ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

способ получения наночастиц металлов в водной среде

Классы МПК:C25C5/02 из растворов
B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Ликом" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2009-09-01
публикация патента:

Изобретение относится к получению наночастиц металлов, которые могут быть использованы в качестве биоцидного компонента в медицине, ветеринарии, биотехнологии, наноэлектронике. В предложенном способе осуществляют растворение стабилизирующих компонентов в растворителе, помещение в полученный раствор стабилизатора наночастиц анода в виде металлической пластины и катода, электрохимическое растворение анода при пропускании через раствор стабилизированного постоянного тока. При этом в качестве растворителя применяют дистиллированную воду, а в качестве стабилизирующих компонентов используют органические и неорганические стабилизирующие компоненты. Процесс растворения стабилизирующих компонентов проводят в две стадии, причем сначала при нагревании и перемешивании осуществляют растворение органических стабилизирующих компонентов, затем после охлаждения при перемешивании - растворение неорганических стабилизирующих компонентов. Причем в качестве катода используют пластину из нержавеющей стали. Обеспечивается получение наночастиц металлов в водной среде, обладающих ярко выраженными бактерицидными, каталитическими, антикоррозионными и магнитными свойствами. 1 табл.

Изобретение относится к области получения наночастиц металлов.

Наночастицы металлов обладают ярко выраженными бактерицидными, каталитическими, антикоррозионными и магнитными свойствами, что позволяет использовать их в медицине, ветеринарии, биотехнологии, наноэлектронике.

Наночастицы металлов представляют собой агломераты атомарного металла размерами 1-100 нм, поверхность которых окружена слоем молекул стабилизаторов, что позволяет достигать времен «жизни» системы вода/стабилизаторы/наночастицы металла не менее 12 месяцев.

Получение наночастиц металлов в жидких средах состоит из 2-х основных операций:

1. Приготовление жидкой среды путем растворения стабилизаторов в органическом или неорганическом растворителе.

2. Выделение в полученную среду металла в атомарной и/или ионной форме путем химических или электрохимических реакций с образованием наночастиц металла.

Известно несколько способов получения наночастиц металлов в жидких средах, среди которых наиболее традиционным является химическое восстановление растворимых соединений металлов различными восстановителями.

Так, например, описан способ получения наночастиц металлов в водной среде (Пилени М. и др. Наноразмерные частицы в коллоидных системах. Лангмюр. 1997. № 13. C.3266), (RU 2147487 C1), в котором синтез наночастиц металлов осуществляется путем восстановления соли металла, находящегося в водном растворе, химическим восстановителем (боргидридом, гидразином, водородом). В этом случае процесс формирования частиц и их агрегация протекает в водном ядре, окруженном оболочкой из молекул поверхностно-активных веществ. В результате окислительно-восстановительной реакции финишная водная среда содержит наночастицы металла диаметром от 3 до 50 нм.

К недостаткам описанного способа следует отнести невозможность высокочистого коллоидного раствора наночастиц металла, поскольку использование в качестве солей нитратов, сульфатов, перхлоратов и др. обусловливает наличие в конечном растворе загрязняющих его соответствующих анионов (NO3способ получения наночастиц металлов в водной среде, патент № 2410471 -, SO4способ получения наночастиц металлов в водной среде, патент № 2410471 2-, ClO4способ получения наночастиц металлов в водной среде, патент № 2410471 -).

Также известен способ получения наночастиц металлов посредством эрозионно-взрывного диспергирования материала (В.Г.Каплуненко, Н.В.Косинов, Д.В.Поляков. Получение новых биогенных и биоцидных наноматериалов с помощью эрозионно-взрывного диспергирования металлов. Физический вакуум и природа. Киев, 2008. Вып.1. - С.18-22), в котором заряженные наночастицы металлов, окруженные лигандами (молекулами воды) получают путем создания электрического дугового разряда в разрыве соответствующего металлического проводника, помещенного в водную среду. При этом образуются хелатные комплексы металла, формирующего наночастицы различной формы.

Недостатками описанного способа являются высокое значение силы тока (более 100 А), т.е. высокая энергоемкость процесса, а также малое время «жизни» полученных наночастиц (не более 1-го месяца) из-за отсутствия каких-либо стабилизаторов.

Наиболее близким к заявленному является способ, описанный в (Rodrigues-Sanchez L., Blanko M.L., Lopez-Quintela M.A. Electro-chemical Synthesis of Silver Nanoparticles. J. Phys. Chem. B. 2000. Vol.104. P 9683-9688), выбранный нами за прототип.

Он состоит из следующих стадий:

1. Растворение стабилизирующего компонента (тетрабутиламмония бромида) в органическом растворителе (ацетонитриле).

2. Электрохимическое растворение анода (металлическая пластина) в полученной на первой стадии органической среде.

При этом в качестве катода при пропускании постоянного электрического тока через раствор используют платину или алюминий. В описанном способе большая часть (55-80%) электрохимически растворенного металла оседает на катодах в виде пленок (т.е. коэффициент выхода наночастиц металла в раствор составляет не выше 45%). Также существенным недостатком способа является использование в качестве растворителя токсичного ацетонитрила, что исключает возможность применения финишной среды, содержащей наночастицы металла, в медицине, ветеринарии, биотехнологии и наноэлектронике.

Задачей настоящего изобретения является получение наночастиц металлов в водной среде путем электрохимического растворения металлического анода в водной среде, содержащей органические и неорганические стабилизирующие компоненты.

Задача решается следующим образом: вместо токсичного ацетонитрила в качестве растворителя используют дистиллированную воду, а в качестве стабилизирующих компонентов, вместо тетрабутиламмония бромида, используют органические и неорганические стабилизирующие компоненты. В качестве органических стабилизирующих компонентов могут выступать полигликоли, поливинилпирролидон, полиакрилаты калия, натрия, желатин, неорганических стабилизирующих компонентов - цитраты аммония, калия, натрия.

Целесообразность предлагаемого способа состоит в следующем:

1. Обеспечивается высокая стабильность наночастиц металла (не менее 12 месяцев).

2. Обеспечивается высокий коэффициент выхода наночастиц металла в водную среду (не менее 90%), малое оседание его на катоде.

3. Предполагается использование полученных наночастиц для производства медицинских, ветеринарных и косметических препаратов.

Процесс получения наночастиц металла в водной среде состоит из следующих операций:

1. Растворение в дистиллированной воде при нагревании (45-55°С) органических стабилизирующих компонентов.

2. Остужение полученного раствора до комнатной температуры.

3. Растворение неорганических стабилизирующих компонентов.

4. Помещение в полученную водную среду соответствующего металлического анода и катода из нержавеющей стали. Пропускание постоянного электрического тока в течение расчетного времени при перемешивании.

Пример 1.

Смесь полигликолей (ТУ 2483-008-71150986-2006) с молекулярной массой от 400 до 4000 растворяют в подогретой до 45-55°С дистиллированной воде (ГОСТ Р6709-72) при соотношении полигликоли: вода, составляющем от 15:85 до 40:60 мас. частей при перемешивании в течение 1 часа. Затем охлаждают до температуры 20-25°С. В полученный раствор при перемешивании добавляют цитрат аммония (ГОСТ 7234-71) из расчета 1,0 г на 1 л раствора при перемешивании. Затем в полученную среду помещают электродную систему, где анодом служит металлическая пластина (ГОСТ Р ИСО 9001-2001), а катодом - пластина из нержавеющей стали (ГОСТ 5582-95 марка 12Х18Н10Т). При перемешивании на электроды подают стабилизированный постоянный ток плотностью 10-20 А/кв.м и напряжением 10-20 В. Электрохимическое растворение металла ведут в течение 10-30 мин из расчета выхода наночастиц металла в водный раствор стабилизаторов 10-1000 мг на 1 л раствора. Свойства полученной водной среды, содержащей наночастицы металла, представлены в таблице (Пример 1).

Пример 2.

Проводится как пример 1, но вместо полигликолей на 1-м этапе в качестве органического стабилизатора применяют желатин (ГОСТ 11293-89 или ГОСТ 25183.10-82) из расчета 1-20 г на 1 л дистиллированной воды, а в качестве неорганического стабилизатора применяют цитрат натрия (ГОСТ 22280-76). Свойства полученной водной среды, содержащей наночастицы металла, представлены в таблице (Пример 2).

Пример 3.

Проводится как пример 1, но в качестве органических стабилизаторов применяют полигликоли при соотношении полигликоли: дистиллированная вода от 10:90 до 25:75 и желатин в количестве 0,5-10,0 г на 1 л раствора органических стабилизаторов, а в качестве неорганического стабилизатора применяют цитрат калия (ГОСТ 5538-78). Свойства полученной водной среды, содержащей наночастицы металла, представлены в таблице (Пример 3).

Пример 4.

Проводится как пример 1, но в качестве органического стабилизатора применяют поливинилпирролидон медицинский (ФС 42-1194-98) с молекулярной массой 8000-35000 при соотношении поливинилпирролидон: дистиллированная вода от 10:90 до 20:90, а в качестве неорганического стабилизатора применяют цитрат аммония. Свойства полученной водной среды, содержащей наночастицы металла, представлены в таблице (Пример 4).

Пример 5.

Проводится как пример 1, но в качестве органического стабилизатора применяют полиакрилат калия (марка HENGDRILL 67003, производство Китай) с молекулярной массой 50000-120000 при соотношении полиакрилат: дистиллированная вода от 2:98 до 10:90, а в качестве неорганического стабилизатора применяют цитрат аммония. Свойства полученной водной среды, содержащей наночастицы металла, представлены в таблице (Пример 5).

Для сравнения в таблице представлены показатели раствора наночастиц металлов из статьи в J. Phys. Chem. В. 2000. Vol.4. P.9683-9688. Наночастицы серебра получены электрохимическим растворением соответствующего металлического анода в ацетонитриле в присутствии стабилизатора тетрабутиламмония бромида (Пример 6).

Размеры наночастиц определялись методом электронной микроскопии. Коэффициент выхода наночастиц металла в жидкую среду определялся гравиметрически.

Таблица
Свойства сред, содержащих наночастицы металлов
Среда с наночастицами металла Основной растворитель Средний диаметр частиц металла, нм, не более Концентрация наночастиц в среде, мгл, не менее Коэффициент выхода наночастиц металла в жидкую среду, %, не менее Токсичность среды, содержащей наночастицы металла
Пример 1Вода дистиллированная 20 15592,6 Не токсична
Пример 2То же 25 21094,0 Не токсична
Пример 3То же 22 9890,5 Не токсична
Пример 4То же 18 6490,5 Не токсична
Пример 5То же 15 71090,5 Не токсична
Пример 6Ацетонитрил 7 5-845,0 Токсична

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения наночастиц металлов в водной среде, включающий растворение стабилизирующих компонентов в растворителе, помещение в полученный раствор стабилизатора наночастиц анода в виде металлической пластины и катода, электрохимическое растворение анода при пропускании через раствор стабилизированного постоянного тока, отличающийся тем, что в качестве растворителя применяют дистиллированную воду, а в качестве стабилизирующих компонентов используют органические и неорганические стабилизирующие компоненты, при этом процесс растворения стабилизирующих компонентов проводят в две стадии, причем сначала при нагревании и перемешивании осуществляют растворение органических стабилизирующих компонентов, затем после охлаждения при перемешивании - растворение неорганических стабилизирующих компонентов, а в качестве катода используют пластину из нержавеющей стали.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2410471

patent-2410471.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C25C5/02 из растворов

Патенты РФ в классе C25C5/02:
способ очистки висмута -  патент 2505615 (27.01.2014)
способ получения ультрамикродисперсного порошка оксида никеля на переменном токе -  патент 2503748 (10.01.2014)
катод электролизера для получения металлических порошков -  патент 2483143 (27.05.2013)
способ получения ультрамикродисперсного порошка оксида никеля -  патент 2428495 (10.09.2011)
способ получения электролитических порошков металлов -  патент 2420613 (10.06.2011)
способ получения металлического порошка -  патент 2418890 (20.05.2011)
способ получения наночастиц меди в водной среде -  патент 2410472 (27.01.2011)
способ получения серебряных порошков пср1 и пср2 -  патент 2393943 (10.07.2010)
способ получения серебряного порошка и серебряный порошок (варианты), полученный указанным способом -  патент 2356697 (27.05.2009)
катодная ячейка с опускающимся слоем для электрохимического выделения металла -  патент 2353711 (27.04.2009)

Класс B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур

Патенты РФ в классе B82B3/00:
способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок -  патент 2529604 (27.09.2014)
многослойный композиционный материал для защиты от электромагнитного излучения -  патент 2529494 (27.09.2014)
способ функционализации углеродных наноматериалов -  патент 2529217 (27.09.2014)
нанокомпонентная энергетическая добавка и жидкое углеводородное топливо -  патент 2529035 (27.09.2014)
способ получения насыщенных карбоновых кислот -  патент 2529026 (27.09.2014)
способ получения катализатора для процесса метанирования -  патент 2528988 (20.09.2014)
способ модифицирования углеродных нанотрубок -  патент 2528985 (20.09.2014)
полимерный медьсодержащий композит и способ его получения -  патент 2528981 (20.09.2014)
композиции матриксных носителей, способы и применения -  патент 2528895 (20.09.2014)
полимерное электрохромное устройство -  патент 2528841 (20.09.2014)


Наверх