纳米银的置换反应制备及其表征.pdf

银是人类最早使用的金属之一[1]。纳米银是氧化银组成的粒径在1～100nm之间、具有高比表
面积的颗粒[2]。纳米银颗粒以其独特的光学、电学、热学、磁学性能而著称[3]。气凝胶是在保持凝

胶三维网络结构不变的条件下，将其中的液体溶剂除去而形成的一种高度多孔材料[4]，气凝胶具有孔

隙率高、密度低等特点[5]，现已应用于绝热材料[6]、催化剂载体[7]和生物传感器[8]等领域。纤维素

基气凝胶具有生物可降解的纤维素材料和多孔气凝胶材料两者的优点，成为继无机气凝胶和合成聚合

物气凝胶之后的第3代气凝胶[9]。刘真真等人[10]使用旧报纸为原料，制备出纤维素基气凝胶，再通

过热分解制备出碳基气凝胶，用于吸附甲醇和硅油，实现了废旧材料的重新利用。

将纳米银负载于纤维素基气凝胶基体中，可减少纳米银本身的聚集性，同时提高纳米银颗粒的回

收效率。纤维素基气凝胶具有吸附性能，可用于吸附染料和其他有机物。银本身具有催化还原对硝基

苯酚[11]、催化亚甲基蓝的脱色[12]等功能。因此，纳米银/纳米二醛纤维素气凝胶可作为载银催化剂

应用于催化反应。现行方法是将气凝胶浸泡在硝酸银溶液中，经临界干燥或冷冻干燥后制备载银气凝

胶。如将乙酸纤维素纤维气凝胶浸泡在硝酸银溶液中，可得到载银量为6.89%的载银气凝胶[13]。但

该方法制备的气凝胶载银量低，不利于载银气凝胶在催化、导电等领域的应用。使用纳米纤维素作为

基材制备载银气凝胶可以增大纳米银的负载面积。同时，对纤维素基材料进行高碘酸盐氧化改性以增

加纳米银颗粒原位生成的反应位点，从而提高纤维素基材料的载银量。

本实验使用高碘酸钠将漂白硫酸盐针叶木浆氧化成二醛纤维素，以硝酸银为前驱体制备出纳米银

/二醛纤维素复合物，后经高压均质法得到纳米银/纳米二醛纤维素复合物，最终通过冷冻干燥法得到

纳米银/纳米二醛纤维素气凝胶。探究了不同氧化时间对纤维素基原料的影响及对载银气凝胶的微观

结构和结构组成进行表征。
1实验

1.1实验原料

漂白硫酸盐针叶木浆，山东晨鸣纸业集团股份有限公司；高碘酸钠、丙三醇、硝酸银、氯化银、

氢氧化钠、无水乙醇，均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；本实验中所有用水均为去离子水。
1.2实验仪器

高压均质机，GYB60-6S型，上海东华高压均质机厂；快速冷冻干燥机，Alpha2-4LDplus型，

德国chirst公司；纤维测试分析仪，FiberFester912型，瑞典L&W公司；快速纸页成型器，RK-ZA-KWT

型，奥地利PTI公司；零距抗张仪，Z-SPAN2400型，加拿大Pulmac公司；傅里叶变换红外光谱仪，

FTIR-7034944型，美国布鲁克公司；X射线衍射仪，XRD-7000S/L型，日本岛津公司；紫外可见分

光光度计，UV-2550型，日本岛津公司；比表面积和孔径分析仪，Autosorb-IQ型，美国Quantachrome

公司；扫描电子显微镜，JSM-IT300LV型，日本电子公司；透射电子显微镜，HT7800型，日本日
立公司。
1.3纳米银/纳米二醛纤维素气凝胶的制备

图1为以漂白硫酸盐针叶木浆为原料制备纳米银/纳米二醛纤维素气凝胶的流程图。
1.3.1二醛纤维素的制备

取5g漂白硫酸盐针叶木浆和5g高碘酸钠，放入三口烧瓶中，倒入CH3COOH-CH3COONa

缓冲液500mL调节整个反应的pH值为4.5。三口烧瓶需进行遮光充氮处理，并将其置于水浴锅中，

调节温度至50℃，在恒定温度、恒定速度的磁力旋转搅拌条件下反应4h。待反应结束，对氧化后得
到的二醛纤维素进行抽滤，抽滤后将所得氧化的二醛纤维素置于1%的丙三醇溶液中进行洗涤，洗涤

后再对其进行抽滤，将滤饼用去离子水反复洗涤至中性，制得二醛纤维素保存备用。

1.3.2纳米银/二醛纤维素的制备

将3g二醛纤维素浸泡在100mL浓度为0.025mol/L的硝酸银溶液中12h。滴入10mL浓度为

0.025mol/L的氯化银溶液，将混合溶液超声处理10min。最后加入100mL浓度为0.3mol/L的氢氧

化钠溶液，搅拌后，放置12h左右。离心收集纳米银/二醛纤维素并用无水乙醇多次清洗[14]。
1.3.3纳米银/纳米二醛纤维素及其气凝胶的制备

将浆浓为1%的纳米银/二醛纤维素溶液倒入高压均质机的料槽中，逐渐增大压力，使压力提高至

50MPa。纳米银/二醛纤维素溶液经过50次循环后收集得到纳米银/纳米二醛纤维素复合物。将纳米
银/纳米二醛纤维素的浓度调整至1%。然后将纳米银/纳米二醛纤维素溶液倒入培养皿中，使用液氮

将其快速冷冻。用保鲜膜对培养皿进行封口，并在保鲜膜上戳出10～20个小孔，为水分的排除留出

通道。将纳米银/纳米二醛纤维