RU2821522C1 - Method of producing highly concentrated organosol of silver nanoparticles - Google Patents
Method of producing highly concentrated organosol of silver nanoparticles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2821522C1 RU2821522C1 RU2023127644A RU2023127644A RU2821522C1 RU 2821522 C1 RU2821522 C1 RU 2821522C1 RU 2023127644 A RU2023127644 A RU 2023127644A RU 2023127644 A RU2023127644 A RU 2023127644A RU 2821522 C1 RU2821522 C1 RU 2821522C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silver
- nanoparticles
- solution
- concentration
- organosol
- Prior art date
Links
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 26
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 47
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 46
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical group CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 39
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 22
- 229940078552 o-xylene Drugs 0.000 claims abstract description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 19
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims abstract description 17
- 239000001509 sodium citrate Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 15
- RJQRSXSVTJIKOH-UHFFFAOYSA-N hexadecyl(trimethyl)azanium;nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C RJQRSXSVTJIKOH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K sodium citrate Chemical compound O.O.[Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 12
- 239000008131 herbal destillate Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims abstract description 9
- DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N Butyl acetate Natural products CCCCOC(C)=O DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N hexanoic acid Chemical compound CCCCCC(O)=O FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 5
- HRXKRNGNAMMEHJ-UHFFFAOYSA-K trisodium citrate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O HRXKRNGNAMMEHJ-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 5
- 229940038773 trisodium citrate Drugs 0.000 claims abstract description 5
- 238000010908 decantation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 13
- 239000000976 ink Substances 0.000 abstract description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 6
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 4
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 abstract description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004821 distillation Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 18
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 12
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 10
- 101710134784 Agnoprotein Proteins 0.000 description 8
- DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N decane Chemical compound CCCCCCCCCC DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 8
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 6
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 6
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 6
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N N-Heptane Chemical compound CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 5
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 5
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 4
- WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N (E)-8-Octadecenoic acid Natural products CCCCCCCCCC=CCCCCCCC(O)=O WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 20:1omega9c fatty acid Natural products CCCCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 9-Heptadecensaeure Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000005642 Oleic acid Substances 0.000 description 3
- ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N Oleic acid Natural products CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N isooleic acid Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCCC(O)=O QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N oleic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N 0.000 description 3
- 239000012044 organic layer Substances 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N Formamide Chemical compound NC=O ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N benzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1 WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 238000000113 differential scanning calorimetry Methods 0.000 description 2
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 description 2
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 2
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 2
- KJFMBFZCATUALV-UHFFFAOYSA-N phenolphthalein Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1C1(C=2C=CC(O)=CC=2)C2=CC=CC=C2C(=O)O1 KJFMBFZCATUALV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 2
- 229940071575 silver citrate Drugs 0.000 description 2
- CLDWGXZGFUNWKB-UHFFFAOYSA-M silver;benzoate Chemical compound [Ag+].[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1 CLDWGXZGFUNWKB-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- OIZSSBDNMBMYFL-UHFFFAOYSA-M silver;decanoate Chemical compound [Ag+].CCCCCCCCCC([O-])=O OIZSSBDNMBMYFL-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 description 2
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 description 2
- QUTYHQJYVDNJJA-UHFFFAOYSA-K trisilver;2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylate Chemical compound [Ag+].[Ag+].[Ag+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O QUTYHQJYVDNJJA-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- GYSCBCSGKXNZRH-UHFFFAOYSA-N 1-benzothiophene-2-carboxamide Chemical compound C1=CC=C2SC(C(=O)N)=CC2=C1 GYSCBCSGKXNZRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BMVXCPBXGZKUPN-UHFFFAOYSA-N 1-hexanamine Chemical compound CCCCCCN BMVXCPBXGZKUPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005711 Benzoic acid Substances 0.000 description 1
- GHVNFZFCNZKVNT-UHFFFAOYSA-N Decanoic acid Natural products CCCCCCCCCC(O)=O GHVNFZFCNZKVNT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N Triethanolamine Chemical compound OCCN(CCO)CCO GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 235000010233 benzoic acid Nutrition 0.000 description 1
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000004581 coalescence Methods 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000006071 cream Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- FBELJLCOAHMRJK-UHFFFAOYSA-L disodium;2,2-bis(2-ethylhexyl)-3-sulfobutanedioate Chemical compound [Na+].[Na+].CCCCC(CC)CC(C([O-])=O)(C(C([O-])=O)S(O)(=O)=O)CC(CC)CCCC FBELJLCOAHMRJK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- WNAHIZMDSQCWRP-UHFFFAOYSA-N dodecane-1-thiol Chemical compound CCCCCCCCCCCCS WNAHIZMDSQCWRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JRBPAEWTRLWTQC-UHFFFAOYSA-N dodecylamine Chemical compound CCCCCCCCCCCCN JRBPAEWTRLWTQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000004530 micro-emulsion Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N octane Chemical compound CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KZCOBXFFBQJQHH-UHFFFAOYSA-N octane-1-thiol Chemical compound CCCCCCCCS KZCOBXFFBQJQHH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001935 peptisation Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- ZNNZYHKDIALBAK-UHFFFAOYSA-M potassium thiocyanate Chemical compound [K+].[S-]C#N ZNNZYHKDIALBAK-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229940100890 silver compound Drugs 0.000 description 1
- 150000003379 silver compounds Chemical class 0.000 description 1
- XNGYKPINNDWGGF-UHFFFAOYSA-L silver oxalate Chemical compound [Ag+].[Ag+].[O-]C(=O)C([O-])=O XNGYKPINNDWGGF-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- WXMKPNITSTVMEF-UHFFFAOYSA-M sodium benzoate Chemical compound [Na+].[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1 WXMKPNITSTVMEF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 235000010234 sodium benzoate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004299 sodium benzoate Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 1
- FIWQZURFGYXCEO-UHFFFAOYSA-M sodium;decanoate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCC([O-])=O FIWQZURFGYXCEO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000002076 thermal analysis method Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к способу получения высоко-концентрированных органозолей наночастиц металлического серебра, которые могут быть использованы в производстве оптических устройств, химических и биологических сенсоров, катализаторов, антибактериальных материалов, чернил для 2D- и 3D печати, электропроводящих и теплопроводящих материалов (пленок), при производстве плазменных и жидкокристаллических дисплеев, для создания солнечных элементов и др.The invention relates to a method for producing highly concentrated organosols of metallic silver nanoparticles, which can be used in the production of optical devices, chemical and biological sensors, catalysts, antibacterial materials, inks for 2D and 3D printing, electrically conductive and thermally conductive materials (films), in the production plasma and liquid crystal displays, for creating solar cells, etc.
В большинстве известных патентов и научных работ органозоли металлического серебра получают путем термического разложения или восстановления в неполярной фазе органических соединений серебра. In most known patents and scientific works, metallic silver organosols are obtained by thermal decomposition or reduction of organic silver compounds in the non-polar phase.
Известен способ получения наночастиц серебра или наноколлоида серебра, а также композиции серебряных чернил, содержащих наночастицы серебра [KR100918231B1, опубл. 21.09.2009], в котором путем взаимодействия бензойной кислоты и NaOH в метаноле получают сначала бензоат натрия, а затем - осадок бензоата серебра (I) в ходе дальнейшего добавления водного раствора нитрата серебра. Бензоат серебра (I) после отделения и высушивания растворяют в триэтаноламине и используют в качестве «чернил», которые при температуре 150 С° разлагаются с образованием проводящих рисунков из металлического серебра. There is a known method for producing silver nanoparticles or silver nanocolloid, as well as compositions of silver ink containing silver nanoparticles [KR100918231B1, publ. 09/21/2009], in which by reacting benzoic acid and NaOH in methanol, sodium benzoate is first obtained, and then a precipitate of silver (I) benzoate is obtained during the further addition of an aqueous solution of silver nitrate. Silver (I) benzoate, after separation and drying, is dissolved in triethanolamine and used as “ink”, which decomposes at a temperature of 150 C° to form conductive patterns of metallic silver.
К недостаткам способа можно отнести образование светочувствительных соединений и использование токсичных реагентов. The disadvantages of this method include the formation of photosensitive compounds and the use of toxic reagents.
В другом примере [KR100587404B1, опубл. 08.06.2006], в среде метанола растворяли декановую кислоту, добавляли NaOH, до образования деканата натрия, вводили раствор нитрата серебра, в результате чего происходило образование белого осадка деканоата серебра (I), который отделяли, тщательно промывали и сушили при комнатной температуре. Деканоат серебра растворяли в среде толуола в присутствии октантиола, данную суспензию наносили на целевую поверхность, сушили при комнатной температуре, последовательно отжигали 10 минут при 150°С и 10 минут при 500°С. Полученные пленки показали высокую электропроводность. In another example [KR100587404B1, publ. 06/08/2006], decanoic acid was dissolved in methanol, NaOH was added until sodium decanoate was formed, a solution of silver nitrate was introduced, resulting in the formation of a white precipitate of silver (I) decanoate, which was separated, thoroughly washed and dried at room temperature. Silver decanoate was dissolved in toluene in the presence of octanethiol, this suspension was applied to the target surface, dried at room temperature, and successively annealed for 10 minutes at 150°C and 10 minutes at 500°C. The resulting films showed high electrical conductivity.
К недостаткам метода можно отнести использование токсичных реагентов, многостадийность процесса и высокую температуру отжига. The disadvantages of the method include the use of toxic reagents, the multi-stage process and high annealing temperature.
В патенте, описывающем чернила с наноразмерными частицами серебра и метод их получения [US2017/0215279A1, опубл. 27.07.2017], к суспензии оксалата серебра в органической среде (декан, метанол или алкилдиамины) при перемешивании добавляли стабилизатор (гексиламин, додециламин или олеиновая кислота). Смесь нагревали до 110°С в результате чего происходило формирование наночастиц серебра с изменение окраски суспензии с кремовой на черную и выделением газа. Полученные наночастицы отделяли, встряхивали с метанолом и центрифугировали не менее двух раз для удаления мешающих продуктов реакции. Очищенные наночастицы диспергировали в смеси октана и бутанола (4:1) и использовали в качестве «чернил», которые наносили на подложку методом центрифугирования и отжигали при 100°С с образованием проводящих рисунков. In a patent describing ink with nanosized silver particles and a method for their production [US2017/0215279A1, publ. 07/27/2017], a stabilizer (hexylamine, dodecylamine or oleic acid) was added to a suspension of silver oxalate in an organic medium (decane, methanol or alkyldiamines) with stirring. The mixture was heated to 110°C, resulting in the formation of silver nanoparticles with a change in the color of the suspension from cream to black and the release of gas. The resulting nanoparticles were separated, shaken with methanol, and centrifuged at least twice to remove interfering reaction products. Purified nanoparticles were dispersed in a mixture of octane and butanol (4:1) and used as “ink,” which was spin-coated onto a substrate and annealed at 100°C to form conductive patterns.
Из недостатков метода можно отметить использование токсичного метанола и низкую агрегативную стабильность полученных «чернил».Among the disadvantages of the method, one can note the use of toxic methanol and the low aggregative stability of the resulting “ink”.
В методе получения гидрофобных металлических наночастиц было предложено [US8591624B2, опубл. 26.11.2013] смешивать водные растворы карбоновых кислот с NaOH для получения соответствующих натриевых солей, после чего добавляли раствор нитрата серебра по каплям до образования соответствующих карбоновых солей серебра (I). Полученный осадок собирали, промывали и сушили при пониженном давлении и температуре 40°С 24 ч. Полученный порошок растворяли в гептане, помещали в реактор из нержавеющей стали и при 40 °С заполняли H2 до 7 бар с последующим добавлением CO2 до достижения общего давления 55 бар. В ходе восстановления были получены органозоли серебра желтого цвета. A method for producing hydrophobic metal nanoparticles was proposed [US8591624B2, publ. 11/26/2013] mix aqueous solutions of carboxylic acids with NaOH to obtain the corresponding sodium salts, after which a solution of silver nitrate was added dropwise until the corresponding carboxylic salts of silver (I) were formed. The resulting precipitate was collected, washed and dried under reduced pressure and a temperature of 40°C for 24 hours. The resulting powder was dissolved in heptane, placed in a stainless steel reactor and at 40°C filled with H 2 to 7 bar, followed by the addition of CO 2 until the total pressure was reached 55 bar. During the reduction, yellow silver organosols were obtained.
К недостаткам данного метода можно отнести сложность процесса и низкий выход продукта.The disadvantages of this method include the complexity of the process and low product yield.
Известен способ получения наночастиц серебра в толуоле методом двухфазного переноса [Sarathy K.V., Raina G., Yadav R.T., Kulkarni G.U., Rao C.N.R. Thiol-derivatized nanocrystalline arrays of gold, silver, and platinum. J. Phys. Chem. B., 1997, 101, 9876], в котором проводили восстановление водного раствора AgNO3 борогидридом натрия, после чего добавляли додекантиол и HCl и экстрагировали наночастицы в фазу толуола. There is a known method for producing silver nanoparticles in toluene by the two-phase transfer method [Sarathy KV, Raina G., Yadav RT, Kulkarni GU, Rao CNR Thiol-derivatized nanocrystalline arrays of gold, silver, and platinum. J. Phys. Chem. B., 1997, 101, 9876], in which an aqueous solution of AgNO 3 was reduced with sodium borohydride, after which dodecanethiol and HCl were added and the nanoparticles were extracted into the toluene phase.
Недостатком данного способа является применение токсичного толуола и низкая концентрация серебра, что связано с низкой седиментационной устойчивостью исходного гидрозоля серебра (0,03 г/л).The disadvantage of this method is the use of toxic toluene and low concentration of silver, which is associated with the low sedimentation stability of the original silver hydrosol (0.03 g/l).
Известен также другой подход к получению органозолей, заключающийся в проведении жидкостной экстракции наночастиц серебра с использованием поверхностно активных веществ («катализаторов переноса») [Sarkar A., Kapoor S., Mukherjee T. Oleic acid-assisted phase transfer of nanosized silver colloids. Res Chem Intermed (2010) 36:403-410]. К 0,01 М раствору AgNO3 добавляли смесь формамида как восстановителя и олеиновой кислоты в качестве стабилизатора до образования наночастиц металлического серебра, которые концентрировались в органической фазе. Далее проводили экстракцию серебра в CHCl3. Частицы показали высокую агрегативную стабильность. Однако в процессе были задействованы токсичные и дорогостоящие реактивы, а концентрация металла в полученном органозоле была ниже 1 г/л, что требует дополнительных расходов при утилизации и переработке большого количества отработанных растворов. Another approach to the preparation of organosols is also known, which consists in carrying out liquid extraction of silver nanoparticles using surfactants (“transfer catalysts”) [Sarkar A., Kapoor S., Mukherjee T. Oleic acid-assisted phase transfer of nanosized silver colloids. Res Chem Intermed (2010) 36:403–410]. A mixture of formamide as a reducing agent and oleic acid as a stabilizer was added to a 0.01 M solution of AgNO 3 until metallic silver nanoparticles were formed, which were concentrated in the organic phase. Next, silver was extracted into CHCl 3 . The particles showed high aggregative stability. However, the process involved toxic and expensive reagents, and the metal concentration in the resulting organosol was below 1 g/l, which requires additional costs for disposal and processing of large quantities of waste solutions.
Известен способ получения наночастиц металлического серебра в обратных мицеллах [RU № 2644176C1, опубл. 02.08.2018], где в растворе н-декана в присутствии мицеллообразующего агента бис(2-этилгексил)сульфосукцината натрия (АОТ) при интенсивном перемешивании по каплям вводили водный раствор AgNO3, после чего аналогичным образом добавляли восстановитель - гидразин. Отношение объемов фаз н-декана и водных растворов реагентов составляло 2,5, а концентрация серебра 3,5 г на литр реакционной среды. При этом в среде н-декана происходило образование обратных мицелл, содержащих водные растворы серебра и восстановителя, которые при коалесценции взаимодействовали с образованием наночастиц металлического серебра. Эмульсию перемешивали в течение 60 минут после чего оставляли на сутки и дополнительно центрифугировали при 3000 об/мин до полного разделения фаз. Далее органическую фазу перемешивали на магнитной мешалке (500 об/мин) в открытом стакане в течение 3 часов до полного испарения воды. Полученный обезвоженный органозоль наночастиц фильтровали через бумажный фильтр. Далее к органозолю постепенно при ручном встряхивании в пробирке добавляли 500 мкл дистиллированной воды. Микроэмульсию оставляли на ночь, после чего подвергали электрофорезу в течении 1,5 часа при напряженности поля 600 В/см. В результате электрофореза на поверхности анода скапливался концентрат наночастиц с концентрацией серебра до 464 г/л. There is a known method for producing metallic silver nanoparticles in reverse micelles [RU No. 2644176C1, publ. 02.08.2018], where in a solution of n-decane in the presence of the micelle-forming agent sodium bis(2-ethylhexyl)sulfosuccinate (AOT), an aqueous solution of AgNO 3 was introduced dropwise with intense stirring, after which a reducing agent, hydrazine, was added in a similar manner. The ratio of the volumes of the n-decane phases and aqueous solutions of the reagents was 2.5, and the silver concentration was 3.5 g per liter of the reaction medium. In this case, in the n-decane environment, the formation of reverse micelles containing aqueous solutions of silver and a reducing agent occurred, which, during coalescence, interacted with the formation of metallic silver nanoparticles. The emulsion was stirred for 60 minutes, after which it was left for a day and additionally centrifuged at 3000 rpm until complete phase separation. Next, the organic phase was stirred on a magnetic stirrer (500 rpm) in an open beaker for 3 hours until the water completely evaporated. The resulting dehydrated organosol of nanoparticles was filtered through a paper filter. Next, 500 μl of distilled water was gradually added to the organosol with manual shaking in a test tube. The microemulsion was left overnight and then subjected to electrophoresis for 1.5 hours at a field strength of 600 V/cm. As a result of electrophoresis, a concentrate of nanoparticles with a silver concentration of up to 464 g/l accumulated on the anode surface.
К недостаткам данного способа можно отнести низкую исходную концентрацию наночастиц серебра (менее 3,5 г/л), выход реакции восстановления по серебру менее 78 %, большой расход органических растворителей (300 мл н-гептана для производства 1г наночастиц серебра) и длительность процесса.The disadvantages of this method include the low initial concentration of silver nanoparticles (less than 3.5 g/l), the yield of the reduction reaction for silver is less than 78%, the high consumption of organic solvents (300 ml of n-heptane to produce 1 g of silver nanoparticles) and the duration of the process.
Наиболее близким по назначению техническим решением к предлагаемому способу является способ получения гидрозоля и органозоля серебра [Wei W., Gu B. Preparation and Characterization of Silver Nanoparticles at High Concentrations. Washington, ACS, V. 878, 2004. pp. 1-14], заключающийся в восстановлении водных растворов AgNO3 борогидридом натрия в присутствии стабилизатора цетилтриметиламмоний бромида (ЦТАБ) при молярных отношениях [BH4 -]/[Ag+] = 2 и [Ag+]/[ЦТАБ] = 4. При этом образуются водные растворы наночастиц металлического серебра размером 5-30 нм с концентрацией до 10 г/л. Для переноса наночастиц в органическую фазу к 25 мл гидрозоля добавляют 25 мл хлороформа и при перемешивании вводят 0,1 г твердого NaCl. Эффективность экстракции (доля серебра, перешедшего в фазу хлороформа) достигает 95%. Недостатком данного способа является низкая производительность наночастиц серебра (до 0,5 г/л), поскольку при использовании более концентрированных растворов формировались крупные наночастицы неправильной формы, отличающиеся значительной полидисперсностью. The technical solution closest in purpose to the proposed method is the method for producing hydrosol and organosol of silver [Wei W., Gu B. Preparation and Characterization of Silver Nanoparticles at High Concentrations. Washington, ACS, V. 878, 2004. pp. 1-14], which consists in the reduction of aqueous solutions of AgNO 3 with sodium borohydride in the presence of the stabilizer cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) at the molar ratios [BH 4 - ]/[Ag + ] = 2 and [Ag + ]/[CTAB] = 4. At This results in the formation of aqueous solutions of metallic silver nanoparticles with a size of 5-30 nm with a concentration of up to 10 g/l. To transfer nanoparticles into the organic phase, 25 ml of chloroform is added to 25 ml of hydrosol and 0.1 g of solid NaCl is added with stirring. The extraction efficiency (the proportion of silver that has passed into the chloroform phase) reaches 95%. The disadvantage of this method is the low productivity of silver nanoparticles (up to 0.5 g/l), since when using more concentrated solutions, large nanoparticles of irregular shape were formed, characterized by significant polydispersity.
Задачей изобретения является разработка простого и высокопроизводительного метода получения органозолей серебра с концентрацией металла до 1800 г/л, содержащих наночастицы сферической морфологии размером около 10 нм с низкой полидисперсностью. The objective of the invention is to develop a simple and high-performance method for producing silver organosols with a metal concentration of up to 1800 g/l, containing nanoparticles of spherical morphology with a size of about 10 nm and low polydispersity.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в упрощении способа синтеза наночастиц серебра путем простого смешивания водных растворов сульфата железа (II), цитрата натрия и нитрата серебра; повышении производительности способа за счет использования высоких концентраций исходных растворов; упрощении способа очистки наночастиц от продуктов реакции с использованием последовательных стадий коагуляция-пептизация; улучшении качества целевого продукта за счет получения наночастиц близких по морфологии и размерам; повышении производительности экстракции за счет проведения процесса из гидрозолей с высокой концентрацией.The technical result of the claimed invention is to simplify the method for the synthesis of silver nanoparticles by simply mixing aqueous solutions of iron (II) sulfate, sodium citrate and silver nitrate; increasing the productivity of the method through the use of high concentrations of initial solutions; simplifying the method of purifying nanoparticles from reaction products using successive stages of coagulation-peptization; improving the quality of the target product by obtaining nanoparticles similar in morphology and size; increasing extraction productivity by carrying out the process from high-concentration hydrosols.
Технический результат достигается тем, что в способе получения высококонцентрированного органозоля наночастиц серебра, включающим восстановление водного раствора нитрата серебра, новым является то, что концентрация нитрата серебра в исходном растворе составляет 0,6 М, в качестве восстановителя используют смесь растворов сульфата железа (II) и трехзамещенного цитрата натрия, при этом к раствору FeSO4 поочередно добавляют растворы цитрата натрия и серебра до достижения молярного отношения 1:1:(1,5÷3,2), полученный осадок отделяют путем центрифугирования и промывают раствором трехзамещенного цитрата натрия, снова центрифугируют, операцию повторяют 3-4 раза, коагулят наночастиц пептизируют в дистиллированной воде с образованием гидрозолей наночастиц серебра, экстракцию наночастиц металлического серебра осуществляют из водных растворов в фазу о-ксилола или бутилацетата в присутствии этилового спирта и цетилтриметиламмоний бромида или цетилтриметиламмоний нитрата, полученный органозоль серебра отделяют декантацией и концентрируют путем отгонки растворителя до концентрации по металлу вплоть до 1800 г/л.The technical result is achieved by the fact that in the method for producing a highly concentrated organosol of silver nanoparticles, including the reduction of an aqueous solution of silver nitrate, what is new is that the concentration of silver nitrate in the initial solution is 0.6 M; a mixture of solutions of iron (II) sulfate and trisodium citrate, while solutions of sodium and silver citrate are alternately added to the FeSO4 solution until a molar ratio of 1:1:(1.5÷3.2) is achieved, the resulting precipitate is separated by centrifugation and washed with a solution of sodium citrate, centrifuged again, operation repeat 3-4 times, the coagulum of nanoparticles is peptized in distilled water to form hydrosols of silver nanoparticles, extraction of metallic silver nanoparticles is carried out from aqueous solutions into the o-xylene or butyl acetate phase in the presence of ethyl alcohol and cetyltrimethylammonium bromide or cetyltrimethylammonium nitrate, the resulting silver organosol is separated by decantation and concentrated by distilling off the solvent to a metal concentration of up to 1800 g/l.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена схема синтеза и промывки наночастиц серебра. На фиг. 2 представлена зависимость степени извлечения наночастиц серебра в фазу о-ксилола от концентрации этилового спирта при концентрации гидрозоля серебра = 0,4 М; концентрации ЦТАБ = 0,015 М и Vорг: Vводн = 2,0. На фиг. 3 показана зависимость степени извлечения наночастиц серебра в фазу о-ксилола от концентрации ЦТАБ (а) при Vорг: Vводн = 2,0 и различной концентрации серебра в исходном гидрозоле, моль/л: 1 - 0,2; 2 - 0,3; 3 - 0,4; и 4 - 0,5, а также (б) при исходной концентрации серебра 0,4 М и Vорг: Vводн: 5 - 0,25; 6 - 0,5; 7 - 1; 8 - 2. На фиг. 4 показана зависимость извлечения наночастиц серебра в органическую фазу от концентрации цетилтриметиламмоний нитрата (ЦТАН) (а) при Vорг: Vводн = 2,0 и различной концентрации серебра в исходном гидрозоле, моль/л: 1 - 0,2; 2 - 0,3 и 3 - 0,4; а также (б) при исходной концентрации серебра 0,4 М и отношении Vорг: Vводн: 4 - 2; 5 - 1; 6 - 0,5; 7 - 0,25; 8 - 2. На фиг. 5 представлены РФА наночастиц в исходном гидрозоле «черная кривая» и наночастиц экстрагированных в фазу о-ксилола «красная кривая». На фиг. 6 представлены микрофотографии (ПЭМ) наночастиц в исходных гидрозолях (рисунок 6а) и после экстракции в фазу о-ксилола (рис. 6б). На фиг. 7 приведен гидродинамический диаметр частиц по данным DLS (а) и (б) оптические спектры поглощения наночастиц в: 1 - исходных гидрозолях, 2 - экстрагированных в фазу о-ксилола и 3 - экстрагированных в фазу бутилацетата. На фиг. 8 показаны кривые термогравиметрического анализа (ТГ) и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) наночастиц экстрагированных в фазу о-ксилола с использованием ЦТАБ (а) и ЦТАН (б) в атмосфере аргона. На фиг. 9 представлена фотография капли раствора наночастиц металлического серебра с концентрацией металла 1800 г/л в фазе о-ксилола.The invention is illustrated by drawings. In fig. Figure 1 shows a diagram of the synthesis and washing of silver nanoparticles. In fig. Figure 2 shows the dependence of the degree of extraction of silver nanoparticles into the o-xylene phase on the concentration of ethyl alcohol at a silver hydrosol concentration = 0.4 M; concentrations of CTAB = 0.015 M and Vorg: Vaq = 2.0. In fig. Figure 3 shows the dependence of the degree of extraction of silver nanoparticles into the o-xylene phase on the concentration of CTAB (a) at Vorg: Vaq = 2.0 and various concentrations of silver in the original hydrosol, mol/l: 1 - 0.2; 2 - 0.3; 3 - 0.4; and 4 - 0.5, and also (b) at an initial silver concentration of 0.4 M and Vorg: Vaq: 5 - 0.25; 6 - 0.5; 7 - 1; 8 - 2. In FIG. Figure 4 shows the dependence of the extraction of silver nanoparticles into the organic phase on the concentration of cetyltrimethylammonium nitrate (CTAN) (a) at Vorg: Vaq = 2.0 and different concentrations of silver in the original hydrosol, mol/l: 1 - 0.2; 2 - 0.3 and 3 - 0.4; and also (b) at an initial silver concentration of 0.4 M and the ratio Vorg: Vaq: 4 - 2; 5 - 1; 6 - 0.5; 7 - 0.25; 8 - 2. In FIG. Figure 5 shows XRD of nanoparticles in the original hydrosol “black curve” and nanoparticles extracted into the o-xylene phase “red curve”. In fig. Figure 6 shows micrographs (TEM) of nanoparticles in the original hydrosols (Figure 6a) and after extraction into the o-xylene phase (Figure 6b). In fig. Figure 7 shows the hydrodynamic diameter of particles according to DLS data (a) and (b) optical absorption spectra of nanoparticles in: 1 - initial hydrosols, 2 - extracted into the o-xylene phase and 3 - extracted into the butyl acetate phase. In fig. Figure 8 shows thermogravimetric analysis (TG) and differential scanning calorimetry (DSC) curves of nanoparticles extracted into the o-xylene phase using CTAB (a) and CTAN (b) in an argon atmosphere. In fig. Figure 9 shows a photograph of a drop of a solution of metallic silver nanoparticles with a metal concentration of 1800 g/l in the o-xylene phase.
Заявляемый способ получения высококонцентрированного органозоля наночастиц серебра осуществляют следующим образом.The inventive method for producing a highly concentrated organosol of silver nanoparticles is carried out as follows.
Готовят реакционные растворы сульфата железа (II), цитрата натрия и нитрата серебра. При перемешивании к раствору FeSO4 поочередно добавляют растворы цитрата натрия и серебра до достижения молярного отношения 1:1:(1,5÷3.2). Процесс восстановления проводят на магнитной мешалке при перемешивании со скоростью 200 мин-1 и температуре 25 °С в течение 5 мин. Полученные наночастицы отделяют от раствора центрифугированием в течение 3-5 минут на скорости 1000 об/мин. К осадку добавляют дистиллированную воду до исходного объема, интенсивно перемешивают до полного растворения осадка, после чего добавляют равный по объему раствор цитрата натрия до концентрации 0,1М - 0,3М для коагуляции частиц и снова центрифугируют в течение 3-5 минут на скорости 1000 об/мин (операцию повторяют 3-4 раза). Коагулят наночастиц пептизируют в дистиллированной воде до исходного объема раствора с образованием гидрозолей наночастиц серебра. К полученному гидрозолю наночастиц серебра последовательно приливают воду и другие реагенты до итоговой концентрации в растворе по серебру от 0,2 М до 0,5 М, по этиловому спирту от 0 М до 6 М и по ЦТАБ или ЦТАН от 0,005 М до 0,02 М, приливают о-ксилол или бутилацетат в объемном отношении Vорг:Vводн=0,5 и аккуратно перемешивают. Далее центрифугируют в течение 5 минут на скорости 2000 об/мин. После центрифугирования наблюдалось расслоение фаз. Органическая фаза, содержащая наночастицы серебра и окрашенная в темно-красный цвет, отделялась от бесцветной водной фазы, в которой содержалось небольшое количество нерастворимого осадка, путем декантации.Reaction solutions of iron (II) sulfate, sodium citrate and silver nitrate are prepared. While stirring, solutions of sodium and silver citrate are alternately added to the FeSO 4 solution until a molar ratio of 1:1:(1.5÷3.2) is achieved. The reduction process is carried out on a magnetic stirrer with stirring at a speed of 200 min -1 and a temperature of 25 ° C for 5 minutes. The resulting nanoparticles are separated from the solution by centrifugation for 3-5 minutes at a speed of 1000 rpm. Distilled water is added to the precipitate to the original volume, stirred intensively until the precipitate is completely dissolved, after which an equal volume solution of sodium citrate is added to a concentration of 0.1 M - 0.3 M to coagulate the particles and centrifuged again for 3-5 minutes at a speed of 1000 rpm /min (the operation is repeated 3-4 times). The coagulum of nanoparticles is peptized in distilled water to the original volume of solution to form hydrosols of silver nanoparticles. Water and other reagents are successively added to the resulting hydrosol of silver nanoparticles until the final concentration in the solution for silver is from 0.2 M to 0.5 M, for ethyl alcohol from 0 M to 6 M, and for CTAB or CTAN from 0.005 M to 0.02 M, add o-xylene or butyl acetate in a volume ratio Vorg:Vaq = 0.5 and mix gently. Next, centrifuge for 5 minutes at a speed of 2000 rpm. After centrifugation, phase separation was observed. The organic phase, containing silver nanoparticles and colored dark red, was separated from the colorless aqueous phase, which contained a small amount of insoluble precipitate, by decantation.
Цетилтриметиламмоний нитрат (ЦТАН), ввиду отсутствия в свободной продаже, готовят самостоятельно путем замещения аниона Br- в цетилтриметиламмоний бромиде (ЦТАБ) на NO3 - методом ионного обмена с использованием сильноосновного анионита АВ-17-8 в NO3 - форме. Для этого анионит АВ-17-8 переводят NO3 --форму, несколько раз обрабатывая его избытком 1 М HNO3 и отмывая деионизованной водой до нейтральной среды. Ионит сушат при комнатной температуре. Емкость ионита определяют по изменению концентрации раствора NaOH до и после контакта с ионитом и его титрованием 0,1 М HCl в присутствии фенолфталеина. К 0,1 М водному раствору ЦТАБ добавляют 1,5-кратный избыток предварительно набухшего анионита АВ-17-8 в NO3 - - форме и перемешивают на шейкере в течении суток. После чего раствор отделяют, ионит тщательно промывают деионизованной водой, основной объем раствора и промывные воды собирают и сушат под вакуумом при комнатной температуре, сухой осадок ЦТАН собирают и растворяют в этиловом спирте для дальнейшего использования. Cetyltrimethylammonium nitrate (CTAN), due to its lack of commercial availability, is prepared independently by replacing the Br- anion in cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) with NO 3 - by the ion exchange method using a strong basic anion exchanger AV-17-8 in NO 3 - form. To do this, the AV-17-8 anion exchanger is converted to NO 3 - form, treating it several times with an excess of 1 M HNO 3 and washing with deionized water to a neutral environment. The ion exchanger is dried at room temperature. The capacity of the ion exchanger is determined by the change in the concentration of the NaOH solution before and after contact with the ion exchanger and its titration with 0.1 M HCl in the presence of phenolphthalein. A 1.5-fold excess of pre-swollen anion exchanger AV-17-8 in NO 3 - form is added to a 0.1 M aqueous solution of CTAB and mixed on a shaker for 24 hours. After which the solution is separated, the ion exchanger is thoroughly washed with deionized water, the main volume of the solution and the washing water are collected and dried under vacuum at room temperature, the dry precipitate of CTAN is collected and dissolved in ethyl alcohol for further use.
Для определения концентрации наночастиц серебра в водной или органической фазе аликвоту раствора высушивают при 150 °С, осадок серебра растворяют в 1 мл концентрированной азотной кислоты и сушат при 150 °С до получения белых кристаллов AgNO3, которые растворяют в воде и титруют 0,1 н раствором KSCN в присутствии Fe(NO3)3 до появления неисчезающей розовой окраски. Далее рассчитывают степень извлечения серебра в органическую фазу как отношение количества серебра в органической фазе к начальному количеству серебра в гидрозоле. To determine the concentration of silver nanoparticles in the aqueous or organic phase, an aliquot of the solution is dried at 150 °C, the silver precipitate is dissolved in 1 ml of concentrated nitric acid and dried at 150 °C until white crystals of AgNO 3 are obtained, which are dissolved in water and titrated with 0.1 N solution of KSCN in the presence of Fe(NO 3 ) 3 until a non-disappearing pink color appears. Next, the degree of silver extraction into the organic phase is calculated as the ratio of the amount of silver in the organic phase to the initial amount of silver in the hydrosol.
На фиг. 2 видно, что степень извлечения серебра в органическую фазу наночастиц серебра возрастает практически линейно во всем изученном диапазоне с увеличением концентрации этилового спирта. Молекулы этилового спирта выступают в качестве «катализатора переноса», позволяя «размыть» границу вода - о-ксилол и тем самым увеличить эффективность экстракции. Исходя из данных фиг. 3 при использовании ЦТАБ степень извлечения достигает максимального значения 62,5 % при концентрациях наночастиц серебра 0,4 М, ЦТАБ 0,01 М и Vорг:Vводн ≥ 0,5. По данным фиг. 4 степень извлечения серебра в органическую фазу в присутствии ЦТАН достигает значения ~ 90 % при концентрациях серебра 0,3М и 0,4 М при концентрациях ЦТАН 0,01 М и 0,012 М, соответственно и при Vорг:Vводн ≥0,5. По данным фиг. 5 наночастицы серебра, как в исходных гидрозолях, так и после их экстракции в о-ксилол представляют собой фазу чистого металлического серебра без каких-либо примесей. По фиг. 6 видно, что форма и размер частиц в процессе экстракции изменялись незначительно. Исходя из данных на фиг. 7 установлен гидродинамический диаметр полученных наночастиц. In fig. Figure 2 shows that the degree of silver extraction into the organic phase of silver nanoparticles increases almost linearly over the entire studied range with increasing concentration of ethyl alcohol. Ethyl alcohol molecules act as a “transfer catalyst,” allowing the water-o-xylene boundary to “blur” and thereby increase extraction efficiency. Based on the data in Fig. 3, when using CTAB, the recovery degree reaches a maximum value of 62.5% at concentrations of silver nanoparticles of 0.4 M, CTAB 0.01 M and V org : V aq ≥ 0.5. According to Fig. 4, the degree of silver extraction into the organic phase in the presence of CTAN reaches a value of ~ 90% at silver concentrations of 0.3 M and 0.4 M at CTAN concentrations of 0.01 M and 0.012 M, respectively, and at V org : V aq ≥0.5. According to Fig. 5 silver nanoparticles, both in the original hydrosols and after their extraction into o-xylene, represent a phase of pure metallic silver without any impurities. According to FIG. 6 shows that the shape and size of the particles changed slightly during the extraction process. Based on the data in Fig. 7 the hydrodynamic diameter of the obtained nanoparticles is established.
Пример 1. Example 1.
В термостойком стакане объемом 500 мл смешивают 70 мл 1,38 М раствора цитрата натрия и 50 мл 1,08 М раствора FeSO4, затем добавляют 50 мл 0,6 М раствора AgNO3. Синтез наночастиц вели при комнатной температуре на магнитной мешалке при скорости перемешивании 200 об/мин в течение 15 минут. Далее раствор с наночастицами центрифугиркют в течение 3 мин на скорости 1000 об/мин, центрифугат сливают, а к осадку приливают 20 мл дистиллированной воды, перемешивают, добавляют 20 мл (0,4 М) цитрата натрия и снова центрифугируют. Операцию повторяют 3 раза. Полученный осадок коагулированных наночастиц растворяют в 50 мл деионизованной воды. Концентрацию серебра в полученном гидрозоле определяют при помощи титрования по методике, описанной выше. Концентрация серебра составляет около 0,6 М. Далее к гидрозолю добавляют около 9,5 мл воды, 6,5 мл 95% этилового спирта, 2,8 мл 0,25 М раствора ЦТАБ в 95% этиловом спирте так, что конечная концентрация наночастиц серебра составляет 0,4 М; этилового спирта 2 М и ЦТАБ 0,01 М. К смеси приливают в два раза больший объем о-ксилола и аккуратно перемешивают. Смесь центрифугируют 5 минут на 1000 об/мин, в результате чего происходило расслоение на окрашенный органический слой, прозрачную водную часть и некоторое количество агрегированных частиц. Степень извлечения наночастиц серебра составила 62,5 % (фиг. 3а). По данным РФА, наночастицы как в исходной фазе гидрозоля, так и после их перехода в фазу о-ксилола представляли собой чистое металлическое серебро. По данным фиг. 6, исходные наночастицы имели округлую форму и средний размер около 8,4 нм, который возрастал до 9,1 нм после их переноса в о-ксилол. По данным фиг. 7а, средний гидродинамический размер наночастиц до и после экстракции в о-ксилол изменялся с 8,3 нм до 10 нм, соответственно. В оптических спектрах поглощения, представленных на фиг. 7б, как гидро, так и органозоля, наблюдается полоса поглощения в районе 400-430 нм, характерная для металлических наночастиц серебра. По данным термического анализа, проведенного в атмосфере Ar на фиг. 8а, образцы серебра, полученные с использованием ЦТАБ, содержат до 11% мас. примесей (растворитель, стабилизатор), практически полностью удаляющихся при нагревании до температуры 300°С. Полученные на основе о-ксилола органозоли подвергают вакуумному упариванию в эксикаторе с использованием водоструйного насоса при температуре 35°С, в результате чего были получены низковязкие, однородные по текстуре и стабильные к агрегации в течении более чем 60 дней концентраты наночастиц в о-ксилоле. Внешний вид органозоля с концентрацией наночастиц металлического серебра в 1800 г/л представлен на фиг. 9.In a heat-resistant glass with a volume of 500 ml, mix 70 ml of a 1.38 M sodium citrate solution and 50 ml of a 1.08 M FeSO 4 solution, then add 50 ml of a 0.6 M AgNO 3 solution. The synthesis of nanoparticles was carried out at room temperature on a magnetic stirrer at a stirring speed of 200 rpm for 15 minutes. Next, the solution with nanoparticles is centrifuged for 3 minutes at a speed of 1000 rpm, the centrifuge is drained, and 20 ml of distilled water is added to the precipitate, mixed, 20 ml (0.4 M) sodium citrate is added and centrifuged again. The operation is repeated 3 times. The resulting sediment of coagulated nanoparticles is dissolved in 50 ml of deionized water. The concentration of silver in the resulting hydrosol is determined by titration according to the method described above. The silver concentration is about 0.6 M. Next, about 9.5 ml of water, 6.5 ml of 95% ethyl alcohol, 2.8 ml of a 0.25 M solution of CTAB in 95% ethyl alcohol are added to the hydrosol so that the final concentration of nanoparticles silver is 0.4 M; 2 M ethyl alcohol and 0.01 M CTAB. Add twice the volume of o-xylene to the mixture and mix gently. The mixture was centrifuged for 5 minutes at 1000 rpm, resulting in separation into a colored organic layer, a clear aqueous part, and a certain amount of aggregated particles. The recovery rate of silver nanoparticles was 62.5% (Fig. 3a). According to X-ray diffraction data, the nanoparticles both in the initial hydrosol phase and after their transition to the o-xylene phase were pure metallic silver. According to Fig. 6, the initial nanoparticles had a round shape and an average size of about 8.4 nm, which increased to 9.1 nm after their transfer to o-xylene. According to Fig. 7a, the average hydrodynamic size of nanoparticles before and after extraction into o-xylene changed from 8.3 nm to 10 nm, respectively. In the optical absorption spectra presented in Fig. 7b, for both hydrosol and organosol, an absorption band is observed in the region of 400-430 nm, characteristic of metallic silver nanoparticles. According to the thermal analysis carried out in an Ar atmosphere in FIG. 8a, silver samples obtained using CTAB contain up to 11% wt. impurities (solvent, stabilizer), which are almost completely removed when heated to a temperature of 300°C. The organosols obtained on the basis of o-xylene are subjected to vacuum evaporation in a desiccator using a water-jet pump at a temperature of 35°C, as a result of which low-viscosity, homogeneous in texture and stable to aggregation for more than 60 days concentrates of nanoparticles in o-xylene were obtained. The appearance of an organosol with a concentration of metallic silver nanoparticles of 1800 g/l is shown in Fig. 9.
Пример 2.Example 2.
В термостойком стакане объемом 500 мл смешивают 70 мл 1,38 М цитрата натрия и раствор 50 мл 1,08 М FeSO4, затем добавляют 50 мл 0,6 М AgNO3. Синтез наночастиц ведут при комнатной температуре на магнитной мешалке при скорости перемешивании 200 об/мин в течение 15 минут. Далее раствор с наночастицами центрифугиркют в течение 3 мин на скорости 1000 об/мин, центрифугат сливают, а к осадку приливают 20 мл дистиллированной воды, перемешивают, добавляют 20 мл (0,4 М) цитрата натрия и снова центрифугируют. Операцию повторяют 3 раза. Полученный осадок коагулированных наночастиц растворяют в 50 мл деионизованной воды. Концентрацию серебра определяли при помощи титрования по методике, описанной выше. Концентрация серебра составляет около 0,6 М. Далее к гидрозолю добавляют около 9,5 мл воды, 6,5 мл 95% этилового спирта, 2,8 мл 0,25 М раствора ЦТАБ в 95% этиловом спирте так, что конечная концентрация наночастиц серебра составляет 0,4М; этилового спирта 2М и ЦТАБ 0,01 М. К смеси приливают равный объем бутилацетата и аккуратно перемешивают. Смесь центрифугируют 5 минут на 1000 об/мин в результате чего происходило расслоение на окрашенный органический слой, прозрачную водную часть и некоторое количество агрегированных частиц. Степень извлечения наночастиц серебра - 50 %. По данным DLS на фиг. 7а, средний гидродинамический размер наночастиц до и после экстракции в о-ксилол изменялся с 8,3 нм до 34,5 нм. По данным оптических спектров поглощения, представленных на фиг. 7б, гидрозоли и органозоли на основе бутилацетата имели полосу поглощения в районе 400-430 нм, характерную для металлических наночастиц.In a heat-resistant glass with a volume of 500 ml, mix 70 ml of 1.38 M sodium citrate and a solution of 50 ml of 1.08 M FeSO 4 , then add 50 ml of 0.6 M AgNO 3 . The synthesis of nanoparticles is carried out at room temperature on a magnetic stirrer at a stirring speed of 200 rpm for 15 minutes. Next, the solution with nanoparticles is centrifuged for 3 minutes at a speed of 1000 rpm, the centrifuge is drained, and 20 ml of distilled water is added to the precipitate, mixed, 20 ml (0.4 M) sodium citrate is added and centrifuged again. The operation is repeated 3 times. The resulting sediment of coagulated nanoparticles is dissolved in 50 ml of deionized water. The silver concentration was determined using titration according to the method described above. The silver concentration is about 0.6 M. Next, about 9.5 ml of water, 6.5 ml of 95% ethyl alcohol, 2.8 ml of a 0.25 M solution of CTAB in 95% ethyl alcohol are added to the hydrosol so that the final concentration of nanoparticles silver is 0.4M; ethyl alcohol 2M and CTAB 0.01 M. An equal volume of butyl acetate is added to the mixture and gently mixed. The mixture is centrifuged for 5 minutes at 1000 rpm, resulting in separation into a colored organic layer, a transparent aqueous part and a certain amount of aggregated particles. The degree of extraction of silver nanoparticles is 50%. According to the DLS data in Fig. 7a, the average hydrodynamic size of nanoparticles before and after extraction into o-xylene changed from 8.3 nm to 34.5 nm. According to the optical absorption spectra presented in Fig. 7b, hydrosols and organosols based on butyl acetate had an absorption band in the region of 400-430 nm, characteristic of metal nanoparticles.
Пример 3.Example 3.
В термостойком стакане объемом 500 мл смешивают 70 мл 1,38 М цитрата натрия и раствор 50 мл 1,08 М FeSO4, затем добавляют 50 мл 0,6 М AgNO3. Синтез наночастиц ведут при комнатной температуре на магнитной мешалке при скорости перемешивании 200 об/мин в течение 15 минут. Далее раствор с наночастицами центрифугируют в течение 3 мин на скорости 1000 об/мин, центрифугат сливают, а к осадку приливают 20 мл дистиллированной воды, перемешивают, добавляют 20 мл (0,4 М) цитрата натрия и снова центрифугируют. Операцию повторяют 3 раза. Полученный осадок коагулированных наночастиц растворяют в 50 мл деионизованной воды. Концентрацию серебра определяют при помощи титрования по методике, описанной выше. Концентрация серебра составляет около 0,6 М. Далее к гидрозолю добавляют около 9,5 мл воды, 6,5 мл 95% этилового спирта, 2,8 мл 0,25 М раствора ЦТАН в 95% этиловом спирте так, что конечная концентрация наночастиц серебра составляет 0,4М; этилового спирта 2М и ЦТАБ 0,01 М. К смеси приливают в два раза больший объем о-ксилола и аккуратно перемешивают. Смесь центрифугируют 5 минут на 1000 об/мин, в результате чего происходило расслоение на окрашенный органический слой, прозрачную водную часть и некоторое количество агрегированных частиц. Степень извлечения наночастиц серебра составила 90% (фиг 4а). По данным оптических спектров поглощения, представленных на фиг. 7б гидрозоли и органозоли имели полосу поглощения в районе 400-430 нм, характерную для металлических наночастиц. По данным ТГ/ДСК, проведенных в атмосфере Ar по фиг. 8б, образцы, полученные с использованием ЦТАБ, содержат до 8% мас. примесей (растворитель, стабилизатор), практически полностью удаляющихся при нагревании до температуры 300°С.In a heat-resistant glass with a volume of 500 ml, mix 70 ml of 1.38 M sodium citrate and a solution of 50 ml of 1.08 M FeSO 4 , then add 50 ml of 0.6 M AgNO 3 . The synthesis of nanoparticles is carried out at room temperature on a magnetic stirrer at a stirring speed of 200 rpm for 15 minutes. Next, the solution with nanoparticles is centrifuged for 3 minutes at a speed of 1000 rpm, the centrifuge is drained, and 20 ml of distilled water is added to the sediment, mixed, 20 ml (0.4 M) sodium citrate is added and centrifuged again. The operation is repeated 3 times. The resulting sediment of coagulated nanoparticles is dissolved in 50 ml of deionized water. The silver concentration is determined by titration using the method described above. The silver concentration is about 0.6 M. Next, about 9.5 ml of water, 6.5 ml of 95% ethyl alcohol, 2.8 ml of a 0.25 M solution of CTAN in 95% ethyl alcohol are added to the hydrosol so that the final concentration of nanoparticles silver is 0.4M; 2M ethyl alcohol and 0.01 M CTAB. Add twice the volume of o-xylene to the mixture and mix gently. The mixture was centrifuged for 5 minutes at 1000 rpm, resulting in separation into a colored organic layer, a clear aqueous part, and a certain amount of aggregated particles. The recovery rate of silver nanoparticles was 90% (Fig. 4a). According to the optical absorption spectra presented in Fig. 7b, hydrosols and organosols had an absorption band in the region of 400-430 nm, characteristic of metal nanoparticles. According to TG/DSC data carried out in an Ar atmosphere in Fig. 8b, samples obtained using CTAB contain up to 8% wt. impurities (solvent, stabilizer), which are almost completely removed when heated to a temperature of 300°C.
Таким образом, заявляемый способ получения органозолей наночастиц металлического серебра прост, удобен в использовании, не требует применения токсичных и труднодоступных реагентов и имеет высокую производительность (концентрация конечного продукта выше, чем у аналогов, как минимум, в 100 раз). Благодаря данному способу удалось получить агрегативно и седиментационно стабильные органозоли, содержащие сферические наночастицы металлического серебра размером 5-15 нм с концентрацией металла до 1800 г/л.Thus, the proposed method for producing organosols of metallic silver nanoparticles is simple, easy to use, does not require the use of toxic and hard-to-find reagents, and has high productivity (the concentration of the final product is at least 100 times higher than that of analogues). Thanks to this method, it was possible to obtain aggregation and sedimentation stable organosols containing spherical nanoparticles of metallic silver 5-15 nm in size with a metal concentration of up to 1800 g/l.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2821522C1 true RU2821522C1 (en) | 2024-06-25 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2088328C1 (en) * | 1994-08-03 | 1997-08-27 | Кемеровский государственный университет | Method of preparing colloid solutions of metals |
JP2003159525A (en) * | 2001-09-14 | 2003-06-03 | Toda Kogyo Corp | Material for noble metal colloidal organosol and method for manufacturing the same |
RU2489231C1 (en) * | 2011-11-28 | 2013-08-10 | Борис Николаевич Хлебцов | Method of making powder preparation of noble metal nanoparticles |
US8591624B2 (en) * | 2010-02-25 | 2013-11-26 | National Tsing Hua University | Methods for preparing hydrophobic metal nanoparticles and precursors used therein |
RU2650820C1 (en) * | 2016-12-29 | 2018-04-17 | Тимур Эмильевич Габяш | Method of obtaining organosol |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2088328C1 (en) * | 1994-08-03 | 1997-08-27 | Кемеровский государственный университет | Method of preparing colloid solutions of metals |
JP2003159525A (en) * | 2001-09-14 | 2003-06-03 | Toda Kogyo Corp | Material for noble metal colloidal organosol and method for manufacturing the same |
US8591624B2 (en) * | 2010-02-25 | 2013-11-26 | National Tsing Hua University | Methods for preparing hydrophobic metal nanoparticles and precursors used therein |
RU2489231C1 (en) * | 2011-11-28 | 2013-08-10 | Борис Николаевич Хлебцов | Method of making powder preparation of noble metal nanoparticles |
RU2650820C1 (en) * | 2016-12-29 | 2018-04-17 | Тимур Эмильевич Габяш | Method of obtaining organosol |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
WEI W. et al., Preparation and Characterization of Silver Nanoparticles at High Concentrations, American Chemical Society, 2004, v. 878, pp. 1-14. * |
ВОРОБЬЕВ С. А. и др. Влияние реакционных условий на размер наночастиц серебра в концентрированных золях Carey Lea, Журнал Сибирского федерального университета, Серия: Химия, 2020, т. 13, N 3, cc. 372-384. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kadi et al. | Decoration of g-C3N4 nanosheets by mesoporous CoFe2O4 nanoparticles for promoting visible-light photocatalytic Hg (II) reduction | |
KR100486604B1 (en) | Method for manufacturing nano-scale copper powders by wet reducing process | |
EP2118019A2 (en) | Methods of making metal oxide nanoparticles | |
EP1946821A1 (en) | Method for producing fine particles of salt, hydroxide or oxide, and fine particles of salt, hydroxide or oxide produced by such method | |
DE3854499T2 (en) | SEPARATION AND PRODUCTION OF NICKEL AND COBALT IN AMMONIACAL SYSTEMS. | |
JP2019002067A (en) | Method of making colloidal metal nanoparticles | |
TWI670113B (en) | Method of making colloidal platinum nanoparticles | |
RU2821522C1 (en) | Method of producing highly concentrated organosol of silver nanoparticles | |
CN101049966A (en) | Method for producing powder in micron order of bismuth oxide | |
DE69415463T2 (en) | Agent for treating metal ions in aqueous solution, process for its preparation and method for treating metal ions in aqueous solution | |
US8454931B2 (en) | Tungstic acid powder consisting of spherical tungsten particles and method for producing same | |
JPH02145422A (en) | Production of fine copper oxide powder | |
Lin et al. | Enhanced reactivity of copper nanoparticles mass-produced by reductive precipitation in a rotating packed bed with blade packings | |
CN114957029A (en) | A kind of preparation method and application of extractant | |
Kora et al. | In situ synthesis and preconcentration of cetylpyridinium complexed hexaiodo platinum nanoparticles from spent automobile catalytic converter leachate using cloud point extraction | |
CN111039448B (en) | Method for removing manganese impurities in acidic solution by ozone | |
CN114655932A (en) | Calcium peroxide, preparation method thereof and application thereof in amoxicillin degradation | |
US3457035A (en) | Method for producing cuprous oxide | |
Saosamniang et al. | Gold nanoparticle morphology adjusted as high-performance catalyses in supergiant dispersant | |
FR2490618A1 (en) | PROCESS FOR MANUFACTURING STABLE SOLUTION OF TITANYLE SULFATES | |
JP6480778B2 (en) | Method of manufacturing copper nanostructure | |
Jiang et al. | Hydrothermal synthesis of new CuVO2 delafossite hexagonal nanoplates | |
CN115818740B (en) | Synthetic method of ruthenium dioxide nano powder | |
CN117300149B (en) | Flake micron silver powder and preparation method thereof | |
JPH032302A (en) | Manufacture of high purity copper fine powder |