Frens法制备纳米银及其抑菌性能研究

2024-04-09颜廷良高盐生

云南化工 2024年3期

颜廷良，高盐生

(江苏省盐城技师学院，江苏盐城 224000)

纳米银是一种新型的抗菌除臭剂，不仅抗菌能力远比铜(Cu)、锌(Zn)、锂(Li)、镁(Mg)等金属强，而且在很多领域具有广阔的应用前景[1-2]，已成为特殊功能材料理论研究和应用开发的重要课题[3-5]。

国内外许多科研者在研究纳米银的制备、性能及应用。赵婷等[6]人用冠醚交联壳聚糖(CTSG)作吸附剂和保护剂，用水合肼还原硝酸银制备纳米银。Raveendran等[7]人用可溶性淀粉作模板，以β-D-葡萄糖为还原剂，在水溶液中合成纳米银粒子。Sun等[8]人以葡糖糖为原料在水热条件下制备了表面含多糖基团的胶体碳球，并以此作模板制备了纳米银颗粒与碳球的核壳结构。本文采用Frens法制备纳米银，以紫外-可见光分光光度计和荧光对纳米银进行表征，并验证其抑菌作用。

1 实验部分

1.1 试剂及仪器

试剂：硝酸银(上海化学试剂有限公司，AR)，柠檬酸三钠(上海申翔化学试剂有限公司，AR)，聚乙烯吡咯烷酮K-30(PVP，国药集团化学试剂有限公司，AR)，硼氢化钠(国药集团化学试剂有限公司，AR)。金黄色葡萄球菌和沙门氏菌由学校微生物实验室提供。

仪器：DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器(郑州长城科工贸有限公司)，SPECORD-S600型紫外可见分光光度计，LS50B型荧光分光度计(PERKINELMERUK 英国)，DDSJ-308A型电导率仪(上海精科有限公司)，BS210S型电子精密天平等。

1.2 实验过程

1.2.1 控制滴加速度制备银纳米

配制 100 mL 0.009% (g/mL)的AgNO3水溶液2份，加热回流至沸腾，在剧烈搅拌下分别迅速加入和缓慢加入 15 mL 1.0×10-4g/mL 柠檬酸三钠溶液(分别记作A和B)，回流 1 h。为了避免多余的柠檬酸根及硝酸根离子对后续实验的干扰，将溶胶透析 24 h，得到棕灰色银胶。

A.快速滴加；B.缓慢滴加。

1.2.2 控制回流时间制备纳米银

配制 100 mL 0.009% (g/mL)的AgNO3水溶液，加热回流至沸腾，在剧烈搅拌下迅速加入 15 mL 1.0×10-4g/mL 柠檬酸三钠溶液，分别沸腾回流 1 h、2 h、3 h、4 h、5 h，分别透析得到样品C、D、E、F、G。

1.2.3 加入保护剂PVP制备纳米银

在 100 mL 0.009% (g/mL) AgNO3溶液中加入PVP [n(AgNO3)∶n(PVP)=1∶15]，加热回流至沸腾，在剧烈搅拌下迅速加入 15 mL 1.0×10-4g/mL 柠檬酸三钠溶液，回流 1 h，透析得到棕灰色银胶样品H。不加入保护剂，按照同样的方法制备得到样品I。

1.2.4 还原剂的混用制备纳米银

配制 100 mL 0.009% (g/mL)的AgNO3溶液加热回流至沸腾，在剧烈搅拌下迅速加入 15 mL 1.0×10-4g/mL 的Na3-citrate和2.4×10-3mol/L NaBH4水溶液，沸腾回流 1 h，透析得到棕灰色银胶J。

以质量浓度为1.0×10-4g/mL 柠檬酸三钠(Na3-citrate)为还原剂，按照同样的方法制备得到样品K。

1.2.5 不同硝酸银浓度制备纳米银

100 mL 去离子水分别加入10、20、35、45 mg AgNO3配制成溶液加热回流至沸腾，在剧烈搅拌下迅速加入 300 mL 1.0×10-4g/mL 的Na3-citrate，沸腾回流 1 h，透析得到棕灰色银胶L、M、N、O。

2 结果及讨论

2.1 紫外—可见吸收光谱

2.1.1 滴加速度对紫外-可见吸收光谱的影响

从纳米银溶胶A和B的紫外-可见吸收光谱图(图1)可知，快速加入柠檬酸钠得到的纳米银粒子A的最大吸收峰位在 439 nm 左右，且分布较窄；而缓慢滴加柠檬酸钠得到的纳米银粒子B的最大吸收峰位在 449 nm 左右，且分布较宽。即后者纳米银粒子的粒径较前者明显增大，且分布不均匀。

2.1.2 回流时间对紫外-可见光吸收光谱的影响

从银胶的紫外-可见吸收光谱图(图2)看出，C、D、E、F、G五个样品的吸收峰位置及强度基本一致。即回流时间的长短对银纳米的粒径大小没有影响。

C-G分别为回流1～5 h的吸收光谱

2.1.3 加入PVP对紫外-可见光吸收光谱的影响

从图3看出，H和I溶胶的吸收峰位置基本不变。在反应中，柠檬酸三钠既是还原剂，又起稳定胶团的作用[9]。纳米银粒子吸附柠檬酸根离子形成扩散双电层结构[10]，阻止b 银纳米粒子的聚集。加入PVP对制备的纳米银的粒径无影响。

H.加入PVP后；I.未加入PVP。

2.1.4 混和还原剂的紫外-可见光吸收光谱

从图4中看出，以Na3-citrate作还原剂制备的溶胶的吸收峰分布较宽且相对于溶胶J发生了红移。根据MIE理论推测，纳米银粒子K的粒径要大于J，且粒子分布不均匀。这是由于混合还原剂中NaBH4的还原性比Na3-citrate的还原性强，使晶核的生长速度比仅用Na3-citrate快。

J.混用还原剂；K.一种还原剂。

2.1.5 硝酸银质量对紫外-可见光吸收光谱的影响

从图5可知，L、M、N、O四种样品的吸收峰的位置位于 429～460 nm 之间。由紫外吸收光谱图得到表1。根据表1绘制出四种样品对应的银胶的吸收峰位置变化曲线图(如图6)。由图6可见，随着硝酸银质量的增加，吸收峰的位置先红移然后蓝移，其半高宽几乎不变。吸收峰红移说明粒子尺寸在增大，蓝移说明粒子尺寸在减小。即随着硝酸银溶液浓度的增大，纳米银粒子尺寸出现峰值[1]。

表1 不同浓度硝酸银数据表

图5 纳米Ag溶胶的吸收光谱图

m(AgNO3)/mg

2.2 荧光光谱分析

分别取样品L、M、N、O，测得银离子与柠檬酸三钠作用的荧光光谱图，如图7所示。柠檬酸三钠- Ag+荧光光谱中，在 300.0 nm 和 600.0 nm 处有激发峰和发射峰，L、M、O、N的银胶粒径是依次增大的，其荧光强度也逐渐增大。即纳米银的粒径与荧光强度成正比。

图7 样品L-O银离子与柠檬酸三钠作用的荧光光谱图

2.3 纳米银溶胶的杀菌作用

纳米银具有广谱杀菌的作用，被广泛应用于医疗卫生等方面[12-13]。用馒头作为样品，研究纳米银的杀菌作用。选取8组 5 g 新鲜馒头，分别标记为样品①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧。对样品①、②不作任何处理，将样品③、④涂上纳米银A，样品⑤、⑥涂上纳米银H，样品⑦、⑧涂上纳米银J。

三天后，肉眼可见样品①、②有发霉现象(如图8的D所示)，其他样品无发霉现象。证明纳米银抑制了霉菌的生长。

(A)涂有纳米银A的样品 (B)涂有纳米银H的样品

再在灭好菌的四个平皿中的固体培养基上培养金黄色葡萄球菌和沙门氏菌，并将平皿分成四格。待菌长到对数期时，用镊子镊取灭完菌的滤纸片分别蘸取样品放在对应的方格内(1号蘸取A溶胶，2号蘸取B溶胶，3号蘸取J溶胶，4号未蘸取溶胶)，用保鲜膜将平皿包好放入温箱(温度 37 ℃)。五天后，菌种生长情况见图9。抑菌圈周边颜色较白的表明抑菌效果较好，反之，抑菌效果较差。同样也证明纳米银抑制了霉菌的生长。