CN107311145A - 一种以蚕沙为原料制备荧光碳点的方法及其制备的荧光碳点 - Google Patents

一种以蚕沙为原料制备荧光碳点的方法及其制备的荧光碳点 Download PDF

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赵艳
李瑞莲
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Abstract

本发明涉及一种以蚕沙为原料制备荧光碳点的方法及其制备的荧光碳点。该方法包括步骤为：取干燥的蚕沙，去除里面的残败枯叶和细小尘土等杂质，将除杂后的蚕沙粉碎成蚕沙粉末；取适量蚕沙粉末，经一定温度和一定时间进行高温直接碳化或水热碳化，自然冷却到室温。将得到的产物加入适量去离子水超声处理，得到分散均匀的悬浊液，悬浊液经离心提取得到上清液；将上清液进行微孔滤膜过滤、透析、旋转蒸发、冷冻干燥，最终得到荧光碳点粉末。本发明方法简单，原料绿色广泛易得且价格低廉，变废为宝，易于实现规模化和工业化生产。得到的荧光碳点产率高、水溶性好、稳定性好。

Description

一种以蚕沙为原料制备荧光碳点的方法及其制备的荧光碳点
技术领域
本发明涉及碳纳米材料，特别涉及一种以蚕沙为原料制备荧光碳点的方法及其制备的荧光碳点。
背景技术
荧光碳点是一种具有类似量子点光致发光性能的新型荧光碳纳米材料。荧光碳点自2004年被Xu等(J.Am.Chem.Soc.,2004,126,12736-12737)合成和发现以来，由于其优异的发光性、良好的荧光稳定性、无闪烁现象、水溶性、低毒性、生物兼容性和价格较低廉，使得它迅速成为荧光材料里头的明星材料。荧光碳点可应用于化学/生物传感、生物成像、光热诊疗、发光器件的发光材料、光催化降解有机污染物、光电储能等领域，其极具取代有毒重金属类量子点的潜力。目前荧光碳点的制备方法主要有物理法、化学法、电化学法等方法。制备荧光碳点的碳源主要有碳材料、碳纳米材料、有机小分子、有机聚合物、生物质等。
虽然荧光碳点制备方法和制备原料较多，但探索一种原料绿色简单、环境友好的制备方法，对荧光碳点的研究具有重要意义。目前，利用绿色原料来合成荧光碳点是当前荧光碳点绿色合成研究的热点，采用的绿色原料主要有糖类(专利申请号CN201410844156.8)；蛋白质类(专利申请号CN201410841997.3)；水果类(专利申请号CN201510929542.1)等。但上述绿色原料价格不太便宜，而且有些绿色原料获取也不容易，不利于大规模生产和应用推广。
蚕是一种常见鳞翅目昆虫，在国内有广泛的饲养，其吐的蚕丝是丝绸的主要原料来源。蚕丝是一种天然的蛋白质，可用于荧光碳点的合成(Angew.Chem.Int.Ed.2013,52,8151-8155；J.Mater.Chem.B,2013,1,2858-2873)。但蚕丝的价格较贵，用其制备荧光碳点性价比不高，不利于大规模生产和应用推广。
发明内容
本发明的目的在于针对上述技术缺陷，提供一种以蚕沙为原料制备荧光碳点的方法及其制成的荧光碳点，其制备方法简单，原料绿色且来源广泛易得，价格便宜，变废为宝，易于实现荧光碳点的规模化和工业化生产。
为实现上述目的，本发明提供一种以蚕沙为原料制备荧光碳点的方法，其包括下列步骤：
(1)取一定量干燥的蚕沙，去除里面的残败枯叶和细小尘土等杂质，并将除杂的蚕沙粉碎得到蚕沙粉末；
(2)取步骤(1)得到的蚕沙粉末，经一定温度和一定时间进行高温直接碳化或水热碳化，自然冷却到室温；
(3)将步骤(2)得到的产物加入去离子水超声处理，得到分散均匀的悬浊液，悬浊液经离心提取得到上清液；
(4)将步骤(3)得到的上清液进行微孔滤膜过滤、透析、旋转蒸发、冷冻干燥，最终得到荧光碳点粉末。
上述方案中，所述步骤(2)中，高温直接碳化在高温炉中进行，处理温度为160-400℃，反应时间为1-14h。
所述步骤(2)中，高温直接碳化也可在微波炉中进行，处理功率为200-1000W，反应时间为2-60min。
所述步骤(2)中，水热碳化法为：取适量蚕沙粉末，加入适量去离子水，置于反应釜中于烘箱或马弗炉中，处理温度为120-250℃，反应时间为1-16h。
所述步骤(2)中，水热碳化法也可为：取适量蚕沙粉末，加入适量去离子水，置于反应釜中于微波炉中，处理功率为200-1000W，反应时间为1-30min。
所述步骤(3)中，超声功率为500W，超声时间为5-180min；离心速度为4000-10000r/min，离心时间为5-30min。
所述步骤(4)中，微孔滤膜孔径为0.22μm；透析采用1000-3500Da的透析袋，透析时间为5-36h。
为实现上述目的，本发明还提供了一种上述以蚕沙为原料制备荧光碳点的方法制备的荧光碳点。
为了解决现有荧光碳点绿色制备方法的原料相对不便宜且某些原料获取不容易等问题，本发明特提出了以蚕沙为原料制备荧光碳点的方法，本方法以蚕沙为原料通过直接高温碳化或水热碳化得到荧光碳点，方法简单，原料绿色且易得，价格便宜，变废为宝，得到的荧光碳点产率高、水溶性好、稳定性好，易于实现荧光碳点的规模化和工业化生产。
附图说明
图1是本发明制备的荧光碳点的透射电镜图。
图2是本发明制备的荧光碳点的紫外-可见光谱图。
图3是本发明制备的荧光碳点在不同激发波长下的荧光光谱图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
取一定量干燥的蚕沙，去除里面的残败枯叶和细小尘土等杂质，将除杂的蚕沙粉碎得到蚕沙粉末。取2g蚕沙粉末，加入适量去离子水，置于反应釜中于马弗炉中，200℃下处理16h后取出，自然冷却至室温；在功率为500W的超声波清洗器中超声处理10min，得到分散均匀的悬浊液，悬浊液经8000r/min离心10min提取上清液，将获得的上清液用0.22μm的微孔滤膜过滤，然后用3500Da透析袋透析16h，将透析后的溶液进行旋转蒸发浓缩，然后于-50℃下冷冻干燥，最终得到荧光碳点粉末。
实施例2
实施例2与实施例1的不同之处在于，取1.5g蚕沙粉末，加入适量去离子水，置于反应釜中于微波炉中，500W下处理5min后取出，自然冷却至室温，在功率为500W的超声波清洗器中超声处理10min，得到分散均匀的悬浊液，悬浊液经10000r/min离心20min，将获得的上清液用0.22μm的微孔滤膜过滤，然后用3500Da透析袋透析24h，将透析后的溶液进行旋转蒸发浓缩，然后于-50℃下冷冻干燥，最终得到荧光碳点粉末。
实施例3
实施例3与实施例1的不同之处在于，取5g蚕沙粉末，放入瓷舟置于马弗炉中进行碳化。250℃下处理8h后取出，自然冷却至室温。将获得的产物加入50ml去离子水在功率为500W的超声波清洗器中超声处理20min，得到分散均匀的悬浊液，悬浊液经5000r/min离心10min提取上清液，将获得的上清液用0.22μm的微孔滤膜过滤，然后用2000Da透析袋透析36h，将透析后的溶液进行旋转蒸发浓缩，然后于-50℃下冷冻干燥，最终得到荧光碳点粉末。
实施例4
实施例4与实施例1的不同之处在于，取3.5g蚕沙粉末，放入瓷舟置于微波炉中进行碳化。500W下处理30min后取出，自然冷却至室温，将获得的产物加入40ml去离子水在功率为500W的超声波清洗器中超声处理30min，得到分散均匀的悬浊液，悬浊液经6000r/min离心10min提取上清液，将获得的上清液用0.22μm的微孔滤膜过滤，然后用3000Da透析袋透析12h，将透析后的溶液进行旋转蒸发浓缩，然后于-50℃下冷冻干燥，最终得到荧光碳点粉末。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种以蚕沙为原料制备荧光碳点的方法，其特征在于包括步骤为：
(1)取干燥的蚕沙，去除里面的杂质后，粉碎，得到蚕沙粉末；
(2)取步骤(1)得到的蚕沙粉末，经一定温度和一定时间进行高温直接碳化或水热碳化，自然冷却到室温；
(3)将步骤(2)得到的产物加入去离子水超声处理，得到分散均匀的悬浊液，悬浊液经离心提取得到上清液；
(4)将步骤(3)得到的上清液进行微孔滤膜过滤、透析、旋转蒸发、冷冻干燥，最终得到荧光碳点粉末。
2.根据权利要求1所述的一种以蚕沙为原料制备荧光碳点的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的高温直接碳化在高温炉中进行，处理温度为160-400℃，反应时间为1-14h。
3.根据权利要求1所述的一种以蚕沙为原料制备荧光碳点的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的高温直接碳化在微波炉中进行，处理功率为200-1000W，反应时间为2-60min。
4.根据权利要求1所述的一种以蚕沙为原料制备荧光碳点的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的水热碳化为：取蚕沙粉末，加入去离子水，置于反应釜中于烘箱或马弗炉中进行，处理温度为120-250℃，反应时间为1-16h。
5.根据权利要求1所述的一种以蚕沙为原料制备荧光碳点的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的水热碳化为：取蚕沙粉末，加入去离子水，置于反应釜中于微波炉中进行，处理功率为200-1000W，反应时间为1-30min。
6.根据权利要求1所述的一种以蚕沙为原料制备荧光碳点的方法，其特征在于，所述步骤(3)中超声处理的超声功率为500W，超声时间为5-180min；离心提取的离心速度为5000-10000r/min，离心时间为5-30min。
7.根据权利要求1所述的一种以蚕沙为原料制备荧光碳点的方法，其特征在于，所述步骤(4)中的微孔滤膜孔径为0.22μm；透析采用1000-3500Da的透析袋，透析时间为5-36h。
8.一种权利要求1-7所述一种以蚕沙为原料制备荧光碳点的方法制备的荧光碳点。
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