一种致密金纳米颗粒的快速化学镀膜方法及其生产设备

文档序号:1853380 发布日期:2021-11-19 浏览:7次 >En<

阅读说明:本技术 一种致密金纳米颗粒的快速化学镀膜方法及其生产设备 (Rapid chemical coating method for compact gold nanoparticles and production equipment thereof ) 是由 徐景锋 黄进刚 于 2021-08-24 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种致密金纳米颗粒的快速化学镀膜方法及其生产设备,包括以下步骤:以二氧化硅颗粒为镀膜载体,进行表面羧基化处理;在氯金酸溶液中投加还原剂、氨基硅烷偶联剂,制备氨基金纳米颗粒溶胶B;通过NHS/EDC的偶联作用,将氨基金纳米颗粒溶胶B嫁接到羧基二氧化硅颗粒A表面,形成含致密种子生长层的颗粒C;在颗粒C中加入还原剂和核黄素介体,缓慢注入氯金酸溶液,反应0.5-1h后,经真空干燥后进行高温隔氧煅烧。本发明可以获得表面金膜层粒径为5-40nm的二氧化硅颗粒,对汞的富集和脱附效果好;采用金膜富集-冷原子法测定汞的回收率可以达到96%以上,循环次数达到3500次以上,产品性能稳定,表面金膜颗粒均匀。(The invention provides a rapid chemical coating method of compact gold nanoparticles and production equipment thereof, wherein the method comprises the following steps: carrying out surface carboxylation treatment by taking silicon dioxide particles as a coating carrier; adding a reducing agent and an aminosilane coupling agent into a chloroauric acid solution to prepare an amino gold nanoparticle sol B; grafting the amino gold nanoparticle sol B onto the surface of the carboxyl silica particle A through the coupling effect of NHS/EDC to form a particle C containing a compact seed growth layer; and adding a reducing agent and a riboflavin mediator into the particles C, slowly injecting chloroauric acid solution, reacting for 0.5-1h, drying in vacuum, and calcining at a high temperature in an oxygen-insulated manner. The invention can obtain silicon dioxide particles with the surface gold film layer particle size of 5-40nm, and has good mercury enrichment and desorption effects; the recovery rate of mercury measured by a gold film enrichment-cold atom method can reach more than 96 percent, the cycle times can reach more than 3500 times, the product performance is stable, and the gold film particles on the surface are uniform.)

一种致密金纳米颗粒的快速化学镀膜方法及其生产设备

技术领域

本发明涉及镀膜生产技术领域,尤其涉及一种致密金纳米颗粒的快速化学镀膜方法及其生产设备。

背景技术

金纳米颗粒广泛应用于生物医学、环境监测等领域。

在环境监测中,通常利用金膜富集/冷原子吸收分光光度法测定环境空气中的汞。

利用金汞齐反应,单质汞与金在常温下就可以反应,在高温下汞又会蒸发析出,现有镀金颗粒制作成本高、流程复杂、不易控制,表面颗粒不均匀,金膜颗粒大,影响了检测效果。

因此,有必要提供一种致密金纳米颗粒的快速化学镀膜方法及其生产设备解决上述技术问题。

发明内容

本发明提供一种致密金纳米颗粒的快速化学镀膜方法及其生产设备,解决了现有镀金颗粒制作表面颗粒不均匀的问题。

为解决上述技术问题,本发明提供的致密金纳米颗粒的快速化学镀膜方法,包括以下步骤:

A、步骤1:以二氧化硅颗粒为镀膜载体,制备羧基二氧化硅;先用碱液在超声条件下浸泡0.5-1h;清洗后真空干燥;然后在乙醇体系中,加入羧基乙基硅烷三醇钠盐和十六烷基三甲基溴化铵,超声水浴1-2h,后清洗真空干燥,获得表面羧基化的二氧化硅颗粒A;

B、步骤2:在氯金酸溶液中投加还原剂和氨基硅烷偶联剂中任选1种,以及稳定剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),在超声水浴、pH4-5条件下反应1-2h,可获得5-20nm粒径大小的氨基金纳米颗粒溶胶B;

C、步骤3:将步骤1获得的羧基化二氧化硅颗粒A与步骤2获得的氨基金纳米颗粒溶胶B混合,同时,加入偶联剂N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和可溶于水的碳二亚胺(EDC),使A中羧基和B中氨基进行偶联生成稳定的酰胺键,过程中,先加EDC活化A中羧基30min,然后再加入NHS,在40-60摄氏度条件下混合10-20h,生成稳定酰胺键,该过程的主要目的是使二氧化硅颗粒表面嫁接上致密的金纳米颗粒种子生长层,便于后面步骤形成较厚的金膜镀层;

D、步骤4:将步骤3获得的材料放在容器中,同时加入还原剂溶液,同时加入核黄素介体,固体体积占20%-80%;开启搅拌器,控制pH 3-5.5范围,温度50-80℃,用注射泵缓慢投加1%-3%浓度的氯金酸,氯金酸与还原剂的质量比控制在1:2~3:1,反应时间0.5-1.0h,用去离子水洗净后真空干燥;

E、步骤5:将步骤4获得的材料在管式炉700-900℃中进行煅烧,用高纯氮气进行厌氧保护,采用程序升温,升温速率5~15℃/min,保温时间0.5~2h,冷却后获得成品。

优选的,所述步骤4中加入混合液同所述步骤2中的还原剂,浓度0.5%-1%,任选一种即可,所述还原剂可以为柠檬酸钠、鞣酸、抗坏血酸、白磷、硼氢化钠。

一种致密金纳米颗粒的快速化学镀膜生产设备,所述致密金纳米颗粒的快速化学镀膜生产设备包括用于权利权要1-2中的致密金纳米颗粒的快速化学镀膜方法,所述致密金纳米颗粒的快速化学镀膜生产设备包括:基板;

加工组件,所述加工组件固定于所述基板上,所述加工组件包括转动筒,所述转动筒的表面固定连接有第一齿轮,并且转动筒的内部滑动连接有搅拌桶,所述搅拌桶的内部固定连接有三角块,并且搅拌桶的内部滑动连接有清理板,所述清理板上固定连接有拉动杆,所述基板上固定连接有支撑架,所述支撑架上固定连接有驱动电机,所述驱动电机的输出端固定连接有第二齿轮。

优选的,所述转动筒与所述基板转动连接,所述第一齿轮的表面和所述第二齿轮的表面啮合。

优选的,所述搅拌桶的底部固定连接有异形块,所述转动筒的内部固定连接有异形槽,所述异形块和所述异形槽相适配。

优选的,所述三角块共设置有多个,多个所述三角块均匀分布在所述搅拌桶的内部。

优选的,所述支撑架为U形,所述搅拌桶位于所述支撑架的一侧。

优选的,所述清理板与所述三角块滑动连接。

优选的,所述基板上设置有加料组件,所述加料组件包括支撑杆,所述支撑杆的一端转动连接有转动盘,所述转动盘上设置有多个储料筒,所述储料筒的底部设置有下料管,所述支撑杆上固定连接有橡胶块。

优选的,所述橡胶块与所述转动盘滑动连接,多个所述储料筒均匀分布在所述转动盘上,所述支撑杆与所述基板固定连接,所述下料管上设置有控制阀。

与相关技术相比较,本发明提供的致密金纳米颗粒的快速化学镀膜方法及其生产设备具有如下有益效果:

本发明提供一种致密金纳米颗粒的快速化学镀膜方法及其生产设备,此方法可以使得表面金膜层致密,金膜颗粒粒径为5-40nm纳米级,对汞的富集和脱附效果好,采用金膜富集-冷原子法测定汞的回收率可以达到96%以上,循环使用次数达到3500次以上,提高汞测定过程中的富集效果;产品性能稳定,表面均匀。

附图说明

图1为本发明提供的致密金纳米颗粒的快速化学镀膜方法及其生产设备的第一实施例的结构示意图;

图2为图1所示的搅拌桶的立体图;

图3为本发明提供的致密金纳米颗粒的快速化学镀膜方法及其生产设备的第二实施例的结构示意图。

图中标号:1、基板,2、加工组件,21、转动筒,22、第一齿轮,23、搅拌桶,24、三角块,25、清理板,26、拉动杆,27、支撑架,28、驱动电机,29、第二齿轮,3、加料组件,31、支撑杆,32、转动盘,33、储料筒,34、下料管,35、橡胶块。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

第一实施例

请结合参阅图1、图2,其中,图1为本发明提供的致密金纳米颗粒的快速化学镀膜方法及其生产设备的第一实施例的结构示意图;图2为图1所示的转动筒的立体图。一种致密金纳米颗粒的快速化学镀膜方法,包括以下步骤:

A、步骤1:以二氧化硅颗粒为镀膜载体,制备羧基二氧化硅;先用碱液在超声条件下浸泡0.5-1h;清洗后真空干燥;然后在乙醇体系中,加入羧基乙基硅烷三醇钠盐和十六烷基三甲基溴化铵,超声水浴1-2h,后清洗真空干燥,获得表面羧基化的二氧化硅颗粒A;

B、步骤2:在氯金酸溶液中投加还原剂和氨基硅烷偶联剂中任选1种,以及稳定剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),在超声水浴、pH4-5条件下反应1-2h,可获得5-20nm粒径大小的氨基金纳米颗粒溶胶B;

C、步骤3:将步骤1获得的羧基化二氧化硅颗粒A与步骤2获得的氨基金纳米颗粒溶胶B混合,同时,加入偶联剂N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和可溶于水的碳二亚胺(EDC),使A中羧基和B中氨基进行偶联生成稳定的酰胺键,过程中,先加EDC活化A中羧基30min,然后再加入NHS,在40-60摄氏度条件下混合10-20h,生成稳定酰胺键,该过程的主要目的是使二氧化硅颗粒表面嫁接上致密的金纳米颗粒种子生长层,便于后面步骤形成较厚的金膜镀层;

D、步骤4:将步骤3获得的材料放在容器中,同时加入还原剂溶液,同时加入核黄素介体,固体体积占20%-80%;开启搅拌器,控制pH 3-5.5范围,温度50-80℃,用注射泵缓慢投加1%-3%浓度的氯金酸,氯金酸与还原剂的质量比控制在1:2~3:1,反应时间0.5-1.0h,用去离子水洗净后真空干燥;

E、步骤5:将步骤4获得的材料在管式炉700-900℃中进行煅烧,用高纯氮气进行厌氧保护,采用程序升温,升温速率5~15℃/min,保温时间0.5~2h,冷却后获得成品。

所述步骤4中加入混合液同所述步骤2中的还原剂,浓度0.5%-1%,任选一种即可,所述还原剂可以为柠檬酸钠、鞣酸、抗坏血酸、白磷、硼氢化钠。

主要特征是用NHS/EDC偶联剂,将羧基化二氧化硅颗粒A和氨基化金纳米颗粒B偶联,使得二氧化硅颗粒上形成金种子层,便于后续镀金。

一种致密金纳米颗粒的快速化学镀膜生产设备,所述致密金纳米颗粒的快速化学镀膜生产设备包括用于权利权要1-2中的致密金纳米颗粒的快速化学镀膜方法,所述致密金纳米颗粒的快速化学镀膜生产设备包括:基板1;加工组件2,所述加工组件2固定于所述基板1上,所述加工组件2包括转动筒21,所述转动筒21的表面固定连接有第一齿轮22,并且转动筒21的内部滑动连接有搅拌桶23,所述搅拌桶23的内部固定连接有三角块24,并且搅拌桶23的内部滑动连接有清理板25,所述清理板25上固定连接有拉动杆26,所述基板1上固定连接有支撑架27,所述支撑架27上固定连接有驱动电机28,所述驱动电机28的输出端固定连接有第二齿轮29。

由外接电源为驱动电机28提供电源,并且外接电源和驱动电机28之间设置有控制开关,驱动电机28采用伺服电机,并且驱动电机28可以进行反向和正向旋转。

还包括一种快速镀膜工艺,提高汞测定过程中的富集效果;产品性能稳定,表面均匀,包括以下步骤:

所述转动筒21与所述基板1转动连接,所述第一齿轮22的表面和所述第二齿轮29的表面啮合。

第一齿轮22旋转会带动第二齿轮29同步旋转。

所述搅拌桶23的底部固定连接有异形块,所述转动筒21的内部固定连接有异形槽,所述异形块和所述异形槽相适配。

异形块和异形槽是对搅拌桶23进行限位,使得转动筒21旋转时搅拌桶23会同步旋转,并且搅拌桶23可以由转动筒21的内部取出,搅拌桶23的底部设置有控制阀,控制可以将原理排出,或者可以将搅拌桶23由转动筒21的内部取出,对原料进行倾倒。

所述三角块24共设置有多个,多个所述三角块24均匀分布在所述搅拌桶23的内部。

三角块24可以使得液体转动时,对液体进行碰撞,和洗衣机的原理相同。

所述支撑架27为U形,所述搅拌桶23位于所述支撑架27的一侧。

所述清理板25与所述三角块24滑动连接。

清理板25与搅拌桶23的接触处设置有密封垫,可以避免液体的流出。

当需要对原料进行混合时,将原料倒入搅拌桶23的内部,然后由控制开关控制驱动电机28的输出端旋转,驱动电机28的输出端旋转会带动第二齿轮29旋转,第二齿轮29旋转会带动第一齿轮22旋转,第一齿轮22旋转会带动转动筒21旋转,转动筒21旋转会带动搅拌桶23旋转,从而使得搅拌桶23带动搅拌桶23内部的原料旋转,使得原料进行混合,并且当需要对搅拌桶23的内部的原料进行彻底清理时,向上拉动拉动杆26,拉动杆26向上移动会带动清理板25向上移动,使得清理板25可以对搅拌桶23内壁上的原料进行清理。

通过控制开关控制驱动电机28的输出端进行正向和反向旋转,使得可以带动搅拌桶23以及搅拌桶23内部的原料进行正向和反向旋转,使得搅拌桶23内部的原料与三角块24碰撞,增加了原料的流动性,从而达到原料混合的目的,避免了通过搅拌杆进行搅拌,会使得搅拌杆上粘附原料,使得难以清理,同时也会造成原料的浪费。

与相关技术相比较,本发明提供的致密金纳米颗粒的快速化学镀膜方法及其生产设备具有如下有益效果:

此方法可以使得表面金膜层致密,金膜颗粒粒径为5-40nm纳米级,对汞的富集和脱附效果好,采用金膜富集-冷原子法测定汞的回收率可以达到96%以上,循环使用次数达到3500次以上,提高汞测定过程中的富集效果;产品性能稳定,表面均匀。

第二实施例

请参阅图3,基于本申请的第一实施例提供的一种致密金纳米颗粒的快速化学镀膜方法及其生产设备,本申请的第二实施例提出另一种致密金纳米颗粒的快速化学镀膜方法及其生产设备。第二实施例仅仅是第一实施例优选的方式,第二实施例的实施对第一实施例的单独实施不会造成影响。

具体的,本申请的第二实施例提供的致密金纳米颗粒的快速化学镀膜方法及其生产设备的不同之处在于,致密金纳米颗粒的快速化学镀膜方法及其生产设备,所述基板1上设置有加料组件3,所述加料组件3包括支撑杆31,所述支撑杆31的一端转动连接有转动盘32,所述转动盘32上设置有多个储料筒33,所述储料筒33的底部设置有下料管34,所述支撑杆31上固定连接有橡胶块35。

橡胶块35是对转动盘32进行定位,使得转动盘32在没有外力的作用下不会旋转。

所述橡胶块35与所述转动盘32滑动连接,多个所述储料筒33均匀分布在所述转动盘32上,所述支撑杆31与所述基板1固定连接,所述下料管34上设置有控制阀。

控制阀是对下料管34进行密封,使得下料管34内部的料不会随意的流出,并且可以通过控制控制阀的大小,来控制原理下料的速度,使得可以根据需要控制原理全部倒入还是滴定式倒入。

工作原理:

通过将需要添加的原料倒入储料筒33的内部,当需要对其中一个原料进行添加时,旋转转动盘32,转动盘32旋转会带动储料筒33旋转,当需要添加的原料旋转至储料筒33的上方时,打开控制阀,使得原料通过下料管34流入搅拌桶23的内部,从而可以完成对原料的快速添加。

有益效果:

通过在转动盘32上设置多个储料筒33,使得可以将需要添加的原料进行预备,在需要添加时只需旋转转动盘32,使得转动盘32带动储料筒33旋转,从而可以将需要添加原料旋转至搅拌桶23的上方,使得可以对原料进行调节,避免了添加原料时需要进行取料和称量的麻烦。

以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其它相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

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