CN101457034B - 一种制备高分散性纳米固态粉体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制备高分散性纳米固态粉体的方法，它包括：在液体状态下制备的纳米颗粒与微生物进行混合，在适合于微生物生长的液体环境中使纳米颗粒吸附微生物上，随后，将微生物与液体分离并进行干燥，干燥后的微生物残骸上仍然吸附着大量的纳米颗粒，这些纳米颗粒由于微生物残骸的支撑作用而相互分离，纳米颗粒之间不会产出团聚，从而制备出分散性良好的固态纳米颗粒。本发明的优点：所用微生物为常规的微生物；采用液体状态下微生物与纳米颗粒吸附时容易使纳米颗粒处于良好的分散状态，易于微生物对纳米颗粒的单颗粒吸附；采用微生物的残骸作为纳米颗粒之间的支撑物，解决团聚的问题；通过加热的方法使微生物残骸支撑物变成二氧化碳而避免对纳米颗粒应用的影响。本方法的方法易于工业实现，操作容易，对环境不会产生污染。

Description

一种制备高分散性纳米固态粉体的方法
技术领域
本发明涉及一种制备高分散性纳米固态粉体的新方法。特别是一种利用微生物与纳米颗粒之间的吸附特性，制备高分散性纳米固态粉体的方法
背景技术
粉体特别是纳米粉体在国民经济的各个行业中得到了越来越广泛的应用，随着粉体应用范围的扩大，对粉体的要求越来越高。粉体颗粒越细，其应用范围越广，应用到产品中后其性能越优异。但是由于当粉体的粒度变细后，单个颗粒的比表面积增大，颗粒和颗粒之间极易产生团聚，特别是在液体状态下制备的纳米颗粒当颗粒被干燥后纳米颗粒又重新团聚为微米级颗粒。如纳米碳酸钙在液体状态下的碳酸钙颗粒是纳米级颗粒，但当将其干燥以后，碳酸钙就变成7微米左右的微米级颗粒。在应用的过程中失去了纳米颗粒所拥有的特殊性质。因此，需要有良好的手段和方法来使纳米颗粒在固态状态下保持分散状态，才能使所制得的纳米颗粒充分发挥其纳米特性。目前，应用纳米分散的方法有很多种，如加入分散剂(固体或液体)、静电分散方法、气流分散方法、机械分散方法等。但没有一种方法可以从根本上解决纳米颗粒的团聚问题。这是因为当颗粒粒度在纳米级别时，由于粒度变细，表面能增加，高表面能的颗粒相遇时总是要释放能量，降低表面能，使颗粒处于稳定状态，而颗粒间相互团聚减小表面积是降低表面能的最好方法，该过程从理论上讲是一个自发的过程。因此，纳米颗粒从理论上来讲总是趋于团聚状态。必须从根本上使颗粒之间不能接触才能使纳米颗粒不产生团聚。本方法就是采用微生物作为支架将纳米颗粒在空间上隔离，防止纳米颗粒团聚，达到纳米颗粒分散的方法。
发明内容
本发明的目的是针对目前固体颗粒制备过程中存在的颗粒团聚，影响纳米颗粒发挥其纳米特性的问题，提供一种使纳米颗粒在干燥的过程中不会发生纳米颗粒与纳米颗粒之间的团聚，达到制备分散性良好的纳米粉体的目的。
为达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：这种制备高分散性纳米固态粉体的方法是：在液体状态下制备的纳米颗粒与微生物进行混合，在适合于微生物生长的液体环境中使纳米颗粒吸附在微生物上，随后，将微生物与液体分离并进行干燥，干燥后的微生物残骸上仍然吸附着大量的纳米颗粒，这些纳米颗粒由于微生物残骸的支撑作用而相互分离，纳米颗粒之间不会产出团聚，从而制备出分散性良好的固态纳米颗粒。
通过采用微生物吸附纳米颗粒，用微生物的残骸作为纳米颗粒间的支撑物，使纳米颗粒在干燥的过程中不会发生纳米颗粒与纳米颗粒之间的团聚，达到制备分散性良好的纳米粉体的目的。
由于微生物本身对纳米颗粒的吸引和微生物表面的绒毛具有吸附其它物质，特别是纳米粉体的性质，纳米颗粒会吸附于微生物的表面，吸附了足够量的纳米颗粒后，将微生物与液体进行分离，这时微生物在脱离生长的环境后死亡，死亡后的微生物残骸上还吸附着在液体中吸附的纳米颗粒。由于微生物是多枝，表面附带各种绒毛的有机体，吸附于表面绒毛顶端和各个分枝上的纳米颗粒由于微生物残骸的支撑作用，纳米颗粒与纳米颗粒之间不会由于纳米颗粒之间的强烈的吸引力而互相团聚在一起，达到了使纳米颗粒分散的目的。
只要温度稍高，微生物残骸就会被分解成二氧化碳释放出来，不会影响纳米颗粒在复合材料中的作用。
本发明所处理的粉体粒度应小于100纳米，因为，纳米颗粒只有粒径小于100纳米时才能显示出其特有的纳米特性。
本发明所使用的微生物包括所有能吸附纳米颗粒的微生物，可以是细菌、病毒等。
本发明优点：(1)本发明所用的微生物是常规的微生物，容易获得；(2)采用液体状态下微生物与纳米颗粒吸附时容易使纳米颗粒处于良好的分散状态，易于微生物对纳米颗粒的单颗粒吸附；(3)本发明的方法采用微生物的残骸作为纳米颗粒之间的支撑物，使纳米颗粒从根本上解决了相互之间团聚的问题。(4)本发明的方法所制备的高分散纳米颗粒在将来的应用过程中很容易通过加热的方法使纳米颗粒间的微生物残骸支撑物变成二氧化碳而避免微生物残骸对纳米颗粒应用的影响。(5)本方法的方法易于工业实现，操作容易，对环境不会产生污染。
附图说明
图1不同种类的微生物吸附纳米颗粒示意图
微生物的形态多种多样；从图1可以看出微生物本身的结构具有多枝状，并且表面有很多的绒毛，当这些绒毛遇到纳米颗粒将纳米颗粒吸附在微生物的表面。
具体实施方式
实施例1：M13病毒对纳米金颗粒的吸附
1、采用微生物的平板划线分离技术分离出M13(肠杆菌噬菌体Enterobacteriaphage)，或选购菌种自己培养；
2、采用有机碳源在pH值为4.0-6.0的条件下，保持温度在40度左右对M13进行培养、繁殖，得到含有大量的微生物溶液；
3、购得纳米金颗粒，应用表面活性剂类的分散剂(如钛酸酯等)分散，得到分散性良好的纳米颗粒的溶液；也可以采用化学方法直接制备纳米颗粒溶液；
4、将液体状态下分散的纳米颗粒加入到所筛选的经驯化的微生物生长液中生长液中纳米颗粒的浓度小于20％，停留时间为12小时，使纳米颗粒在微生物表面的吸附为单层吸附，将吸附了纳米颗粒的微生物与液体分离；
5、将吸附了纳米颗粒的微生物的干燥，制备成高分散性的纳米固态粉体。
实施例2
1、选育硫杆菌，在适合细菌生长的环境下对细菌进行培养，(酸性溶液、温度为30-70度、寡营养的条件下(水溶液中碳源小于10mg/l))；
2、将黄铁矿和分散剂(六偏磷酸钠)放入高效搅拌磨机中研磨5小时，得到黄铁矿的纳米分散溶液；
3、将液体状态下分散的纳米颗粒加入到所筛选的硫化菌生长液中；
4、将分离后达到的吸附了纳米颗粒的硫化菌干燥，制备成分散性良好的纳米固态粉体。

Claims (10)

1.一种制备高分散性纳米固态粉体的方法，其特征在于：它包括：在液体状态下制备的纳米颗粒与微生物进行混合，在适合于微生物生长的液体环境中使纳米颗粒吸附微生物上，随后，将微生物与液体分离并进行干燥，干燥后的微生物残骸上仍然吸附着大量的纳米颗粒，这些纳米颗粒由于微生物残骸的支撑作用而相互分离，纳米颗粒之间不会产出团聚，从而制备出分散性良好的固态纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于微生物吸附纳米颗粒时要控制好纳米颗粒的吸附量，使得微生物表面的纳米颗粒小于单层吸附。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所应用的微生物是细菌或病毒。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的细菌或病毒的获得的方法是：采用平板划线法选育出特定的细菌或病毒或者购买相应的细菌菌种，然后，在特定的营养成份环境中，控制培养基的酸碱度，在合适的温度下进行培养、繁殖。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的病毒为对人体无害的M13病毒。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的细菌为浸出铜矿用的硫杆菌。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的纳米颗粒溶液的获得方法是：购买纳米颗粒将其用适当的分散剂分散后制得；或者采用化学方法直接在溶液中合成纳米颗粒；也可以采用高效的研磨设备将已有的固体物料研磨到纳米粒级。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的纳米颗粒溶液的获得方法是：购买纳米颗粒将其用适当的分散剂分散后制得；或者采用化学方法直接在溶液中合成纳米颗粒；也可以采用高效的研磨设备将已有的固体物料研磨到纳米粒级。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的液体状态下分散的纳米颗粒为购得纳米金颗粒，应用表面活性剂类的分散剂钛酸酯进行分散，将液体状态下分散的纳米金颗粒加入到所筛选的经驯化的M13病毒生长液中，生长液中纳米颗粒的浓度小于20％，停留时间为12小时，使纳米颗粒在微生物表面吸附，将吸附了纳米颗粒的微生物与液体分离；将吸附了纳米颗粒的微生物的干燥，制备成高分散性的纳米固态粉体。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所选育的硫杆菌在酸性溶液、温度为30-70度、水溶液中碳源小于10mg/l的条件下培养；采用黄铁矿和六偏磷酸钠放入高效搅拌磨机中研磨5小时，得到黄铁矿的纳米分散溶液。
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