一种从溶液中分离金属纳米颗粒及纳米合金的方法

技术领域

本发明涉及纳米材料分离技术领域，具体为一种从溶液中分离金属纳米颗粒的方法。

背景技术

纳米材料(nanometer material)又称超微颗粒材料，其结构单元的尺寸介于1nm～100nm范围之间。纳米材料在光学、热学、电学、磁学、力学和化学等方面的性质与非纳米材料显著不同。纳米材料，如金属纳米颗粒材料，在复合材料、纳米催化剂、纳米光学器和半导体等领域中具有广泛的应用。

目前，制备金属纳米颗粒常用的方法为化学还原法，化学还原法具有简单、快速的优点。但化学还原法得到的金属纳米颗粒溶液还含有参与化学还原反应的多种试剂，因此，要得到金属纳米颗粒，还需进行后处理。常用的处理是反复高速离心，然而金属纳米颗粒的尺寸极小且具有独特的形貌，使得离心的分离效率较低。

发明内容

基于此，本发明提供了一种分离效率高的从溶液中分离金属纳米颗粒的方法。

一种从溶液中分离金属纳米颗粒的方法，包括：

在金属纳米颗粒溶液中加入第一溶剂和第二溶剂，离心分离，从而得到金属纳米颗粒；

其中，所述金属纳米颗粒溶液、所述第一溶剂与所述第二溶剂的体积比为1：(0.1～10

优选地，所述金属纳米颗粒溶液、所述第一溶剂与所述第二溶剂的体积比为1：(0.1～3)：(0.1～5)。

优选地，所述第一溶剂和所述第二溶剂各自独立选自乙酸乙酯、丙酮、戊烷、1,1,2-三氯三氟乙烷、环戊烷、庚烷、正己烷、异辛烷、石油醚、环己烷、氯化正丁酯、甲苯、甲基叔丁基醚、邻二甲苯、氯苯、邻二氯苯、乙醚、二氯甲烷、二氯乙烷、正丁醇、异丙醇、乙酸正丁酯、异丁醇、甲基异戊基酮、正丙醇、四氢呋喃、氯仿、甲基异丁基酮、甲基正丙基酮、甲基乙基酮、1,4-二恶烷、甲醇、吡啶、2-甲氧基乙醇、乙腈、碳酸丙烯酯、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜中的任意一种；其中，所述第一溶剂和所述第二溶剂为不相同的溶剂。

优选地，所述金属纳米颗粒为单金属纳米颗粒或纳米合金。

有益效果：

相较于现有的从溶液中分离金属纳米颗粒的方法，本文中采用双溶剂体系加入到金属纳米颗粒溶液中，进行离心分离。溶剂的使用种类少，并且本发明中的分离方法不用反复离心，减少了溶剂的使用量，达到了绿色环保的效果。本发明中的分离方法达到的分离效率大于99％，增加了金属纳米颗粒的产率。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例的金属纳米颗粒的分离过程。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本文提供了一种从溶液中分离金属纳米颗粒的方法，包括在金属纳米颗粒溶液中加入第一溶剂和第二溶剂，离心分离，从而得到金属纳米颗粒；金属纳米颗粒溶液、第一溶剂与第二溶剂的体积比为1：(0.1～10

本文中的金属纳米颗粒溶液中的金属纳米颗粒的浓度可以为全浓度范围。例如，金属纳米颗粒的浓度可以为0.067mol/L或0.0265mol/L。

本文中，金属纳米颗粒溶液、第一溶剂与第二溶剂的体积比可以为1：(0.1～3)：(0.1～5)。例如，金属纳米颗粒溶液、第一溶剂与第二溶剂的体积比可以为1:3:5，或者金属纳米颗粒溶液、第一溶剂与第二溶剂的体积比可以为1:1:1。

在另一些实施例中，金属纳米颗粒溶液、第一溶剂与第二溶剂的体积比可以为1：(0.9～1)：(0.2～0.6)。优选地，金属纳米颗粒溶液、第一溶剂与第二溶剂的体积比为1:0.9:0.6；或者金属纳米颗粒溶液、第一溶剂与第二溶剂的体积比为1:1:0.2、1:1:0.4或1:1:0.6。

作为加入到金属纳米颗粒溶液中的双溶剂体系，第一溶剂和第二溶剂各自独立选自乙酸乙酯、丙酮、戊烷、1,1,2-三氯三氟乙烷、环戊烷、庚烷、正己烷、异辛烷、石油醚、环己烷、氯化正丁酯、甲苯、甲基叔丁基醚、邻二甲苯、氯苯、邻二氯苯、乙醚、二氯甲烷、二氯乙烷、正丁醇、异丙醇、乙酸正丁酯、异丁醇、甲基异戊基酮、正丙醇、四氢呋喃、氯仿、甲基异丁基酮、甲基正丙基酮、甲基乙基酮、1,4-二恶烷、甲醇、吡啶、2-甲氧基乙醇、乙腈、碳酸丙烯酯、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜中的任意一种。第一溶剂和第二溶剂为不相同的溶剂。

双溶剂体系可以有效地将金属纳米颗粒从溶液中分离出来，例如，如图1所示，将金属纳米颗粒溶液、第一溶剂和第二溶剂混合，形成含有金属纳米颗粒的三溶剂体系，在震荡并离心后，将金属纳米颗粒从三溶剂体系中分离出来。

优选地，第一溶剂为乙醚、乙酸乙酯、戊烷、正丁醇或甲苯；第二溶剂为丙酮、1,1,2-三氯三氟乙烷、异丙醇、氯仿或氯苯。

第一溶剂和第二溶剂可以加入到单金属纳米颗粒溶液中，以分离单金属纳米颗粒，或者第一溶剂和第二溶剂可以加入到纳米合金溶液中，以分离纳米合金。

在第一溶剂和第二溶剂加入单金属纳米颗粒溶液或者纳米合金溶液后，可以进行震荡，使其混合均匀。

在一些实施例中，单金属纳米颗粒选自纳米金、纳米银、纳米钯、纳米镍、纳米钴、纳米铬、纳米锰、纳米钼、纳米钌、纳米铑、纳米钨、纳米锗、纳米锡、纳米铼、纳米锇、纳米铱、纳米铂、纳米铋、纳米铜和纳米铁中的任意一种，优选为纳米金或纳米银。

在一些实施例中，单金属纳米颗粒通过含有该单金属的金属盐经过化学还原而制得。金属盐可以为含有金、银、钯、镍、钴、铬、锰、钼、钌、铑、钨、锗、锡、铼、锇、铱、铂、铋、铜和铁中任意一种的金属盐。

在一些实施例中，纳米合金选自纳米金、纳米银、纳米钯、纳米镍、纳米钴、纳米铬、纳米锰、纳米钼、纳米钌、纳米铑、纳米钨、纳米锗、纳米锡、纳米铼、纳米锇、纳米铱、纳米铂、纳米铋、纳米铜和纳米铁中的至少任意两种组合，例如纳米合金选自非互溶纳米钯-铑合金、金-银合金、金-铬合金、金-钨合金、镍-钌合金、镍-铑合金、铜-钌合金、铜-锡合金、锇-铑合金、钯-镍合金、银-钯-镍合金、金-铬-钨合金、镍-钌-锡合金、钯-镍-钼-铑合金和银-钴-锡-锇合金中的任意一种。

纳米合金可以为将含有两种不同的金属盐混合，并经过化学还原而制得。

在一些实施例中，离心在1000～15000rpm的转速下进行。优选地，离心的转速为3000～12000rpm；更优选为9000rpm。

在一些实施例中，离心的时间为1～600min。优选地，离心的时间为1～10min；更优选为3min。

在一些实施例中，在离心除去上层液体后，将下层沉淀物在60～80℃下干燥处理，优选为60℃，干燥的时间可以为2～12h。

下面结合具体实施例对本文中内容作进一步说明。

实施例1纳米Pd-Rh合金的分离

将K

室温下，在离心管中加入纳米Pd-Rh合金的DEG溶液(10mL)，乙酸乙酯(10mL)和丙酮(2mL)，振荡离心管至管中产生泡沫，离心(9000rpm，3min)，然后去除上层液体，将留下的下层沉淀物放入烘箱(60℃，12h)中烘干(产率：100％)。

实施例2纳米Pd-Rh合金的分离

本实施例方案与实施例1基本相同，不同之处是本实施例中丙酮的加入量为4mL(产率：100％)。

实施例3纳米Pd-Rh合金的分离

本实施例方案与实施例1基本相同，不同之处是本实施例中丙酮的加入量为6mL(产率：100％)。

实施例4纳米Pd-Rh合金的分离

将K

室温下，在离心管中加入纳米Pd-Rh合金的DEG溶液(10mL)，乙醚(10mL)和丙酮(2mL)，振荡离心管至管中产生泡沫，离心(9000rpm，3min)，然后去除上层液体，将留下的下层沉淀物放入烘箱(60℃，12h)中烘干(产率：100％)。

实施例5纳米Pd-Rh合金的分离

本实施例方案与实施例4基本相同，不同之处是本实施例中乙醚的加入量为9mL(产率：100％)。

实施例6纳米Pd-Rh合金的分离

本实施例方案与实施例4基本相同，不同之处是本实施例中乙醚的加入量为30mL，丙酮的加入量为50mL(产率：100％)。

实施例7金纳米颗粒的分离

将AuCl

室温下，在离心管中加入纳米金的TEG溶液(10mL)，乙酸乙酯(10mL)和丙酮(2mL)，振荡离心管至管中产生泡沫，离心(9000rpm，3min)，然后去除上层液体，将留下的下层沉淀物放入烘箱(60℃，12h)中烘干(产率：100％)。

实施例8金纳米颗粒的分离

本实施例方案与实施例7基本相同，不同之处是本实施例中丙酮的加入量为4mL(产率：100％)。

实施例9金纳米颗粒的分离

本实施例方案与实施例7基本相同，不同之处是本实施例中丙酮的加入量为6mL(产率：100％)。

对比例1纳米Pd-Rh合金的分离

将K

室温下，在离心管中加入纳米Pd-Rh合金的DEG溶液(10mL)，乙酸乙酯(15mL)，振荡离心管至管中产生泡沫，离心(9000rpm，3min)，然后去除上层液体，将留下的下层沉淀物放入烘箱(60℃，12h)中烘干(产率：85％)。

对比例2纳米Pd-Rh合金的分离

本实施例方案与对比例1基本相同，不同之处是本实施例中纳米Pd-Rh合金的DEG溶液的加入量为10mL，丙酮的加入量为15mL(产率：85％)。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。