СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА
METHOD OF PRODUCTION OF SILVER NANOPARTICLES

Изобретение относится к области получения наноразмерных частиц серебра и может быть использовано в технологиях, связанных с применением ультрадисперсных порошков серебра.
Изобретение относится к области получения ультрадисперсных металлов и может быть использовано в нанотехнологиях, связанных с применением ультрадисперсных порошков серебра, например, в химической отрасли.
Известен способ получения наночастиц серебра, включающий химическое восстановление из раствора соли серебра в среде органического растворителя с получением в осадке наночастиц серебра, отличающийся тем, что предварительно смешивают 4%-ный раствор нитрата серебра в этиловом спирте с 1%-ным раствором гидроксида натрия в этиловом спирте с получением осадка оксида серебра, далее получают аммиачный раствор оксида серебра в этиловом спирте путем пропускания газообразного аммиака до полного растворения осадка, а восстановление серебра осуществляют из аммиачного раствора оксида серебра в этиловом спирте под воздействием акустической кавитации в течение 5-15 мин в присутствии этиленгликоля, диэтиленгликоля или глицерина, взятых в качестве органического растворителя, см. патент РФ №2448810. Данный способ упрощает процесс получения наночастиц серебра. Недостатком способа является сложность процесса, связанная с необходимостью проведения процесса восстановления серебра из аммиачного раствора оксида серебра в этиловом спирте под воздействием акустической кавитации в присутствии этиленгликоля, диэтиленгликоля или глицерина, взятых в качестве органического растворителя.
Известен способ получения монодисперсных и стабильных наночастиц металлического серебра, включающий приготовление водного раствора соли серебра, содержащего от 0,01% до 20 вес.% растворимой соли серебра, приготовление водного раствора восстановителя, содержащего от 0,01% до 20 вес.% соединения из группы танинов, смешивание этих водных растворов для проведения реакции между ними, отделение маточного раствора от наночастиц серебра, полученных в упомянутой реакции, отличающийся тем, что реакцию осуществляют путем смешивания этих растворов и регулирования pH в диапазоне величин от 10,5 до 11,5, см. патент РФ №2430169. Для изменения pH раствора восстановителя используют гидроксид, выбираемый из группы, в которую входят гидроксиды натрия, калия, аммония и аммиак. Продукт, получаемый данным способом, имеет средний размер частиц около 10-20 нм, если pH раствора соли серебра также регулируют в диапазоне щелочной среды с pH вплоть до величины 11,5. Недостатком данного способа является использование в качестве восстановителя соединения из группы таннинов, которые являются дефицитными и малодоступными реагентами.
Известен способ получения порошка серебра, включающий осаждение хлорида серебра из раствора нитрата серебра водорастворимым хлоридом, обработку суспензии хлорида серебра, восстановление серебра из суспензии, промывку осадка порошка серебра, сушку и просев, отличающийся тем, что хлорид серебра осаждают при температуре 20-50°C при pH 1-5 с декантацией маточного раствора, обработку суспензии свежеосажденного хлорида серебра проводят раствором гидроксида щелочного металла с концентрацией в реакционной среде 12-200 г/л, восстановление серебра проводят формалином, или формиатом аммония, или формиатом натрия при температуре 40-90°C при их подаче в течение 10-60 мин при перемешивании до прекращения газовыделения, промывку осадка порошка серебра осуществляют последовательно деионизованной водой, нагретой до 40-70°C, раствором аммиака и деионизованной водой, осадок сушат при температуре 70-120°C и просеивают через сито с размером ячейки 250 мкм, см. патент РФ №2283208. Промывки осадка порошка серебра осуществляют раствором аммиака с его концентрацией 2-10%, а затем деионизированной водой до проводимости не более 20 мкСм/см. Недостатком способа является крупнодисперсность полученного порошка серебра и сложность процесса, связанная с использованием восстановителя для осаждения серебра.
Известен способ получения дисперсии наноразмерных порошков металлов, включающий проведение окислительно-восстановительной реакции формиата соответствующего металла в среде углеводородов с добавлением серосодержащих поверхностно-активных веществ (ПАВ) под действием энергии ультразвуковых колебаний, отличающийся тем, что в качестве серосодержащих ПАВ используют алкилиолы, диалкилсульфиды, диалкилдисульфиды, диалкилтиокарбаматы или алкилтиофенолы, при этом ПАВ добавляют в количестве, определяемом из расчета образования на наночастицах, по меньшей мере, мономолекулярного слоя, см. патент РФ №20204. В реакционную смесь погружают металлический излучатель ультразвуковых колебаний и облучают смесь до полного разложения формиата металла с получением наночастиц металла, покрытых стабилизатором. Известным способом получают устойчивые дисперсии наночастиц золота, платины, кадмия, железа, кобальта, а также серебра в различных углеводородах. Недостатком способа является ограниченность способа, который применим только для соединения металлов в виде формиата. В результате осуществления способа получают устойчивую дисперсию наночастиц серебра в среде углеводородов, которая находит узкое применение.
3
4
3
60
Известен способ получения препарата мицеллярного раствора стабильных металлсодержащих наноструктурных частиц, включающий приготовление обратномицеллярной дисперсии на основе раствора поверхностно-активного вещества в неполярном растворителе, введение раствора соли металла и восстановление ионов металла, отличающийся тем, что перед восстановлением дисперсию перемешивают или проводят ее ультразвуковую обработку, после чего ее деаэрируют, а восстановление ведут сольватированными электронами и радикалами, генерируемыми при воздействии на дисперсию ионизирующего излучения, см. патент РФ №2322327. В обратномицеллярную дисперсию вводят соли по меньшей мере одного металла, выбираемого из группы, состоящей из золота, меди, железа, платины, палладия, цинка, кобальта, марганца, титана, никеля, а также серебра. В качестве соли металла используют нитрат, сульфат, перхлорат, ацетат или формиат металла в виде водного, водно-спиртового или водно-аммиачного растворов. Используют соли серебра AgNO, AgClO, AgAOT, CHCOOAg. Процесс восстановления сольватированными электронами и радикалами проводят в интервале поглощенных доз от 1 до 60 кГр ионизирующим Y-излучением CO, для получения мицеллярного раствора стабильных металлсодержащих наноструктурных частиц используют систему, содержащую реактор с мицеллярным раствором солей ионов металлов, размещенный в помещении с биологической противорадиационной защитой и источником ионизирующего Y-излучения. Достоинством известного способа является исключение использования восстановителя, поскольку восстановление ионов металла ведут сольватированными электронами и радикалами, генерируемыми при воздействии на дисперсию ионизирующим излучением.
Недостатком данного способа является сложность осуществления процесса из-за необходимости применения радиоактивного излучения.
Все известные способы получения наночастиц серебра имеют общий недостаток, заключающийся в сложности и длительности процесса их реализации и низком выходе частиц серебра.
Задачей изобретения является упрощение процесса получения наночастиц серебра и повышение выхода частиц серебра.
Согласно изобретению cпособ получения наночастиц серебра характеризуется тем, что проводят синтез сереброборатного стекла, выработанного из шихты для синтеза сереброборатного стекла, содержащей от 2 до 38 мол.% оксида серебра в слое толщиной 4 мм, а затем осуществляют экспонирование стекла при естественном солнечном свете или при рентгеновском облучении с образованием поверхностной пленки из наночастиц серебра.
Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в том, что под действием солнечного света происходит восстановление ионов серебра до атомарного состояния и образование поверхностной пленки из наноразмерного атомарного серебра. Электрон взаимодействует с ионом серебра с получением металлического серебра:
+
-
Ag+e→Ag
Это позволяет обеспечить высокий выход частиц серебра при незначительной продолжительности процесса.
2
2
Сущность изобретения поясняется иллюстративными материалами, где на фиг.1а изображен внешний вид сереброборатных стекол: с содержанием AgO до 5 мол. % (а), на фиг.1б - то же с содержанием AgO 5-38 мол. % (б), на фиг.1в - во всей области синтезированных составов после пребывания на воздухе при солнечном освещении.
Заявленный способ иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Предварительно приготавливают путем перемешивания шихту для синтеза сереброборатного стекла и проводят плавку шихты при определенном температурно-временном режиме. Вырабатывают стекло в тонком слое. Образцы стекла помещают на освещаемую открытую поверхность. В результате диффузии ионов серебра происходит их движение к поверхности стекла. Под действием естественного солнечного освещения происходит восстановление ионов серебра до атомарного состояния. Образуется поверхностная пленка из наноразмерного атомарного серебра.
Стекло приобретает темно-коричневый цвет. Получают частицы серебра с размером частиц D<15 нм.
α
Пример 2. Предварительно приготавливают путем перемешивания шихту для синтеза сереброборатного стекла и проводят плавку шихты при определенном температурно-временном режиме. Вырабатывают стекло в слое толщиной 4 мм. Образцы стекла подвергают рентгеновскому облучению CuK в течение 10 мин. В результате диффузии ионов серебра происходит их движение к поверхности стекла. Под действием рентгеновского облучения происходит восстановление ионов серебра до атомарного состояния. Образуется поверхностная пленка из наноразмерного атомарного серебра.
Стекло приобретает темно-коричневый цвет. Получают частицы серебра с размером частиц D=3-10 нм.
Предлагаемый способ позволяет упростить процесс получения наночастиц серебра за счет исключения применения реагента - восстановителя, и обеспечить высокий выход целевого продукта.