納米銀在海水中的穩(wěn)定性研究

龍選海

【摘 要】采用Tollens還原反應(yīng)制備了納米銀粒子（AgNP）。利用透視電子顯微鏡（TEM）及紫外可見分光光度計對納米銀的形貌及在海水中的穩(wěn)定性進行了表征。結(jié)果表明：納米銀呈類球形，平均粒徑為13nm；實驗表明，納米銀的穩(wěn)定性隨時間呈遞減趨勢，在海水中的穩(wěn)定性較低。本研究對納米銀在環(huán)境水體中的環(huán)境危害評估有重要的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】納米銀；穩(wěn)定性；海水；環(huán)境水體

0.引言

由于納米銀粒子（AgNP）近些年被廣泛應(yīng)用[1-6]。以往文獻已證明納米銀會不可避免地被排放到環(huán)境中。其中，大量納米銀會被排放并進入海洋。由于其光譜殺菌性，被排放入海洋的納米銀會對環(huán)境中的微生物造成負(fù)面影響，進而影響局部的生態(tài)環(huán)境。作為有效的抗菌納米材料，納米銀的環(huán)境毒理學(xué)已經(jīng)被廣泛研究[7-10]，其中，納米銀的毒性與其在水體中的穩(wěn)定性有密切關(guān)系。文獻表明，納米銀的穩(wěn)定性往往與其毒性成正比。因此，研究納米銀顆粒在海水中的穩(wěn)定性對其在海洋環(huán)境中的危險評估有重要意義。

本研究介紹了納米銀的合成方法，由于其環(huán)境友好性，該方法以被廣泛應(yīng)用于納米銀的研究領(lǐng)域。采用紫外可見分光光度計研究了納米銀在海水中的穩(wěn)定性。

1.材料與方法

1.1 試劑及儀器

硝酸銀 （AR）；D-麥芽糖；氨水；NaOH （AR）；去離子水；渤海海水水樣；紫外可見分光光度計。

1.2 納米銀的制備

稱取10-3mol/L的AgNO3和0.01mol/L的D-麥芽糖倒入至反應(yīng)器皿中，緩慢滴加NH4·H2O至濃度為5×10-3mol/L。向反應(yīng)體系中加入一定量NaOH使溶液pH值升至11.5。將所得納米銀用超濾裝置超濾，用1L去離子水將納米銀洗凈至pH為中性備用[7-9]。

1.3 納米銀在海水中的穩(wěn)定性

在去離子水及海水中溶解10mg/L納米銀，在24小時內(nèi)用紫外可見分光光度計分別測量其光譜峰值。

2.結(jié)果與討論

2.1納米銀的表征

圖1為采用透射電子顯微鏡對制備的納米銀進行的表征。圖1顯示納米銀顆粒呈類球形。圖2為采用紫外可見分光光度計對納米銀的紫外可見吸收光譜的表征。結(jié)果顯示，納米銀溶液的紫外可見光譜峰值位于400nm左右，該結(jié)果與文獻結(jié)果相一致[10]。

圖1 制備的納米銀的TEM照片

Fig. 1. TEM image of synthesized silver nanoparticles

圖2 納米銀的紫外可見光譜

Fig.2 UV-Vis spectrum of silver nanoparticles

2.2納米銀在去離子水與海水中的穩(wěn)定性

圖3為納米銀在去離子水及海水中的穩(wěn)定性測定。實驗表明，在去離子水中的納米銀的穩(wěn)定性在24小時內(nèi)無顯著變化，但在海水中光譜峰值隨時間增加呈遞減趨勢。圖4對納米銀在去離子水及海水中的光譜峰值進行了比較，結(jié)果表明，納米銀在海水中的峰值減小了約24%左右。在溶液中的納米銀作為溶膠顆粒存在，在膠體化學(xué)中，Shulze-Hardy規(guī)則表明，溶膠顆粒的穩(wěn)定性與其所在溶液中的反離子的價態(tài)呈反比[10-12]。其中，制備所得的納米銀的表面電荷為負(fù)電荷，因此，水樣中的高價態(tài)陽離子會對納米銀的穩(wěn)定性產(chǎn)生決定性影響。在海水中，陽離子主要呈1價或2價，其中，Na+，K+，Ca2+，與Mg2+為海水中含量最多的陽離子[10，11]。由于Ca2+與Mg2+呈2價，這兩種二價陽離子可以更有效的中和納米銀顆粒表面所帶的負(fù)電荷進而使納米顆粒之間的電子斥力減小，從而使納米銀顆粒之間聚集效應(yīng)變得顯著[9-12]。因此，由于納米銀的聚集效應(yīng)，納米銀的紫外可見光譜峰隨時間逐漸減弱。

圖3 納米銀在去離子水（a）與海水（b）中的穩(wěn)定性

Fig.3 Stabiity of silver nanoparticles in deionized water（a）and seawater（b）

圖4 紫外可見光譜峰值隨時間的變化（408nm）

Fig.4 Changes of the UV-Vis spectrum of silver nanoparticles at 408nm

3.結(jié)論

本研究表明，納米銀可由化學(xué)還原法制備，制備的納米銀形貌呈類球性且粒徑分布均勻。納米銀在海水中的穩(wěn)定性較在去離子水中的穩(wěn)定性要低，破壞納米銀穩(wěn)定性的主要原因為在海水中的陽離子含量。 [科]

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