[发明专利]一种纳米贵金属粒子-纤维素杂化膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米金属-纤维素杂化膜的制备方法，特别涉及一种纳米贵金属粒子-再生纤维素杂化膜的制备方法。

背景技术

纳米金属-聚合物杂化材料不但具有聚合物的优异力学性能，而且保留了纳米金属的功能特性，在多组分的协同效应下，其具有独特的力、热、声、光、电、磁等性能。纤维素作为自然界中最丰富的可再生资源，是植物的主要物质组成，具有很高的生物相容性和可降解性。近年来，将具有导电、吸波、催化、生化探测功能的纳米金属杂化到纤维素膜内成为纳米材料领域的研究热点。

2004年，Junhui He等人在Chem.Mater.上发表文章(2003，15(23)：4401～4406)，报道了使用多孔纤维素纤维的纳米孔隙作为纳米反应容器，利用纳米金属粒子与纤维素的结合作用，原位制备了银、金、铂、钯等纳米贵金属粒子与纤维素的杂化材料。该种纳米贵金属粒子-纤维素杂化材料的制备方法过度依赖纤维素多孔材料的结构和性质，制备的纳米贵金属粒子粒度不均一、形态不均匀，并且难以控制其分散情况。2008年，Shingo Yokota等人曾尝试使用溶于N-甲基吗啉氧化物(NMMO)中的经过缩氨基硫脲接枝的低聚合度纤维素与纳米金(Au)粒子进行直接杂化，但由于纳米金粒子发生团聚且无法重新分散而失败(Angew.Chem.，2008，120：10014～10017)。本发明人曾采用NMMO溶剂法制备纤维素溶液，通过使用价格低廉的二甲基亚砜(DMSO)作为共溶剂，成功地解决了纳米金粒子遇NMMO溶液发生团聚的现象，提出了一种制备纳米金粒子-纤维素杂化膜的有效方法(Chem.Mater.，2010，22(8)：2675～2680)，该方法使用金溶胶直接再生溶于NMMO中的纤维素，纳米金粒子的利用率及其在纤维素膜中的分散情况受NMMO含量影响较大，适于实验室研究，难以实现工业化生产。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，解决纳米贵金属粒子与纤维素膜的受控杂化问题，提供一种适于工业化生产的纳米贵金属粒子-纤维素杂化膜制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

1、制备纤维素溶液：

在90℃、氮气保护下，使用N-甲基吗啉氧化物一水合物(NMMO·H₂O)直接溶解纤维素，持续搅拌2～24小时，直至纤维素完全溶解；

所述的纤维素包括α-纤维素、微晶纤维素，以及木浆纤维素、棉浆纤维素、草浆纤维素等漂白浆纤维素，优选的为α-纤维素；

主要组分的质量比为纤维素∶NMMO·H₂O＝1∶4～49；

优选的，可以加入占溶液质量分数万分之五(0.05％)的没食子酸丙酯(Propyl Gallate)作为抗氧化剂使用；

优选的，为降低纤维素溶液粘度、改善其成膜性能，可以向纤维素溶液中加入二甲基亚砜(DMSO)作为共溶剂使用，在90℃下搅拌混匀，可得到琥珀色的纤维素-NMMO·H₂O-DMSO溶液，各组分的质量比为：纤维素溶液∶DMSO＝1∶0.1～2；

2、纤维素溶液制膜：

在环境温度20～30℃、相对湿度RH≤65％下，以70～90℃的纤维素溶液为成膜液，在光洁的亲水性基片表面，将纤维素溶液制膜；

制膜可以通过玻璃棒刮膜、旋转涂膜机甩膜、拉膜机拉膜等方式，或不使用基片直接通过吹膜机吹膜的方式进行，此类方式为本技术领域所公知；

用凝固浴液浸没纤维素溶液膜将纤维素再生出来，使用去离子水充分淋洗再生纤维素膜，直至没有溶剂被淋洗出来，将再生纤维素膜保存在去离子水环境下，该种保存方式将使再生纤维素膜保持高活性羟基表面；

所述的亲水性基片包括普通玻璃片、石英片、ITO导电玻璃片、云母片或岩石解理片；

所述的凝固浴液包括水、乙醇、丙醇或它们的混合溶液；

3、制备纳米贵金属溶胶：

以去离子水为溶剂，将9体积量0.5～2mmol/L浓度的贵金属酸或盐溶液在搅拌下加热至沸腾，将1体积量8～80mmol/L浓度的柠檬酸或盐溶液迅速加入其中，继续加热25分钟，持续搅拌下冷却至室温；