一種以褐煤為碳源通過雙氧水低溫氧化製備碳量子點的方法與流程
2023-09-17 01:01:30 4
本發明屬於納米材料製備領域，具體涉及一種以褐煤為碳源通過雙氧水低溫氧化製備碳量子點的方法。
背景技術：
碳量子點(carbon dots，CQDs)，又稱碳點或者碳納米點，是一類尺寸在10納米以下的新型零維的碳納米發光材料，是一種類球形的碳顆粒。相對於金屬量子點而言，碳量子點無毒，對環境的危害小，碳量子點具有傳統量子點不具有的優點，它既有納米粒子的小尺寸特點，又具有量子點的螢光性質，還有非常好的生物相容性。由於量子點尺寸小，其載流子的能量呈量子化，使得量子點具有優異的光學、電學性能。碳量子點以其良好的化學穩定性和生物相容性等優勢獲得了越來越多的重視。這種發光納米材料在光電器材、納米傳感器、醫學成像設備、生物標記、離子檢測以及光催化領域具有重要的應用前景。
作為一種新穎的納米材料，已經報到了許多關於碳量子點的製備方法。CQDs的製備方法主要包括混酸氧化法、電化學氧化法、水熱法、弧光放電、模板合成法、雷射消融以及自下而上小分子合成法等。儘管上述方法已經製備出螢光性較好的CQDs，但是這些方法的實驗過程操作繁瑣、對原料要求較高、對實驗裝置要求高、對環境不友好等確定，因而限制了CQDs的工業化的製備。而煤不僅廉價易得，並且煤結構是由納米結晶片和中間無環碳鏈組成，但大部分文獻記載是使用混酸(H2SO4/HNO3)或強酸對煤粉進行氧化回流16-24小時製備出水溶性和螢光性特性均較好的CQDs，並且後期還要對酸進行處出，這種用酸進行長時間的氧化回流製備的碳量子點時，CQDs會被氧化掉，降低產率；並且後期處理過程比較麻煩，並且會產生大量廢液和有毒氣體，也會對環境造成一定程度的汙染，難以進行工業化的生成。
技術實現要素：
為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種以褐煤為碳源通過雙氧水低溫氧化製備碳量子點的方法，中國褐煤保有儲存量1300億噸，佔全國煤炭儲存量13％，褐煤原料豐富，廉價易得，因此本發明選擇褐煤為原料。並選用綠色氧化劑H2O2作為氧化劑，氧化後產生的H2O和O2，不會對環境產生汙染，方法綠色。製備出水溶性好、螢光效率高的碳量子點。
本發明的技術方案：
一種以褐煤為碳源通過雙氧水低溫氧化製備碳量子點的方法，步驟如下：
將100-1000目褐煤與去離子水、雙氧水混合併攪拌，於60℃-110℃溫度條件下水熱反應6-18h，水熱反應伴隨連續磁力攪拌，其中，每1g褐煤中添加10-200ml的去離子水與3-50ml的雙氧水；反應結束後，冷卻，離心分離除去未被氧化的大顆粒；將得到的液體旋蒸除水，即得碳量子點。
所述的雙氧水的質量濃度為30％。
所述的離心分離的轉速為10000-18000rpm，時間為5-30min。
所述的旋蒸的溫度為40℃-75℃。
本發明的有益效果：本發明以廉價易得的褐煤為原料，通過控制褐煤煤粉、去離子水、雙氧水的比例、水熱反應溫度、時間等參數即可實現石墨烯的宏觀製備。本發明採用綠色的氧化劑雙氧水直接氧化褐煤來製備碳量子點，氧化後的產生的水和氧氣不會對環境產生汙染，製備的碳量子點不但具有水溶性好、螢光效率高的優點，而且製備成本低廉，操作簡單，後處理方便，產率高，便於工業化生產。
附圖說明
圖1為通過雷射光散射測量碳量子點的粒徑分布，粒徑分布在1-10nm之間。
圖2為碳量子點的UV-vis吸收光譜。
具體實施方式
以下結合附圖和技術方案，進一步說明本發明的具體實施方式。
實施例1
將0.5克乾燥的褐煤粉末加入到100ml的去離子水和10ml的質量分數為30％的H2O2中，在100℃的條件下回流8h。待自然冷卻至室溫後，用高速冷凍離心機在18000rpm下離心，離心後用旋轉蒸發儀將所得液體蒸乾，65℃下真空乾燥，得到紅棕色的CQDs粉末。
實施例2
將2.00克乾燥的褐煤粉末加入到50ml的去離子水和15ml的質量分數為30％的H2O2中，在70℃的條件下回流15h。待自然冷卻至室溫後，用高速冷凍離心機在15000rpm下離心2次，每次為20min，並用旋轉蒸發儀將所得液體蒸乾，65℃下真空乾燥，得到紅棕色的CQDs粉末。
實施例3
將1克乾燥的褐煤粉末加入到30ml的去離子水和20ml的質量分數為30％的H2O2中，在80℃的條件下回流10h。待自然冷卻至室溫後，用高速冷凍離心機在10000rpm下離心2次，每次為20min，並用旋轉蒸發儀將所得液體蒸乾，65℃下真空乾燥，得到紅棕色的CQDs粉末。
實施例4
將0.5克乾燥的褐煤粉末加入到50ml的去離子水和10ml的質量分數為30％的H2O2中，在60℃的條件下回流8h。待自然冷卻至室溫後，用高速冷凍離心機在10000rpm下離心2次，每次為20min，並用旋轉蒸發儀將所得液體蒸乾，65℃下真空乾燥，得到紅棕色的CQDs粉末。