植物還原法制備的不同尺寸及形貌金納米顆粒的分離純化研究.pdf

1、貴金屬納米材料的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、催化等性質(zhì)極大地依賴于材料的尺寸和形貌。其尺寸及形貌的可控合成一直是納米領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，但是由于影響因素眾多以及合成體系各異等，真正意義上的形貌均一且尺寸單分散的納米材料仍然難以直接獲得。因此，對(duì)尺寸及形貌多分散的納米材料施行有效的分離純化是提高其單分散性，繼而優(yōu)化其性能的必要手段。此外，植物還原法因其環(huán)保、反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)，被應(yīng)用于制備不同尺寸和形貌的金納米材料。本文采用植物還原法制備得到

2、具有尺寸及（或）形貌差異的金納米顆粒，采用密度梯度離心法、瓊脂糖凝膠電泳法、膜過濾法及“兩步法”等，對(duì)納米顆粒進(jìn)行分離，并從各分離過程的影響因素及分離機(jī)理方面進(jìn)行系統(tǒng)的研究。主要研究工作及結(jié)果如下:
　　首先，利用密度梯度離心法分離不同尺寸的金納米球。
　　第一，基于現(xiàn)有的沉降速率理論，建立了密度梯度離心過程中納米顆粒的沉降位移模型，并利用Matlab對(duì)模型進(jìn)行求解;以平均粒徑為25.2 nm的單分散性（尺寸偏差＜15％）金

3、納米球?yàn)槔?，將理論值和真?shí)值進(jìn)行比較，驗(yàn)證了沉降位移模型的可靠性;將該模型用于預(yù)測(cè)多分散性（尺寸偏差＞15％）金納米球的分離效果，并進(jìn)一步優(yōu)化，得到最優(yōu)離心時(shí)間為8min，可分離出粒徑分布為18.0±0.9 nm、25.2±1.6 nm、37.5±2.3nm的金納米球。
　　第二，通過模擬計(jì)算，探究離心時(shí)間、離心力因素對(duì)密度梯度離心分離效果的影響。結(jié)果表明:對(duì)于粒徑差別比較大的體系，增大離心時(shí)間（或離心力），分離效果會(huì)更好，但是對(duì)

4、于粒徑差別比較小的體系，分離度出現(xiàn)曲折或間斷性上升;而且，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，顆粒間距（即分離效果）的增幅逐漸減小。
　　第三，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比甘油、蔗糖、PVP、氯化銫等離心介質(zhì)，得出蔗糖是分離本實(shí)驗(yàn)的水溶性金納米顆粒的最適合的離心介質(zhì);通過對(duì)比離心和旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)兩種顆粒的濃縮方式，得出要得到大顆粒樣品宜采用離心濃縮，而小顆粒則宜采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮。
　　其次，利用瓊脂糖凝膠電泳法分離金納米球和較小的金納米片(120-200 nm)。考

5、察了瓊脂糖凝膠的濃度、電壓、TBE緩沖液濃度等對(duì)分離效果的影響，對(duì)分離效果進(jìn)行優(yōu)化，并從機(jī)理層面上探究其作用機(jī)理。結(jié)果表明:分離的最佳條件為1.2％凝膠濃度，100 V電壓，1×TBE緩沖液;通過推導(dǎo)及計(jì)算得出，在其他條件一致的情況下，金納米顆粒的遷移率與凝膠的濃度成（負(fù)）線性相關(guān);納米顆粒的遷移率與電泳電壓成正比;TBE緩沖液的濃度越高(0.5-2×TBE)，金納米顆粒的電泳遷移率越大，穩(wěn)定性越高;將生物法與化學(xué)法制備的金納米顆粒在電

6、泳過程所具有的不同特性進(jìn)行了對(duì)比，得出生物法制備的顆粒具有在緩沖液中穩(wěn)定性良好，無需進(jìn)一步修飾的優(yōu)勢(shì)。
　　再次，利用膜過濾法分離金納米球和較大的金納米片(200-900 nm)。利用中空纖維膜過濾連續(xù)分離納米顆粒，在透過液中得到近100％的金納米球，截留液中金納米片得到一定程度的富集。利用針頭式過濾器（0.22μm的膜）分離金納米球和較大尺寸的金納米片(200-900 nm)，考察了分離各因素對(duì)分離效果的影響。結(jié)果表明:適當(dāng)降低

7、膜的孔徑以及提高原液的pH有利于獲得較純金納米球，反之，則有利于獲得比較純的金納米片;采用不同材質(zhì)的膜進(jìn)行分離實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，疏水性的膜不能用于過濾納米顆粒的水溶液，親水性的混合纖維素酯膜與尼龍膜相比，過濾過程中顆粒的損失比較小，更適用于該體系的分離;通過二次過濾，可以使金納米片的純度達(dá)到近100％;當(dāng)過濾體積較小時(shí)，小顆粒在膜中受到的阻力比較小，通過膜的時(shí)間較短，優(yōu)先從膜流出來。
　　最后，采用密度梯度離心和凝膠電泳結(jié)合的“兩步法

8、”分離復(fù)雜體系中的金納米顆粒。首先，用密度梯度離心法有效地將金納米顆粒按照不同尺寸進(jìn)行分離。隨后，采用瓊脂糖凝膠電泳法進(jìn)一步將納米顆粒按形貌進(jìn)行分離。結(jié)果表明:對(duì)金納米球的粒徑分布為46.7±9.7 nm，金納米片的邊長(zhǎng)分布為107.7±32.6 nm的多分散性體系（尺寸分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差:20％-30％）進(jìn)行兩步法的分離可以獲得單分散性的金納米顆粒(金納米球的標(biāo)準(zhǔn)偏差是4％-5％;金納米片的標(biāo)準(zhǔn)偏差是6％-7％)。對(duì)于具有不同形貌的多分散