CN106556583A - 一种基于煤焦油沥青基的碳量子点的绿色制备及Fe3+的检测方法 - Google Patents

一种基于煤焦油沥青基的碳量子点的绿色制备及Fe3+的检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于纳米材料制备领域，一种基于煤焦油沥青基的碳量子点的绿色制备及Fe3+的检测方法。煤焦油沥青置于去离子水中，球磨和超声分散处理，得到碳量子点分散液；煤焦油沥青和去离子水的质量比为1:30～50；碳量子点分散液经过O3氧化、高速离心和真空干燥，得到粒径平均尺寸在5nm的碳量子点粉末；其中，浓度为0.5～3L/min的O3氧化1～4h。本发明制备的碳量子点的使用的原料廉价，方法简单、绿色无污染，适合大规模生产。且制备的碳量子点实现了对Fe3+的较高的选择性检测，在浓度为0～13μM时，荧光强度和Fe3+的浓度之间呈良好的线性关系，检测限为1ppb，实现了较高的检测性。

Description

一种基于煤焦油沥青基的碳量子点的绿色制备及Fe3+的检测 方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备领域，尤其涉及一种煤焦油沥青基的碳量子点的绿色制备方法，及该方法制备的煤沥青基的碳量子点在Fe3+方面的应用。
背景技术
碳量子点具有一些独特的性质，由于量子尺寸和量子限域效应，如尺寸和激发波长的依赖性，低毒、低细胞毒性、化学稳定性等优点，使其在生物成像、荧光探针、太阳能电池、电催化等方面具有重大作用。
目前，合成量子点的方法有很多，如包括超声剥离、溶剂热法、电子束烛刻、钌催化富勒稀开笼法等。
合成的方法复杂，原料昂贵，如富勒烯C60、氧化石墨、柠檬酸、生物质等物质，最主要的是运用浓硝酸、浓硫酸等物质使得对环境不友好，即使最近几年有些人用煤作为合成原料，但是却依然运用浓硫酸和浓硝酸等为氧化方法，因此开发一种简单的运用合适的碳源制备水溶性良好的碳量子点是至关重要的。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种以煤焦油沥青为碳源，O3氧化为绿色氧化方法，以简化制备工艺，减少原料成本，使其大规模生产。
本发明技术方案：
一种基于煤焦油沥青基的碳量子点的绿色制备方法，步骤如下：
步骤1，碳量子点的绿色制备合成：煤焦油沥青置于去离子水中，球磨和超声分散处理，得到碳量子点分散液；其中，煤焦油沥青为煤焦油低温沥青、煤焦油中温沥青、煤焦油高温沥青或以煤焦油沥青为原料生产的相关产品，煤焦油沥青和去离子水的质量比为1:30～50；
步骤2，在步骤1得到的碳量子点分散液，经过O3氧化、高速离心和真空干燥，得到碳量子点的粉末；其中，浓度为0.5～3L/min的O3氧化1～4h。
所述的球磨时间为3～6h，球磨的转速为300～600rpm/min。
所述的超声分散0.5～2h。
所述的离心的转速为10000～20000rpm/min。
所述的碳量子点在60～80℃温度条件下，真空干燥8～12h。
碳量子点在检测Fe3+方面的应用，步骤如下：
步骤1，配制不同的金属离子溶液，且待测溶液的浓度为10-5～10-3mol/L，制备的碳量子点稀释20～100倍作为检测液，测定加入金属离子后的碳量子点荧光强度的变化。
步骤2，配制不同的Fe3+的溶液的浓度为0～30μM，制备的碳量子点稀释20～100倍作为检测液，建立其荧光强度和Fe3+的浓度之间的关系。
本发明的有益效果：本发明提供了以煤焦油沥青为廉价的碳源，以O3氧化为方法进行了碳量子点的绿色制备，其机理为稠环芳烃，当被O3氧化后，边缘位置形成了大量的含氧官能团，且与Fe3+作用，导致了荧光淬灭。
本发明替代了传统的以昂贵的原料进行碳量子点的制备，替代了以浓HNO3和浓H2SO4为氧化方法，来源广泛，价格低廉，且重复性好，产率高。适用于工业化大规模生产。
经过本发明制备的碳量子点具有很好的溶解度和分散性，碳量子点具有尺寸分布均匀，平均尺寸在5nm左右，本发明提供的碳量子点检测Fe3+的方法，当添加不同的Fe3+的浓度时，由于碳量子点能被有效的淬灭，因此可用于Fe3+的有效检测，效果良好。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的荧光碳量子点的粒径分布图。
图2为本发明实施例1制备的荧光碳量子点的UV-Vis和荧光谱图。
图3为本发明实施例1制备的荧光碳量子点的不同激发波长的荧光谱图。
图4为本发明实施例1制备的荧光碳量子点对不同金属离子的选择性分析图。
图5为本发明实施例1制备的荧光碳量子点对Fe3+的线性检测性分析图。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明，应当理解，但下述的实施实例仅仅是本发明的简单例子，并不代表或限制本发明的权利范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式和结果如下：
实施例1
室温下称量煤焦油沥青2g×4，加入60mL×4(球磨罐4个)的去离子水进行球磨，球磨4个小时，转速为500rpm/min，然后再经过100W的超声分散1h，将分散后的悬浊液进行O3氧化2h(浓度为0.8L/min)，最后经过高速离心机进行15000rpm/min离心30min，得到了碳量子点分散液，最后旋转蒸发和真空干燥得到了碳量子点的固体。
实施例2
室温下称量煤焦油沥青2g×4，加入60mL×4(球磨罐4个)的去离子水进行球磨，球磨4个小时，转速为400rpm/min，然后再经过100W的超声分散0.5h，将分散后的悬浊液进行O3氧化2h(浓度为0.8L/min)，最后经过高速离心机进行15000rpm/min离心30min，得到了碳量子点分散液，最后旋转蒸发和真空干燥得到了碳量子点的固体。
实施例3
室温下称量煤焦油沥青2g×4，加入60mL×4(球磨罐4个)的去离子水进行球磨，球磨4个小时，转速为500rpm/min，然后再经过100W的超声分散1h，将分散后的悬浊液进行O3氧化1h(浓度为0.8L/min)，最后经过高速离心机进行15000rpm/min离心30min，得到了碳量子点分散液，最后旋转蒸发和真空干燥得到了碳量子点的固体。
实施例4
室温下称量煤焦油沥青2g×4，加入60mL×4(球磨罐4个)的去离子水进行球磨，球磨4个小时，转速为400rpm/min，然后再经过100W的超声分散1h，将分散后的悬浊液进行O3氧化1h(浓度为0.8L/min)，最后经过高速离心机进行15000rpm/min离心30min，得到了碳量子点分散液，最后旋转蒸发和真空干燥得到了碳量子点的固体。
实施例5
室温下称量煤焦油沥青2g×4，加入60mL×4(球磨罐4个)的去离子水进行球磨，球磨4个小时，转速为400rpm/min，然后再经过100W的超声分散1h，将分散后的悬浊液进行O3氧化2h(浓度为0.8L/min)，最后经过高速离心机进行18000rpm/min离心30min，得到了碳量子点分散液，最后旋转蒸发和真空干燥得到了碳量子点的固体。
实施例6
室温下称量煤焦油沥青2g×4，加入60mL×4(球磨罐4个)的去离子水进行球磨，球磨4个小时，转速为500rpm/min，然后再经过100W的超声分散1h，将分散后的悬浊液进行O3氧化1h(浓度为0.8L/min)，最后经过高速离心机进行18000rpm/min离心30min，得到了碳量子点分散液，最后旋转蒸发和真空干燥得到了碳量子点的固体。
实施例7
本发明研究了碳量子点对其他金属离子的选择性，选用的金属离子有Ag+、Al3+、Ba2+、Ca2+、Cd2+、Co2+、Cr3+、Cu2+、Fe2+、Fe3+、Hg2+、K+、Mg2+、Na+、Ni2+、Pb2+、Zn2+，浓度为10-4mol/L，所有试验用的溶液均为新配制的，并且立即实验，并在350nm处激发，结果发现，加入上述金属离子后，只有Fe3+荧光明显降低，其他的金属离子荧光强度基本不变，说明了碳量子点对Fe3+的选择性良好。
实施例8
同时，本发明还研究了碳量子点对于不同浓度的Fe3+的检测情况，配制了不同浓度的Fe3+溶液，包括1μM,3μM,5μM,7μM,9μM,11μM,13μM等,之后将实施例1制备的碳量子点稀释100倍检测Fe3+，用荧光分光光度计测定其荧光强度的变化随铁离子浓度的变化规律，并对数据进行拟合，拟合结果显示，荧光强度随着铁离子浓度的提高而降低，当Fe3+的浓度为0～13μM时，荧光强度和Fe3+的浓度之间呈良好的线性关系，检测限为1ppb.
所述的基体实施例仅仅为优选实施方式，应当指出，本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的构思前提下，还可以做各种各样的修改、掺杂、或补充，或者用类似的方法替代，但并不会偏离本发明的构思，或超越权利要求书所定义的范围，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于煤焦油沥青基的碳量子点的绿色制备方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1，碳量子点的绿色制备合成：煤焦油沥青置于去离子水中，球磨和超声分散处理，得到碳量子点分散液；煤焦油沥青和去离子水的质量比为1:30～50；
步骤2，步骤1得到的碳量子点分散液经过O3氧化、高速离心和真空干燥，得到碳量子点的粉末；其中，浓度为0.5～3L/min的O3氧化1～4h。
2.根据权利要求1所述的绿色制备方法，其特征在于，所述的煤焦油沥青为煤焦油低温沥青、煤焦油中温沥青、煤焦油高温沥青、以煤焦油沥青为原料生产的相关产品中的一种或两种以上混合。
3.根据权利要求1或2所述的绿色制备方法，其特征在于，所述的球磨时间为3～6h，球磨的转速为300～600rpm/min。
4.根据权利要求1或2所述的绿色制备方法，其特征在于，所述的超声分散0.5～2h。
5.根据权利要求3所述的绿色制备方法，其特征在于，所述的超声分散0.5～2h。
6.根据权利要求1、2或5所述的绿色制备方法，其特征在于，所述的离心的转速为10000～20000rpm/min；所述的碳量子点在60～80℃温度条件下，真空干燥8～12h。
7.根据权利要求3所述的绿色制备方法，其特征在于，所述的离心的转速为10000～20000rpm/min；所述的碳量子点在60～80℃温度条件下，真空干燥8～12h。
8.根据权利要求4所述的绿色制备方法，其特征在于，所述的离心的转速为10000～20000rpm/min；所述的碳量子点在60～80℃温度条件下，真空干燥8～12h。
9.权利要求1、2、5、7或8所述的绿色制备方法得到的碳量子点在检测Fe3+方面的应用。
10.权利要求1、2、5、7或8所述的绿色制备方法得到的碳量子点在检测Fe3+方面的应用。
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