一種分離不同粒徑納米粒子的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種分離方法，特別涉及分離不同粒徑納米粒子的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米粒子是一種人工制造的、大小不超過100納米的微型顆粒。它可能是乳膠體、聚合物、陶瓷顆粒、金屬顆粒和碳顆粒，其越來越多地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、防曬化妝品等中。
[0003]納米粒子具有重要的科學(xué)研究價值，因?yàn)樗钇鹆舜髩K物質(zhì)和原子、分子之間的橋梁。大塊物質(zhì)的物理性質(zhì)通常與大小無關(guān)，但是在納米尺寸上卻通常并非如此。
[0004]納米粒子具有特殊的物理效應(yīng)、熱學(xué)性能、磁學(xué)性能、光學(xué)性能等，如量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)、庫侖堵塞與量子隧穿效應(yīng)、介電限域效應(yīng)、納米粒子較同種物質(zhì)的常規(guī)粒子熔點(diǎn)降低、開始燒結(jié)溫度降低、晶化溫度降低、矯頑力高、超順磁性、居里溫度低、磁化率高、寬頻帶強(qiáng)吸收、具有藍(lán)移和紅移現(xiàn)象、可激發(fā)發(fā)光等，因此，目前對納米粒子的研究成為熱點(diǎn)。
[0005]不同粒徑的納米粒子具有不同的用途，粒度分布窄的納米粒子應(yīng)用范圍更為廣泛，如在計(jì)算機(jī)芯片中更希望使用粒度分布窄的納米粒子，然而，目前的能夠獲得的納米粒子的粒度分布寬，如在10nm?100nm之間，因此，在納米材料合成以后急需解決的一個問題就是如何把不同粒徑的納米顆粒分開。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中存在分離油溶性納米粒子的方法，如中國專利CN101712011A公開了一種有機(jī)密度梯度高速離心分離油溶性納米粒子的方法，其將納米粒子制成膠體納米顆粒溶液，通過混合密度不同的有機(jī)溶劑或高分子溶液，配制有機(jī)密度梯度介質(zhì)，在離心管中依次加入不同濃度的有機(jī)密度梯度介質(zhì)，將納米粒子的膠體溶液加到有機(jī)密度梯度上進(jìn)行離心，從而分離油溶性納米粒子，該方法在分離不同粒徑的納米粒子時，需要不斷調(diào)整有機(jī)溶液的密度，而該操作對操作人員的操作技能要求很高，極易導(dǎo)致分離失敗。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)中還存在分離水溶性納米粒子選擇性分離的方法，如中國專利CN102614975A，公開了一種用于水溶性納米粒子選擇性分離的方法，該方法首先選擇與待分離了納米粒子帶相反電荷的離子型表面活性劑作為萃取劑，再通過萃取的方法將水相中小尺寸納米粒子萃取至油相實(shí)現(xiàn)分離。這種方法的選擇性不強(qiáng)，對萃取出的納米粒子的粒徑無法預(yù)期，表面活性劑也較難選擇。
[0008]因此，亟需開發(fā)一種操作條件可控，分離出的納米粒子的粒徑可控的分離納米粒子的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了解決上述問題，本發(fā)明人進(jìn)行了銳意研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn):將納米粉末充分分散于具有特定黏度的溶劑中，在不同轉(zhuǎn)速的離心作用下即可分離得到粒徑分布窄的不同粒徑的納米粒子，從而完成了本發(fā)明。
[0010]本發(fā)明的目的在于提供以下方面:
[0011]第一方面，本發(fā)明提供一種分離不同粒徑納米粒子的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0012](I)將待分離納米粉末分散于溶劑中；
[0013](2)將步驟I得到的分散體系進(jìn)行離心分離；
[0014](3)移出步驟2得到混合物中上層液，對步驟2中得到的沉降物進(jìn)行洗滌、干燥；
[0015](4)對步驟3中移出的上層液重復(fù)步驟2?3的操作，直至待分離納米粉末被分離完全。
【附圖說明】
[0016]圖1示出實(shí)施例1中待分離納米鉭粉的粒徑圖；
[0017]圖2示出實(shí)施例1中在轉(zhuǎn)速為100rpm條件下分離得到納米鉭粉的粒徑圖；
[0018]圖3示出實(shí)施例1中在轉(zhuǎn)速為1500rpm條件下分離得到納米鉭粉的粒徑圖；
[0019]圖4示出實(shí)施例1中在轉(zhuǎn)速為2000rpm條件下分離得到納米鉭粉的粒徑圖；
[0020]圖5示出實(shí)施例1中在轉(zhuǎn)速為2500rpm條件下分離得到納米鉭粉的粒徑圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面通過對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將隨著這些說明而變得更為清楚、明確。
[0022]以下詳述本發(fā)明。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種分離不同粒徑納米粒子的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:
[0024]步驟I，將待分離納米粉末分散于溶劑中。
[0025]在本發(fā)明中，待分離納米粉末是指需要獲得較窄粒徑分布的納米粉末，如納米氧化鋅、納米鋁粉、納米鉭粉等。
[0026]在本發(fā)明中，優(yōu)選待分離納米粉末的粒徑為20nm?400nm，優(yōu)選為60nm?310nm ；當(dāng)待分離納米粉末的粒徑大于400nm時，納米粉末在溶劑中極易沉降，離心操作對納米粉末粒徑的選擇性不高，即，在較小轉(zhuǎn)速下大部分納米粒子均沉降下來，分離得到的納米粒子粒徑分布寬；當(dāng)待分離納米粉末的粒徑小于20nm時，納米粉末在溶劑極不容易沉降，只有當(dāng)轉(zhuǎn)速很高時納米粒子才能沉降下來，而且不能將納米粒子分級沉降。
[0027]鉭具有非常出色的化學(xué)性質(zhì)，其抗腐蝕性極高，無論是在冷和熱的條件下，對鹽酸、濃硝酸及〃王水〃都不反應(yīng)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。
[0028]因此，在本發(fā)明中，待分離納米粉末優(yōu)選選擇納米鉭粉，更優(yōu)選為粒徑為60nm?31 Onm的納米鉭粉。
[0029]在本發(fā)明中，所述溶劑不與待分離的納米粉末相互反應(yīng)，而且，所述溶劑具有特定黏度，針對不同種類和粒徑的待分離納米粉末，選擇不同黏度的溶劑，使待分離的納米粉末懸浮于其中，既能充分分散又不會在其中團(tuán)聚。
[0030]在本發(fā)明中，當(dāng)待分離納米粉末為粒徑分布為60nm?31nm的納米鉭粉時，選擇黏度為 1mPa.s ?120mPa.s (16°C )，優(yōu)選為 20mPa.s ?70mPa.s (16°C )，更優(yōu)選為 20mPa.s?40mPa.s(16°C )的溶劑，在本發(fā)明中，所述溶劑可以為單一組分的溶劑，也可以為兩種或多種溶劑復(fù)配而得的復(fù)合溶劑，如乙二醇、正癸醇或乙醇-丙三醇復(fù)合溶劑等，納米鉭粉在其中的分散度好，且不易形成團(tuán)聚，且在適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速下，納米鉭粉能夠獲得粒徑分布較窄的納米鉭粒子；當(dāng)溶劑的黏度大于120mPa.s(16°C )時，待分離的納米粉末在溶劑中團(tuán)聚嚴(yán)重，不能良好分散，從而在離心分離后得到的納米粒子粒徑分布寬；當(dāng)溶劑的黏度小于1mPa.s (16°C )時，待分離的納米粉末在溶劑中極易沉降，不能形成良好的懸浮液，不利于分咼。
[0031]本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溶劑分子上存在羥基、醚鍵、硫原子、氧原子或氮原子等能夠與金屬配位的官能團(tuán)時，納米鉭粉在其中的分散度大大提高，因此，在本發(fā)明中，溶劑優(yōu)選選自黏度為 20mPa.s ?120mPa.s (16。。)，優(yōu)選為 20mPa.s ?70mPa.s (16。。)，更優(yōu)選為 20mPa.s?40mPa.s(16°C )的醇類化合物，優(yōu)選為乙二醇、正癸醇或乙醇_丙三醇復(fù)合溶劑，如乙二醇。
[0032]本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，乙二醇的黏度為25.66mPa.s(16°C )，而且其上具有2倍當(dāng)量的羥基官能團(tuán)，其對納米鉭粉的分散作用強(qiáng)，在后續(xù)分離操作步驟中，不同粒徑的納米鉭粉也容易被分離開，得到粒徑分布窄的納米鉭粒子，因此，本發(fā)明優(yōu)選乙二醇作為溶劑。
[0033]在本發(fā)明中，待分離納米粉末與溶劑的用量比為待分離納米粉末的重量:溶劑的體積=(0.1?0.4)重量份:50體積份，優(yōu)選為(0.2?0.3)重量份:50體積份，其中，基于Ig計(jì)為I重量份，基于ImL計(jì)為I體積份；當(dāng)待分離納米粉末的重量:溶劑的體積大于0.4重量份:50體積份時，溶劑中待分離納米粉末過多，在分離時，大粒徑的納米粒子容易將小粒徑納米粒子夾帶沉降，造成分離失敗；當(dāng)待分離納米粉末的重量:溶劑的體積小于
0.1重量份:50體積份時，溶劑中待分離納米粉末的量過小，增加了操作的步驟，不僅浪費(fèi)溶劑，而且增加了時間和經(jīng)濟(jì)成本。
[0034]在本發(fā)明中，對待分離納米粉末在溶劑中的分散方式不做特別限定，以使待分離納米粉末在溶劑中充分分散為優(yōu)選，如磁力攪拌、機(jī)械攪拌、超聲振蕩等，優(yōu)選為超聲振蕩。
[0035]步驟2，將步驟I得到的分散體系進(jìn)行離心分離。
[0036]將步驟I得到的分散體系在較小轉(zhuǎn)速下進(jìn)行初次離心分離，其中粒徑較大的納米粒子沉降出來。
[0037]不受任何理論束縛，本發(fā)明人認(rèn)為，當(dāng)離心機(jī)運(yùn)行時，離心機(jī)內(nèi)物質(zhì)受到的離心力遠(yuǎn)大于其受到的重力，因此，在離心分離過程中，步驟I得到的分散體系中的納米粉末有沉降的趨勢，而不同粒徑的納米粒子其受到的離心力不同，其在相同角速度的作用下，粒徑較大的納米粒子首先沉降出來，而粒徑較小的納米粒子仍然懸浮于混合體系中，即使增加離心時間，粒徑較小的納米粒子也不會沉降。
[0038]在本發(fā)明中，在分離不同粒徑的納米粒子時，離心的轉(zhuǎn)速為能夠使當(dāng)前混合體系中納米粒子沉降的最低轉(zhuǎn)速，離心時間為使能夠沉降的納米粒子充分沉降為優(yōu)選。
[0039]在本發(fā)明一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，當(dāng)待分離納米粉末為粒徑為60nm?310nm的納米鉭粉，所用溶劑為乙二醇時，優(yōu)選納米鉭粉與乙二醇按照重量體積比為納米鉭粉的重量:乙二醇的體積=0.2639g: 50mL進(jìn)行混合分散，首次離心分離時的轉(zhuǎn)速為800?1200rpm，優(yōu)選為lOOOrpm，離心時間為20?40min，優(yōu)選為30min。
[0040]本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)首次離心分離的轉(zhuǎn)速為800?1200rpm，優(yōu)選為100rpm時，即可得到粒徑分布較窄的較大粒徑的納米粒子。
[0041]步驟3，移出步驟2得到混合物中上層液，對步驟2中得到的沉降物進(jìn)行洗滌、干燥。
[0042]步驟2得到混合物中上層液仍為納米粉末與溶劑的混合體系，將其移出分離體系待進(jìn)一步分離。
[0043]將步驟2得到的沉降物進(jìn)行洗滌，本發(fā)明對洗滌方法不做特別限定，以能夠?qū)⒌玫降某两滴锉砻嫖降碾s質(zhì)去除為優(yōu)選，如用乙醇進(jìn)行洗滌，再抽濾除去洗滌液等。
[0044]在本發(fā)明中，對干燥方式不做特別限定，可以使用現(xiàn)有技術(shù)中任意一種固體干燥方式，如常壓高溫干燥、減壓高溫干燥等，優(yōu)選為真空干燥。
[0045]在本發(fā)明中，對干燥時間不做特別限定，以能夠?qū)⑺卯a(chǎn)物充分干燥為優(yōu)選。
[0046]在本發(fā)明一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，將步驟2得到的沉降物用無水乙醇洗滌3次，再將得到的產(chǎn)物在40°C下真空干燥I小時。
[0047]步驟4，對步驟3中移出的上層溶液重復(fù)步驟2?3的操作，直至待分離納米粉末被分離完全。
[0048]對步驟3中移出的上層液重復(fù)上述步驟2?3的操作，區(qū)別在于調(diào)整不同的離心速度。
[0049]本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在對納米粉末進(jìn)行離心分離時，轉(zhuǎn)速每次遞增300?800rpm，優(yōu)選為500rpm，能夠得到粒徑分布窄的納米粒子混合物。