一种纳米银的制备装置及制备方法与流程

本申请涉及金属材料制备领域，尤其涉及一种纳米银的制备装置及制备方法。

背景技术：

1、银拥有优异的导电、导热、抗氧化、抗菌性能。纳米银材料被广泛应用于各个领域，在光伏与电子领域，纳米银材料被作为导电银浆、透明电极中的导电组分；在医疗领域，纳米银已被证实对大肠杆菌与金色葡萄球菌有强效灭活作用；在燃料电池领域，纳米银具备优良的氧还原反应的催化活性，使其有希望替代铂作为燃料电池的廉价催化剂。

2、目前纳米银可以通过喷雾热解、溶剂热法、化学还原、溶胶凝胶法等方法制备。这些方法中大多以硝酸银作为中间产物(纳米银的原料)，如图7所示的传统的制备方法，以纯银为原料，经由硝酸银作为中间产物制备纳米银。传统的制备方法中，纯银通过浓硝酸溶解，得到硝酸银溶液，在这个过程中会产生的氮氧化物污染；硝酸银溶液通过加热结晶，得到硝酸银晶体；硝酸晶体再经过化学还原或喷雾热解法制得纳米银，该传统工艺存在流程冗长、污染大的问题。实际上，在传统的流程中，起点(纯银)与终点(纳米银)都是金属银，但由于需要经由硝酸银(化合物)作为中间产物，银、银离子需要经历多次的溶解与沉积过程，这是导致流程与能耗增加的直接原因。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种纳米银的制备装置及制备方法，能够直接制备纳米银，制备的纳米银粒径和形貌符合标准，还可以生产可利用的副产物。

2、第一方面，本申请实施例提供一种纳米银的制备装置，包括：

3、直流电源，直流电源的正极连接纯银形成阳极，直流电源的负极连接金属形成阴极；阳极槽，阳极槽内设置有多元醇溶液；阳极槽沿其长度方向包括溶解区以及还原区，至少部分的阳极设置于溶解区内，还原区用于生成纳米银；阴极槽，阴极槽内设置有阴极液，至少部分的阴极设置于阴极槽内；阴离子交换机构，连通于阳极槽的溶解区和阴极槽之间，且阴离子交换机构能够阻隔阳离子在溶解区和阴极槽之间流通；冷却机构，至少部分包裹于溶解区的外周上；加热机构，至少部分包裹于还原区的外周上。

4、第二方面，本申请实施例提供一种纳米银的制备方法，采用纳米银的制备装置，制备方法包括：启动冷却机构和加热机构，在阳极与阴极之间施加预定数值的电流，进行恒流电解；阴极的表面析出氢气，阳极失电子生成银离子进入多元醇溶液；银离子通过扩散作用到达阳极槽的还原区，还原区内的银离子与被加热机构加热的多元醇溶液反应，生成纳米银。

5、本申请的纳米银的制备装置及制备方法至少具有如下有益效果：

6、本申请的制备装置可以直接制备纳米银，不需要经由硝酸银作为中间产物，且反应过程中产生的副产物为氢气，相较于传统方法更加环保，副产物氢气可以带来一定的附加经济效益，可以有效解决传统工艺中存在的技术问题，一方面，本申请的阳极液配置为多元醇溶液，多元醇溶液可以将银离子温和地还原，防止了剧烈还原过程中银晶核的过快生长，保证生成的纳米银粒径和形貌符合标准，另一方面，阳极槽采用分区处理，顶部溶解区和底部的还原区分别设置冷却机构和加热机构，使阳极槽中的多元醇溶液形成不同的温度区间，在阳极槽中实现“纯银顶部溶解，多元醇底部还原“的纳米银创新制备方式，同时顶部溶解区设计为低温区，可以避免阴离子交换机构和溶解区的其他结构(例如滤膜)因高温发生损害。

技术特征：

1.一种纳米银的制备装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的纳米银的制备装置，其特征在于，所述多元醇溶液(21)为乙二醇、丙三醇以及一缩二乙二醇中的任意一种。

3.所述根据权利要求2所述的纳米银的制备装置，其特征在于，所述溶解区(22)的长度与还原区(23)的长度比例为1:2～4。

4.根据权利要求1所述的纳米银的制备装置，其特征在于，所述阳极(11)的端部包裹有滤膜(24)，所述阳极(11)的端部以及滤膜(24)均位于多元醇溶液(21)的液面之下。

5.根据权利要求1所述的纳米银的制备装置，其特征在于，所述阴极液(31)包括含有电解质的水溶液；所述电解质为硝酸盐、乙酸盐以及氨基磺酸盐中的一种。

6.根据权利要求1所述的纳米银的制备装置，其特征在于，所述阴极槽(3)内插设有导气管(32)的一端，导气管(32)的另一端与外部结构连通。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的纳米银的制备装置，其特征在于，所述阴离子交换机构(4)包括阴离子交换膜(41)、垫圈组以及防水胶圈组；所述垫圈组包括两个分别层叠于阴离子交换膜(41)两侧的垫圈(42)；防水胶圈组包括与垫圈(42)一一对应的防水圈(43)，防水圈(43)层叠于垫圈(42)背离阴离子交换膜(41)的一侧；

8.根据权利要求1至6任意一项所述的纳米银的制备装置，其特征在于，所述冷却机构(5)包括冷却水箱(51)、冷却水槽(52)、第一循环管(53)、第二循环管(54)、泵单元(55)、流量调节器(56)以及阳极槽夹紧机构(57)；

9.根据权利要求1至6任意一项所述的纳米银的制备装置，其特征在于，所述加热机构(6)配置为磁力搅拌加热锅；磁力搅拌加热锅包括包裹于还原区(23)外周上的加热锅本体(61)以及设置于还原区(23)底部的磁力搅拌子(62)。

10.一种纳米银的制备方法，其特征在于，采用权利要求1至9任意一项所述纳米银的制备装置，制备方法包括：

技术总结本申请公开一种纳米银的制备装置及制备方法，制备装置可以直接制备纳米银，不需要经由硝酸银作为中间产物，且反应过程中产生的副产物为氢气，相较于传统方法更加环保，副产物氢气可以带来一定的附加经济效益，可以有效解决传统工艺中存在的技术问题，一方面，本申请的阳极液配置为多元醇溶液，多元醇溶液可以将银离子温和地还原，保证生成的纳米银粒径和形貌符合标准，另一方面，阳极槽采用分区处理，顶部溶解区和底部的还原区分别设置冷却机构和加热机构，使阳极槽中的多元醇溶液形成不同的温度区间，在阳极槽中实现纯银顶部溶解，多元醇底部还原的纳米银创新制备方式。技术研发人员：郑忱奕,曹磊,许志鹏,王亲猛,宋剑飞,段良洪受保护的技术使用者：郴州市三分地环保信息科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11