳對水體中銀離子進行吸附并使用熱解碳表面的羥基、羧基等官能團對銀離子進行原位還原固定的方法，本發明中使用的水熱碳微球表面具有大量羥基、羧基、羰基等官能團，有望將水體中銀離子的去除與內嵌銀納米顆粒碳微球的制備相結合，降低制備成本；本方法有望用于更多內嵌金屬納米顆粒 (如：Au、Pt、Pd等) 碳微球的制備。

發明內容