利用超重力系統開發奈米銀的綠色製程

A Green Chemical Process for Preparing Silver Nanoparticles Using the High-gravity Technique

王耀萱(Yao-Hsuan Wang)

指導教授 ： 戴怡德

國立臺灣大學/工學院/化學工程學研究所/碩士(2006年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2006.00332

摘要

奈米銀在導電、光學、熱性質、催化反應等方面都有極佳的效果，而應用的方向則取決於本身的尺寸與表面形態。常見的製備方法主要分為化學法與物理法，合成技術首推化學還原法，優點在於可提供分子層次的化學反應，不但操作簡單，成本也相當低。然而還原法所使用的還原劑多為甲醛、聯胺、乙二醇等有機溶劑，雖然具有很高的化學活性，但對於人體與環境卻有相當大的危害。工業上化學還原法常在批次反應槽中進行，不但耗時且常需要加熱來加速反應，產物也往往面臨粒徑過大或是粒徑分布不均的情形。
而為了能克服傳統化學還原法的問題，近年來一種新製程－超重力反應結晶技術：利用旋轉盤反應器來製備奈米粒子，以強大的離心力取代一般的重力場，利用高剪應力將流體在旋轉盤表面形成極薄的液膜，旋轉盤表面也會產生波浪與漣漪，可以縮短微觀混合的時間使得粒徑能夠均一；能增強質傳的速率縮小粒子的尺寸。另外此種反應器有較大的表面積對體積比（surface area to volume ratio）可以降低粒子間的碰撞頻率，減少聚集現象的發生。實驗中所使用的還原劑為葡萄糖，保護劑為澱粉與PVP，都不會對環境造成危害。
製備方法分為連續式與循環式兩種：以循環式為例，數目平均粒可小於10奈米，產率最高也可到92.0%，反應時間也在十分鐘以內。而連續式則是以每分鐘1.5升的單位時間產能最高，數目平均粒徑為2.7奈米，產率為67.0%。而將連續式改良之後，產率可大幅提升至81%，且粒徑可維持在5nm，故能發展成商業化之連續製程。將清洗後的漿液再重新分散至水中，雖然粒徑分布有變大的情形，但仍可維持在10nm以下。再配合安全低毒性的SDS作為再分散劑，可使系統穩定懸浮50天以上。從上述結果來看，本研究成功地利用超重力設備發展出奈米銀的綠色製程，不但環保且符合經濟效益。

關鍵字

超重力 ； 奈米銀 ； 旋轉盤反應器 ； 綠色奈米技術

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high-gravity ； nano-silver ； spinning disk reactor ； green nanotechnology

參考文獻

陳昱劭，「旋轉填充床中黏度對質傳影響之研究」，博士學位論文，台大化工所，(2004)。

Cafiero, L. M., G. Baffi, A. Chianese, and R. J. J. Jachuck, “Process intensification: precipitation of barium sulfate using a spinning disk reactor”, Industrial & Engineering Chemistry Research, 41, 5240-5246 (2002)

Chen, J. F., Y. H. Wang, F. Guo, X. M. Wang, and C. Zheng, “Synthesis of nanoparticles with novel technology: high-gravity reactive precipitation”, Industrial & Engineering Chemistry Research, 39, 948-954 (2000)

Chen, Y. H.,and C. S. Yeh, “Laser ablation method : use of surfactants to form the dispersed Ag nanoparticles”, Colloids and Surfaces A, 197, 133-139(2002)

Chen, Y. S. and H. S. Liu, “Absorption of VOCs in a rotating packed bed”, Industrial & Engineering Chemistry Research, 41, 1583-1588 (2002)