Способ получения наноструктурных металлических частиц

Изобретение относится к получению наноструктурных металлических частиц, используемых в различных областях техники и медицины. Способ получения наноструктурных металлических частиц включает сорбцию ионов металла на катионите, десорбцию ионов металла водой и восстановление десорбированных ионов металла. При этом десорбцию ионов осуществляют из катионита, содержащего ионов до 35% от полной обменной емкости (ПОЕ) катионита. Десорбцию и восстановление ведут путем отмывания катионита водой в раствор вещества из группы флавоноидов. При сорбции используют ионы металлов Ag, Сu, Ni, Fe, Cd. Десорбцию ионов металлов осуществляют в раствор флавоноидов с концентрацией в диапазоне 2·10^-5-30·10^-5 М до концентрации ионов металлов в диапазоне 2·10^-4-5·10^-3 М. Техническим результатом изобретения является получение наночастиц при ПОЕ катионитов, большей чем 15%, расширение ассортимента получаемых наночастиц металлов в системе катионит-водный раствор ионов, увеличение стабильности дисперсий металлов, предохранение наночастиц от окисления. 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к получению наноструктурных металлических частиц, используемых в различных областях техники и медицины.

Известен способ получения наноструктурных металлических частиц серебра с помощью катионитов (Буиклинский и др. Химия твердого тела и современные микро и нанотехнологии. VII международная конференция. Кисловодск-Ставрополь: СевКавГТУ, 2008, с.3-4). Предварительно катионит КУ-2-8 кондиционируют по стандартной методике, переводя в Na⁺-форму. Далее ионообменник из Na⁺-формы переводят в смешанную форму Na⁺/Ag⁺ путем приведения в контакт с изомолярной серией растворов, содержащих AgNO₃ и NaNO₃ (суммарную концентрацию по катионам поддерживают 0,1М); после достижения равновесия образцы отмывают бидистиллированной водой; затем проводят восстановление поглощенных и отмытых Ag⁺ свежеприготовленным раствором борогидрида натрия. В образцах с малым содержанием ионов серебра (менее 15% полной обменной емкости (ПОЕ) катионита по серебру) наблюдается синтез наночастиц серебра размером 2-60 нм. Недостаток вышеизложенного способа заключается в том, что с его помощью нельзя получить наночастицы металлов при ПОЕ, большей 15%. Кроме того, наночастицы меди и других металлов не образуются этим способом.

Известен способ получения наноструктурных металлических и биметаллических частиц путем восстановления ионов металлов в системе обратных мицелл (патент РФ №2147487, МПК В22F 9/24, 2000). Способ включает приготовление обратномицеллярной дисперсии восстановителя на основе поверхностно-активного вещества (ПАВ) в неполярном растворителе, причем в качестве восстановителя применяют вещества из группы флавоноидов. В качестве ПАВ используют бис-2-этилгексил сульфосукцинат натрия (АОТ), а в качестве неполярного растворителя применяют вещество из группы предельных углеводородов. Недостатком этого способа является использование огнеопасных растворителей, дорогостоящего ПАВ АОТ и трудность выделения наночастиц из системы обратных мицелл.

Технической задачей изобретения является получение наночастиц при ПОЕ катионитов, большей чем 15%, расширение ассортимента получаемых наночастиц металлов, кроме серебра, в системе катионит-водный раствор ионов, увеличение стабильности дисперсий металлов, предохранение наночастиц от окисления.

Указанная выше задача решается тем, что в известном способе получения наноструктурных металлических частиц восстановление ионов, десорбированных из катионита, осуществляется флавоноидами, например рутином или кверцитином (флавоноиды описаны в Химической энциклопедии, т.1, M.: Советская энциклопедия, 1990, с.731.). Восстановление ионов металла происходит через образование комплекса ион металла-флавоноид. Флавоноиды содержат много гидроксильных, кетонных, эфирных групп, которые могут выступать в роли доноров электронов, а ионы металлов выступают в роли акцепторов электронов. Использование флавоноидов позволяет, во-первых, получить наночастицы при ПОЕ катионитов больше чем 15%, расширить ассортимент получаемых наночастиц металлов, увеличить стабильность дисперсий, предохранить наночастицы от окисления.

Способ осуществляют следующим образом. Вначале переводят катионит КУ-2-8 по стандартной методике в Na⁺ - форму. Затем смешанную форму Na⁺/Meⁿ⁺ путем приведения в контакт с изомолярной серией, содержащей азотнокислую соль натрия и азотнокислую соль металлов Ag, Сu, Ni, Fe, Cd. Суммарная концентрация растворов по катионам должна быть 0,1 M. После наступления равновесия образцы отмывают бидистиллированной водой до концентрации катионов в воде в пределах 2·10^-4-5·10^-3 M. При концентрации, меньшей 2·10^-4 M, не удается полностью осуществить реакцию восстановления, что снижает выход готового продукта. Повышение концентрации сверх 5·10^-3 M не целесообразно, так как оно не сопровождается ростом выхода конечного продукта и приводит лишь к затратам солей металлов. Отмывание образца водой осуществляют в раствор флавоноидов. Концентрацию флавоноидов выбирают из диапазона 2·10^-5-30·10^-5 М. Уменьшение концентрации флавоноидов менее 2·10^-5 M не позволяет получить заметную концентрацию наночастиц. Больший предел концентрации, по-видимому, определяется ассоциацией флавоноидов. Самоассоциация флавоноидов ухудшает их восстановительные свойства.

Контроль за формированием наночастиц и оценку их стабильности осуществляют спектрофотометрически по изменениям основных характеристик спектров оптического поглощения дисперсии (положение максимума и полуширины полосы поглощения). Неизменность спектра со временем хранения дисперсии служит характеристикой стабильности дисперсии против расслоения и неокисляемости наночастиц. Ниже приведены примеры реализации изобретения получения наноструктурных частиц серебра, меди.

Пример 1. Хроматографическую колонку с внутренним диаметром 10 мм и высотой 200 мм заполняют сульфокатионитом КУ-2-8. По стандартной методике определяют ПОЕ. По стандартной методике катионит переводят в Na⁺ - форму, затем смешанную форму Na⁺/Ag⁺ путем приведения в контакт с изомолярной серией растворов, содержащих AgNO₃ и NaNO₃. Суммарная концентрация по катионам должна быть 0,1 М. После наступления равновесия определяют количество поглощенного серебра 32% от ПОЕ. Образец с 32% поглощенного серебра отмывают бидистиллированной водой в 30·10^-5 М раствор кверцитина до тех пор, пока концентрация ионов серебра в этом растворе достигнет 5·10^-3 М. После перемешивания получают опалесцирующий раствор с интенсивной полосой поглощения λ_max=416±2 нм, характерной для наночастиц серебра. Спектр не изменяет своих характеристик семь суток после получения раствора. Следовательно, дисперсия стабильна в течение этого времени, а наночастицы серебра не окисляются.

Пример 2. Как описано в примере 1, готовят систему с содержанием ионов меди на катионите КУ-2-8 35% от ПОЕ. Этот образец отмывают бидистиллированной водой в 2·10^-5 М раствор рутина до тех пор, пока в этом растворе концентрация ионов меди достигнет 2·10^-4 M. После перемешивания получают опалесцирующий раствор с полосой поглощения λ_max=426±2 нм, характерной для наноструктурных частиц меди. Спектр не изменяет своих характеристик после пяти суток получения раствора.

Как следует из приведенных выше примеров, настоящее изобретение позволяет получать другие наноструктурные металлические частицы, кроме серебра, придать стабильность дисперсии, предохранить наночастицы от окисления. Кроме того, можно получить наночастицы при ПОЕ катионита больше чем 15%.

1. Способ получения наноструктурных металлических частиц, включающий сорбцию ионов металла на катионите, десорбцию ионов металла водой и восстановление десорбированных ионов металла, отличающийся тем, что десорбцию ионов осуществляют из катионита, содержащего ионов до 35% от полной обменной емкости катионита, и десорбцию и восстановление ведут путем отмывания катионита водой в раствор вещества из группы флавоноидов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют ионы металлов Ag, Сu, Ni, Fe, Cd.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что десорбцию ионов осуществляют в раствор флавоноидов с концентрацией в диапазоне 2·10^-5-30·10^-5 М до концентрации ионов металлов в диапазоне 2·10^-4-5·10^-3 М.