发布时间 : 星期一 文章纳米铜胶体的制备和分散稳定性的研究 - 图文更新完毕开始阅读
为保证反应中CuSO4能被充分还原，取CuSO4:KBH4?4:1
在反应体系中生成的纳米铜与二价铜离子可能会发生反应如下反应： Cu2??Cu?2Cu (2.3)
?如果这个反应不可逆地向右进行，被还原出来的铜就不能稳定地存在，此反应的平
[C]K?u??1.2?106
衡常数为：[Cu]2?这个值很大，因此Cu+较不稳定，可以形成稳定的铜粉。
EDTA在加入到KOH与KBH4的混合液时，首先反应生成EDTA4-，即：
4OH??EDTA?2H2O?EDTA4?
(2.4)
EDTA4-会参与到反应(2.2)的过程中，形成[Cu(EDTA)2]6-络合离子，即：
Cu2??2EDTA4??[Cu(EDTA)2]6? (2.5)
所以，加入EDTA可以使溶液中的[Cu2+]下降，一方面有利于抑制反应(2.3)向右进行，减少杂质，另外抑制CuCu2O和H2O。
2.6.2 CTAB分散剂的反应机理
十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)是一种白色或浅黄色晶体至粉末状的季铵盐，分子式为C19H42NBr，相对分子量为364.446，有吸湿性，在酸性溶液中稳定，有刺激气味，熔点32℃，易溶于水、乙醇、三氯甲烷等溶剂中，微溶于丙酮，不溶于醚，溶解时搅拌或震荡会产生大量泡沫，加热到24.5~25.2℃分解。CTAB具有优良的渗透、柔化、乳化、抗静电、生物降解性及杀菌等性能，与阳离子、非离子、两性表面活性剂有良好的配伍性，对多种油脂有较好的乳化作用。对皮肤及粘度刺激性小，有轻微脱脂作用。它是阳离子去污剂，被广泛用于润滑、杀菌、抗静电、去污、增溶等方面。体系中的分散剂CTAB具有很好的分散效果，能有效防止纳米颗粒的团聚。 2.6.3 PVP分散剂的反应机理
聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是一种水溶性高分子聚合物，分子式为(C6H9NO)n，其分子
2??2OH??Cu(OH)2的发生，Cu(OH)2 不稳定，容易分解成
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内含有极性的内酰胺基和非极性的亚甲基，是N-乙烯基酰胺类聚合物中最具特色，且被研究得最深、广泛的精细化学品品种，已发展成为非离子、阳离子、阴离子三大类，工业级、医药级、食品级三种规格，相对分子质量从数千至一百万以上的均聚物、共聚物和交联聚合物系列产品，并以其优异独特的性能获得广泛应用。
PVP大分子可通过氮原子和氧原子与纳米铜粒子表面的原子配位，形成较紧密的吸附层，而其C-H长链伸向四周，形成立体屏障，阻止纳米铜离子的团聚。PVP按其平均分子量大小分为四级，习惯上常以K值表示，不同的K值分别代表相应的PVP平均分子量范围。K值实际上是与PVP水溶液的相对粘度有关的特征值，而粘度又是与高聚物分子量有关的物理量，因此可以用K值来表征PVP的平均分子量。通常K值越大，其粘度越大，粘接性越强。
PVP具有一个乙烯聚合物的骨架结构，带有极性集团，此极性集团是由N，O的孤对电子与Cu2+形成交联产生的复杂络合体。当PVP用作纳米铜粒子的稳定试剂时，第一步是PVP与Cu2+-PVP的络合体；当Cu2+被还原成Cu时这种络合物就能起到组织纳米颗粒子团聚的作用。 2.7 实验步骤
具体的实验操作过程如下：
1、准备好实验试剂和实验仪器，先用清水洗清干净，再用去离子水进行清洗； 2、用300mL的A、B烧杯分别量取100mL的去离子水；
3、用精密电子天平称取实验试剂用量，加入到装有100mL的去离子水烧杯中； 4、A烧杯溶液按照CTAB/PVP→CuSO4·5H2O→EDTA-2Na的顺序添加，期间用磁力搅拌器进行搅拌，而后用超声波粉碎机进行超声粉碎；
5、B烧杯溶液按照KOH→KBH4→EDTA-2Na的顺序添加，期间用玻璃棒搅拌直至完全溶解；
6、将A、B溶液分别通过针筒注射器，缓慢注射到1000mL的大烧杯中，用电动搅拌器慢速搅拌直至反应结束，用保鲜膜盖上，静置；
7、等试样温度冷却后，取一部分试样到小试管中，进行静置观察，再把100ml丙酮加入剩余试样中并搅拌，用高速离心机以8000r/min离心40min，倒掉上层清液，再加入配制好的丙酮水溶液（1：2）离心清洗三遍，得到较纯净的纳米铜粉，然后进行X
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射线衍射法测定、激光动态光散射法测定、pH值分析、XRD分析、TGA-DSC分析等。 2.8 实验现象
配置A溶液，加入CTAB时，均出现有部分CTAB呈粒状，用玻璃棒搅拌不能使其完全溶解，而加入PVP时，PVP溶解速度较慢，用玻璃棒搅拌也不能使其完全溶解，故用磁力搅拌器进行搅拌。加入CuSO4·5H2O并完全溶解后，再加入EDTA-2Na进行超声波粉碎，溶液由蓝色浑浊变成靛蓝色澄清溶液。
配置B溶液时，由于KOH为强碱，溶于水后放出大量热，使溶液温度升高，故用玻璃棒进行搅拌冷却。待溶液冷却至室温后，加入KBH4和EDTA-2Na，再用玻璃棒进行搅拌直至完全溶解。
将A、B溶液分别通过针筒注射器，缓慢注射到1000mL是烧杯中，并使用磁力搅拌器进行30rpm/s搅拌。反应开始时，A、B溶液相互混合，立刻变成红褐色，伴随有大量气泡产生。随着A、B溶液加入量的增多，烧杯中的溶液逐渐变成黑褐色，同时有泡沫浮在液面上。此时调节搅拌机速度至60rpm/s，搅拌直至反应完全，并且泡沫消失，然后保鲜膜盖上静置。
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3 实验结果及分析
3.1 分散剂CTAB对纳米铜胶体分散稳定性及颗粒粒度大小的影响
本实验研究了分散剂CTAB不同加入量对纳米铜胶体的制备及分散稳定性的影响。实验方案如下表3.1所示。
表3.1 分散剂CTAB不同加入量对纳米铜胶体的制备及分散稳定性的影响
A溶液 编号 CTAB 1 2 3
5g 7g 9g
CuSO4·5H2O 12.5g 12.5g 12.5g
EDTA-2Na 8.5g 8.5g 8.5g
KOH 9g 9g 9g
KBH4 1.35g 1.35g 1.35g
EDTA-2Na 8.5g 8.5g 8.5g
B溶液 采用动态光散射粒度分析仪测量，结果如下图3.1-3.3所示。
图3.1 5gCTAB的粒度分析测量结果
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