專利名稱：一種樹(shù)枝狀納米銀的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料、納米技術(shù)和廢水處理的綜合領(lǐng)域，具體涉及一種樹(shù)枝狀納米銀的制備方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)納米尺度的貴金屬材料由于其優(yōu)良的催化性能、電學(xué)性能、磁學(xué)性能和光學(xué)性能等受到人們的廣泛關(guān)注。不同形態(tài)和結(jié)構(gòu)如顆粒狀、線狀、棒狀、片狀、不規(guī)則狀的金屬納米粒子被相繼合成。樹(shù)枝狀納米銀因其特殊的結(jié)構(gòu)和潛在用途而得到大量研究。人們分別用電化學(xué)沉積、化學(xué)還原、UV輻照等方法制備出不同形態(tài)的樹(shù)枝狀納米銀。在這些方法中往往需要復(fù)雜、昂貴的有機(jī)化學(xué)試劑作為還原劑、穩(wěn)定劑及絡(luò)合劑等，而且這些化學(xué)試 劑與銀離子混合在一起導(dǎo)致所制備的樹(shù)枝狀納米銀的分離純化成本提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)便、廉價(jià)的樹(shù)枝狀納米銀的制備方法。該方法無(wú)需昂貴的有機(jī)化學(xué)試劑，也不消耗電能，制備的樹(shù)枝狀納米銀直接沉積在電極上。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是I)首先，通過(guò)隔膜將微生物電化學(xué)池分隔為陰極室和陽(yáng)極室；2)其次，將0. 005-0. 2mol/L的含銀離子的水溶液置于陰極室內(nèi)，再將碳材料制成的陰極置于陰極室內(nèi)；
3)然后，將含0. 01mmol/L-lmol/L的可生物降解有機(jī)物的水溶液或生活污水置于陽(yáng)極室內(nèi)，再將由產(chǎn)電微生物及基底組成的陽(yáng)極置于陽(yáng)極室內(nèi)；4)最后，將陽(yáng)極和陰極通過(guò)外接負(fù)載R連接，通過(guò)調(diào)節(jié)負(fù)載的大小和放電時(shí)間，控制銀離子還原產(chǎn)生樹(shù)枝狀納米銀的速度和樹(shù)枝狀納米銀的尺寸大小。所述的隔膜為陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜或雙極膜。所述的含銀離子的水溶液為含有游離銀離子或絡(luò)合銀離子的水溶液。所述的陰極采用石墨、玻璃碳、炭黑或炭布制成。所述的可生物降解有機(jī)物的水溶液為乙酸鹽、葡萄糖、淀粉、氨氮或纖維素。所述的陽(yáng)極的產(chǎn)電微生物由厭氧顆粒污泥馴化得到。所述的陽(yáng)極的基底為炭氈、炭布、炭紙或石墨制成。所述的外接負(fù)載R采用耗電器件純電阻或燈泡。采用本發(fā)明的制備方法能夠非常方便廉價(jià)地制取樹(shù)枝狀納米銀，為該納米銀材料的制備提供了一種新的工藝技術(shù)，為樹(shù)枝狀納米銀的廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。


圖I是本發(fā)明微生物電化學(xué)池結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明制備的樹(shù)枝狀納米銀的較低倍數(shù)掃描電鏡圖；圖3是本發(fā)明制備的樹(shù)枝狀納米銀的較高倍數(shù)的掃描電鏡圖4是本發(fā)明制備的樹(shù)枝狀納米銀的XRD譜圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例I :參見(jiàn)圖1，I)首先，通過(guò)陽(yáng)離子交換膜2將微生物電化學(xué)池I分隔為陰極室3和陽(yáng)極室4 ；2)其次，將O. 005mol/L的含有游離銀離子的水溶液置于陰極室3內(nèi)，再將石墨制成的陰極5置于陰極室3內(nèi)；3)然后，將含O. Olmmol/L的乙酸鹽水溶液置于陽(yáng)極室4內(nèi)，再將由厭氧顆粒污泥 馴化得到的產(chǎn)電微生物與炭氈制成的基底組成的陽(yáng)極6置于陽(yáng)極室4內(nèi)；4)最后，將陽(yáng)極6和陰極5通過(guò)外接負(fù)載R連接，通過(guò)調(diào)節(jié)負(fù)載的大小和放電時(shí)間，控制銀離子還原產(chǎn)生樹(shù)枝狀納米銀的速度和樹(shù)枝狀納米銀的尺寸大小。實(shí)施例2 I)首先，通過(guò)陰離子交換膜2將微生物電化學(xué)池I分隔為陰極室3和陽(yáng)極室4 ；2)其次，將O. 001mol/L的含有絡(luò)合銀離子的水溶液置于陰極室3內(nèi)，再將玻璃碳制成的陰極5置于陰極室3內(nèi)；3)然后，將含0. 5mmol/L的葡萄糖的水溶液置于陽(yáng)極室4內(nèi)，再將由厭氧顆粒污泥馴化得到的產(chǎn)電微生物與炭布制成的基底組成的陽(yáng)極6置于陽(yáng)極室4內(nèi)；4)最后，將陽(yáng)極6和陰極5通過(guò)外接負(fù)載R連接，通過(guò)調(diào)節(jié)負(fù)載的大小和放電時(shí)間，控制銀離子還原產(chǎn)生樹(shù)枝狀納米銀的速度和樹(shù)枝狀納米銀的尺寸大小。實(shí)施例3 I)首先，通過(guò)雙極膜2將微生物電化學(xué)池I分隔為陰極室3和陽(yáng)極室4 ；2)其次，將0. 05mol/L的含有游離銀離子的水溶液置于陰極室3內(nèi)，再將炭黑制成的陰極5置于陰極室3內(nèi)；3)然后，將含5mmol/L的淀粉水溶液置于陽(yáng)極室4內(nèi)，再將由厭氧顆粒污泥馴化得到的產(chǎn)電微生物與炭紙制成的基底組成的陽(yáng)極6置于陽(yáng)極室4內(nèi)；4)最后，將陽(yáng)極6和陰極5通過(guò)外接負(fù)載R連接，通過(guò)調(diào)節(jié)負(fù)載的大小和放電時(shí)間，控制銀離子還原產(chǎn)生樹(shù)枝狀納米銀的速度和樹(shù)枝狀納米銀的尺寸大小。實(shí)施例4 I)首先，通過(guò)陽(yáng)離子交換膜2將微生物電化學(xué)池I分隔為陰極室3和陽(yáng)極室4 ；2)其次，將0. lmol/L的含有絡(luò)合銀離子的水溶液置于陰極室3內(nèi)，再將炭布制成的陰極5置于陰極室3內(nèi)；3)然后，將含0. 5mol/L的氨氮水溶液置于陽(yáng)極室4內(nèi)，再將由厭氧顆粒污泥馴化得到的產(chǎn)電微生物與石墨制成的基底組成的陽(yáng)極6置于陽(yáng)極室4內(nèi)；4)最后，將陽(yáng)極6和陰極5通過(guò)外接負(fù)載R連接，通過(guò)調(diào)節(jié)負(fù)載的大小和放電時(shí)間，控制銀離子還原產(chǎn)生樹(shù)枝狀納米銀的速度和樹(shù)枝狀納米銀的尺寸大小。實(shí)施例5 I)首先，通過(guò)陰離子交換膜2將微生物電化學(xué)池I分隔為陰極室3和陽(yáng)極室4 ；
2)其次，將0. 15mol/L的含有游離銀離子的水溶液置于陰極室3內(nèi)，再將石墨制成的陰極5置于陰極室3內(nèi)；3)然后，將含lmol/L的纖維素的水溶液置于陽(yáng)極室4內(nèi)，再將由厭氧顆粒污泥馴化得到的產(chǎn)電微生物與炭氈制成的基底組成的陽(yáng)極6置于陽(yáng)極室4內(nèi)；4)最后，將陽(yáng)極6和陰極5通過(guò)外接負(fù)載R連接，通過(guò)調(diào)節(jié)負(fù)載的大小和放電時(shí)間，控制銀離子還原產(chǎn)生樹(shù)枝狀納米銀的速度和樹(shù)枝狀納米銀的尺寸大小。實(shí)施例6 I)首先，通過(guò)雙極膜2將微生物電化學(xué)池I分隔為陰極室3和陽(yáng)極室4 ；2)其次，將0. 2mol/L的含有絡(luò)合銀離子的水溶液置于陰極室3內(nèi)，再將炭布制成的陰極5置于陰極室3內(nèi)； 3)然后，將生活污水置于陽(yáng)極室4內(nèi)，再將由厭氧顆粒污泥馴化得到的產(chǎn)電微生物與石墨制成的基底組成的陽(yáng)極6置于陽(yáng)極室4內(nèi)；4)最后，將陽(yáng)極6和陰極5通過(guò)外接負(fù)載R連接，通過(guò)調(diào)節(jié)負(fù)載的大小和放電時(shí)間，控制銀離子還原產(chǎn)生樹(shù)枝狀納米銀的速度和樹(shù)枝狀納米銀的尺寸大小。本發(fā)明的類陽(yáng)極基底能使產(chǎn)電微生物附著并將微生物氧化有機(jī)物產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)移到外電路。隔膜為陽(yáng)離子交換膜或陰離子交換膜或者雙極膜，可以阻止陰極室的銀離子擴(kuò)散到陽(yáng)極毒害陽(yáng)極微生物，也可以阻止陽(yáng)極室有機(jī)物擴(kuò)散到陰極污染生成的樹(shù)枝狀納米銀，但能導(dǎo)通氫離子或氫氧根離子。在上述微生物電化學(xué)池中，微生物陽(yáng)極和陰極通過(guò)外接負(fù)載R連接，外接負(fù)載包括純電阻、小燈泡等耗電的器件，通過(guò)調(diào)節(jié)不同的負(fù)載和放電時(shí)間，負(fù)載可以在50歐姆至10000歐姆之間調(diào)節(jié)，放電沉積時(shí)間可以在I小時(shí)至10天之間調(diào)節(jié)，可以控制銀離子還原產(chǎn)生樹(shù)枝狀納米銀的速度和樹(shù)枝狀納米銀的尺寸大小。由圖2，3可以看出本發(fā)明制備的樹(shù)枝狀納米銀，沉積物質(zhì)呈樹(shù)枝狀納米結(jié)構(gòu)，樹(shù)枝主干長(zhǎng)約20-40um,樹(shù)枝直徑200-500nm,枝丫與主干呈約45度夾角，枝丫長(zhǎng)約不足Ium至幾個(gè)um，枝丫直徑與主干直徑相近。由圖4的X射線衍射圖譜可以看出沉積在石墨電極上的樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)確實(shí)為納米銀。納米銀的晶面Ag (lll)、Ag (200)、Ag (220)、Ag (311)已標(biāo)注在XRD譜圖上，而基底石墨的信號(hào)在25. 8和54度處，也已標(biāo)注在XRD譜圖上。
權(quán)利要求
1.一種樹(shù)枝狀納米銀的制備方法，其特征在于 1)首先，通過(guò)隔膜(2)將微生物電化學(xué)池(I)分隔為陰極室(3 )和陽(yáng)極室(4 ); 2)其次，將O.005-0. 2mol/L的含銀離子的水溶液置于陰極室(3)內(nèi)，再將碳材料制成的陰極(5)置于陰極室(3)內(nèi)； 3)然后，將含O.01mmol/L-lmol/L的可生物降解有機(jī)物的水溶液或生活污水置于陽(yáng)極室(4)內(nèi)，再將由產(chǎn)電微生物及基底組成的陽(yáng)極(6)置于陽(yáng)極室(4)內(nèi)； 4)最后，將陽(yáng)極(6)和陰極(5)通過(guò)外接負(fù)載R連接，通過(guò)調(diào)節(jié)負(fù)載的大小和放電時(shí)間，控制銀離子還原產(chǎn)生樹(shù)枝狀納米銀的速度和樹(shù)枝狀納米銀的尺寸大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的樹(shù)枝狀納米銀的制備方法，其特征在于所述的隔膜(2)為陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜或雙極膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的樹(shù)枝狀納米銀的制備方法，其特征在于所述的含銀離子的水溶液為含有游離銀離子或絡(luò)合銀離子的水溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的樹(shù)枝狀納米銀的制備方法，其特征在于所述的陰極采用石墨、玻璃碳、炭黑或炭布制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的樹(shù)枝狀納米銀的制備方法，其特征在于所述的可生物降解有機(jī)物的水溶液為乙酸鹽、葡萄糖、淀粉、氨氮或纖維素。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的樹(shù)枝狀納米銀的制備方法，其特征在于所述的陽(yáng)極的產(chǎn)電微生物由厭氧顆粒污泥馴化得到。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的樹(shù)枝狀納米銀的制備方法，其特征在于所述的陽(yáng)極的基底為炭租、炭布、炭紙或石墨制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的樹(shù)枝狀納米銀的制備方法，其特征在于所述的外接負(fù)載R采用耗電器件純電阻或燈泡。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種樹(shù)枝狀納米銀的制備方法，該方法中樹(shù)枝狀納米銀的制備是在一個(gè)微生物電化學(xué)池中進(jìn)行的，微生物電化學(xué)池包括生物陽(yáng)極、隔膜、陰極、陽(yáng)極液、陰極液，陽(yáng)極液中含有可被生物氧化降解的有機(jī)物，陰極液中含有游離的或絡(luò)合的銀離子，陽(yáng)極上微生物將陽(yáng)極液中有機(jī)物氧化，釋放出電子，電子通過(guò)外電路傳遞到陰極，將陰極液中的銀離子以樹(shù)枝狀納米銀的形式沉積到陰極。該制備樹(shù)枝狀納米銀的方法具有價(jià)格低廉、工藝環(huán)保、易于工業(yè)化生產(chǎn)操作。
文檔編號(hào)C25C5/02GK102719858SQ20121017884
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月1日
發(fā)明者劉亞鵬, 寇家靜, 溫伯堯, 潘彬, 王云海, 王茂健, 陳鵬瑋, 高雷森 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)