CN107384379A - 一种CaCO3:Eu3+荧光空心微球及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及荧光空心球的合成,具体涉及CaCO3:Eu3+荧光空心球的制备方法。本发明提供一种CaCO3:Eu3+荧光空心球的制备方法,步骤包括:a)按化学计量比称取碳酸盐原料、含钙原料、含铕原料及软模板剂,将各原料分别加入去离子水中后充分搅拌形成均匀溶液;其中,化学计量比以掺杂Eu3+的CaCO3为目标产物,其通式为Ca1‑ xEuxCO3,Eu3+掺杂量x:0.01~0.10;b)磁力搅拌下将碳酸盐溶液以滴加的方式加入混有软模板剂的钙、铕盐溶液中,混合液经陈化后抽滤、洗涤,并将沉淀在冷冻干燥箱中进行12~24 h的干燥处理即得。本发明采取软模板剂法制备CaCO3:Eu3+荧光空心球,在制备过程中,不需额外去除模板剂,减化制备工艺。另外,制备的CaCO3:Eu3+荧光空心球,相比常见的氧化物类荧光空心球价格低廉,并同时兼具载药/催化剂与荧光示踪的双重作用。因此,本发明涉及的产品性能高、工序简化、成本低、应该领域广。
Description
技术领域
本发明涉及一种载药/催化剂与示踪用的荧光空心微球及其制备方法,具体为CaCO3:Eu3+荧光空心微球的制备方法,属于稀土发光材料、生物医学材料及油田材料技术领域。
背景技术
荧光空心微球是指直径在亚微米至微米级范围内,负载有荧光物质,在外界能量激发下能够发出荧光的固体中空微粒。与普通无机粒子相比,它们具有的空心结构由于内部空间大,比表面积大和密度小等特点,使得其在催化剂药物缓释和控释及色谱分离等诸多领域有着很大的潜在应用前景。且其发光性能也相对稳定,其受外界条件如溶剂、热、电、磁等的影响比纯粹的荧光化合物小,因此同时在标记、示踪、检测、固定化酶、高通量药物筛选、基因研究等领域得到重要的应用。
近几十年,量子点材料作为荧光纳米材料由于可以提供稳定的荧光发射而成为热点,目前有研究尝试将量子点与高分子或者无机材料复合制备微球来充分结合微球以及量子点的优势。然而,这虽然在一定程度上克服了荧光衰减的问题,但是由于量子点主要是由II-VI族或III-V族元素组成,稳定性较差。且这些元素在应用过程中会从量子点核内释放出来,引起生理毒性或环境污染,较大地限制了其应用。而氧化物荧光空心球又因其基体多是由稀土元素构成,造成高昂的生产成本。目前,中空的碳酸钙(CaCO3)微球是一类重要的材料,由于他们独特的结构、光学性质和表面性能使得它们拥有非常广泛的应用。将稀土离子掺入到碳酸钙空心球后,形成的CaCO3:Re3+荧光空心球可被赋予集载药与示踪一体化等更新颖更广泛的应用。当前中空微球的制备方法主要是硬模板法,即通过与模板剂组装,吸附,沉淀反应,溶胶-凝胶作用等手段,包覆一层前驱物,然后经热处理或溶剂溶解除去模板得到所需空心微球。常见的模板包括二氧化硅,聚合物微球,碳微球等。但是很少有在水相当中利用表面活性剂做软模板剂来进行碳酸钙空心球的合成研究,尤其是针对稀土掺杂碳酸钙荧光空心球的制备。
发明内容
本发明针对上述缺陷,提供一种利用稻壳粉制备CaCO3:Eu3+荧光空心球的方法,其工艺简单、产品稳定性和发光强度高。本发明方法中采用采用软模板剂法,因此不需额外工艺去除模板剂,并且掺入的Eu3+使其兼具载药/催化剂及荧光示踪的双重作用,从而使得工序简单、成本降低。
本发明的技术方案:光致发光荧光材料为固溶体,通式为Ca1-xEuxCO3(0.01≤x≤0.10),产物的平均颗粒为2~7μm,主相结构为球霰石型碳酸钙。
本发明采用软模板剂法制备CaCO3:Eu3+荧光空心球,步骤包括:
a)按化学计量比称取碳酸盐原料、含钙原料、含铕原料及软模板剂,将各原料分别加入去离子水中后充分搅拌形成均匀溶液;其中,化学计量比以掺杂Eu3+的CaCO3为目标产物,其通式为Ca1-xEuxCO3,Eu3+掺杂量x:0.01~0.10;
b)磁力搅拌下将碳酸盐溶液以滴加的方式加入混有软模板剂的钙、铕盐溶液中,混合液经陈化后抽滤、洗涤,并将沉淀在冷冻干燥箱中进行12~24h的干燥处理即得。
其中,所述碳酸盐原料为碳酸钠或碳酸钾;所述含钙原料为硝酸钙锶或氯化钙;所述含铕原料为硝酸铕或氯化铕;所述的软模板剂为十二烷基苯磺酸钠或十六烷基三甲基氯化铵。
步骤a中,限定Eu3+掺杂量为1mol%~10mol%,由于稀土Eu3+为掺杂剂(发光中心),浓度太小时,发光较弱;浓度过高时,因浓度猝灭效应会降低发光强度。
步骤a中,限定软模板剂浓度为0.05mol/L~0.25mol/L,由于软模板剂为胶束中心,浓度太小时,容易造成样品颗粒过大;浓度过高时,表面富集太少无法形成空心球。
步骤b中,限定陈化时间为12~36h,时间太短不能使碳酸钙包覆胶束形成空心球,时间过长又会使样品团聚,降低性能。
优选的,步骤a中采用的原料初始浓度为0.4mol/L~0.6mol/L。
优选的,步骤a中采用的软模板剂浓度为0.05mol/L~0.25mol/L。
优选的,步骤a中采用磁力搅拌方式形成溶液,搅拌速度为500~2000rad/min。
优选的,步骤b中软模板剂要先与钙、铕原料溶液混合,以便形成胶束。
优选的,步骤b中滴加碳酸盐溶液的速度为10~20滴/min。
优选的,步骤b中混合液陈化时间为12~36h。
优选的,步骤b中沉淀物的冷冻干燥在温度为-30~-50℃下进行。
本发明的有益效果:
本发明采用软模板剂法制备CaCO3:Eu3+荧光空心球。软模板剂有利于简化制备工艺,可以有效控制合成产物粒径及结构类型。同时,Eu3+的掺入可使该材料兼具载药/催化剂控释及荧光示踪的双重作用,可用于生物及油田等领域。此外,相比氧化物空心球更加安全无害、价格低廉。本发明制备的CaCO3:Eu3+荧光空心球,可实现产品性能更高、工序简化,成本低、应用领域广。
附图说明
图1为本发明实施例1所得CaCO3:Eu3+荧光空心球的XRD图,由图1可知:实施例1所得荧光材料的XRD结果为与标准球霰石型CaCO3结构的衍射峰相符,且未出现Eu3+相及其他杂质峰。
图2为本发明实施例1所得荧光空心球的SEM图,由图2可知:实施例1所得CaCO3:Eu3 +荧光材料为均匀球形,球体粒径约7μm,并能看到中空结构。
图3为本发明实施例1所得的CaCO3:Eu3+荧光空心球的发射光谱图,由图3可知:在近紫外或蓝光激发下,实施例1所得CaCO3:Eu3+荧光空心球的发射峰在红光区域,为Eu3+的特征发射,且发光强度较高。
图4为本发明实施例2所得CaCO3:Eu3+荧光空心球的XRD图,由图4可知:实施例2所得荧光材料的XRD结果为与标准球霰石型CaCO3结构的衍射峰相符,且未出现Eu3+相及其他杂质峰。
图5为本发明实施例2所得荧光空心球的SEM图,由图5可知:实施例2所得CaCO3:Eu3 +荧光材料为均匀球形,球体粒径约5μm,并能看到中空结构。
图6为本发明实施例2所得的CaCO3:Eu3+荧光空心球的发射光谱图,由图6可知:在近紫外或蓝光激发下,实施例2所得CaCO3:Eu3+荧光空心球的发射峰在红光区域,为Eu3+的特征发射,且发光强度较高。
图7为本发明实施例3所得CaCO3:Eu3+荧光空心球的XRD图,由图7可知:实施例3所得荧光材料的XRD结果为与标准球霰石型CaCO3结构的衍射峰相符,且未出现Eu3+相及其他杂质峰。
图8为本发明实施例3所得荧光空心球的SEM图,由图8可知:实施例3所得CaCO3:Eu3 +荧光材料为均匀球形,球体粒径约3μm,并能看到中空结构。
图9为本发明实施例3所得的CaCO3:Eu3+荧光空心球的发射光谱图,由图9可知:在近紫外或蓝光激发下,实施例3所得CaCO3:Eu3+荧光空心球的发射峰在红光区域,为Eu3+的特征发射,且发光强度较高。
具体实施方式
本发明的技术方案:光致发光荧光材料为固溶体,通式为Ca1-xEuxCO3(0.01≤x≤0.10),产物的平均颗粒为1~5μm,主相结构为球霰石型碳酸钙。
本发明采用软模板剂法制备CaCO3:Eu3+荧光空心球,步骤包括:
a)按化学计量比称取碳酸盐原料、含钙原料、含铕原料及软模板剂,将各原料分别加入去离子水中后充分搅拌形成均匀溶液;其中,化学计量比以掺杂Eu3+的CaCO3为目标产物,其通式为Ca1-xEuxCO3,Eu3+掺杂量x:0.01~0.10;
b)磁力搅拌下将碳酸盐溶液以滴加的方式加入混有软模板剂的钙、铕盐溶液中,混合液经陈化后抽滤、洗涤,并将沉淀在冷冻干燥箱中进行12~24h的干燥处理即得。
其中,所述碳酸盐原料为碳酸钠或碳酸钾;所述含钙原料为硝酸钙锶或氯化钙;所述含铕原料为硝酸铕或氯化铕;所述的软模板剂为十二烷基苯磺酸钠或十六烷基三甲基氯化铵。
步骤a中,限定Eu3+掺杂量为1mol%~10mol%,由于稀土Eu3+为掺杂剂(发光中心),浓度太小时,发光较弱;浓度过高时,因浓度猝灭效应会降低发光强度。
步骤a中,限定软模板剂浓度为0.05mol/L~0.25mol/L,由于软模板剂为胶束中心,浓度太小时,容易造成样品颗粒过大;浓度过高时,表面富集太少无法形成空心球。
步骤b中,限定陈化时间为12~36h,时间太短不能使碳酸钙包覆胶束形成空心球,时间过长又会使样品团聚,降低性能。
优选的,步骤a中采用的原料初始浓度为0.4mol/L~0.6mol/L。
优选的,步骤a中采用的软模板剂浓度为0.05mol/L~0.25mol/L。
优选的,步骤a中采用磁力搅拌方式形成溶液,搅拌速度为500~2000rad/min。
优选的,步骤b中软模板剂要先与钙、铕原料溶液混合,以便形成胶束。
优选的,步骤b中滴加碳酸盐溶液的速度为10~20滴/min。
优选的,步骤b中混合液陈化时间为12~36h。
优选的,步骤b中沉淀物的冷冻干燥在温度为-30~-50℃下进行。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述,并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
合成过程:
1)按化学计量比称取碳酸钠(Na2CO3)2.1198g、硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)4.723g、硝酸铕(Eu(NO3)3·6H2O)0.0892g及十二烷基苯磺酸钠(SDBS)0.697g,分别加入去离子水中后在500rad/min磁力搅拌下充分搅拌形成0.4mol/L碳酸钠与0.05mol/L十二烷基苯磺酸钠的均匀溶液;
2)磁力搅拌下将碳酸钠溶液以10滴/min的速度滴加入混有十二烷基苯磺酸钠的硝酸钙、硝酸铕溶液中,混合液经陈化12h后抽滤、洗涤,并将沉淀放入冷冻干燥箱中在-30℃下干燥处理24h的即得CaCO3:1%Eu3+荧光空心球。
图1为本发明实施例1所得CaCO3:Eu3+荧光空心球的XRD图,由图1可知:实施例1所得荧光材料的XRD结果为与标准球霰石型CaCO3结构的衍射峰相符,且未出现Eu3+相及其他杂质峰。图2为本发明实施例1所得荧光空心球的SEM图,由图2可知:实施例1所得CaCO3:Eu3+荧光材料为均匀球形,球体粒径约7μm,并能看到中空结构。图3为本发明实施例1所得的CaCO3:Eu3+荧光空心球的发射光谱图,由图3可知:在近紫外或蓝光激发下,实施例1所得CaCO3:Eu3+荧光空心球的发射峰在红光区域,为Eu3+的特征发射,且发光强度较高。
实施例2
合成过程:
1)按化学计量比称取碳酸钾(K2CO3)2.7642g、硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)4.723g、氯化铕(EuCl3·6H2O)0.2583g及十六烷基三甲基氯化铵(MSDS)1.28g,分别加入去离子水中后在1000rad/min磁力搅拌下充分搅拌形成0.5mol/L碳酸钠与0.1mol/L十二烷基苯磺酸钠的均匀溶液;
2)磁力搅拌下将碳酸钠溶液以15滴/min的速度滴加入混有十二烷基苯磺酸钠的硝酸钙、硝酸铕溶液中,混合液经陈化24h后抽滤、洗涤,并将沉淀放入冷冻干燥箱中在-40℃下干燥处理24h的即得CaCO3:5%Eu3+荧光空心球。
图4为本发明实施例2所得CaCO3:Eu3+荧光空心球的XRD图,由图4可知:实施例2所得荧光材料的XRD结果为与标准球霰石型CaCO3结构的衍射峰相符,且未出现Eu3+相及其他杂质峰。图5为本发明实施例2所得荧光空心球的SEM图,由图5可知:实施例2所得CaCO3:Eu3+荧光材料为均匀球形,球体粒径约5μm,并能看到中空结构。图6为本发明实施例2所得的CaCO3:Eu3+荧光空心球的发射光谱图,由图6可知:在近紫外或蓝光激发下,实施例2所得CaCO3:Eu3+荧光空心球的发射峰在红光区域,为Eu3+的特征发射,且发光强度较高。
实施例3
合成过程:
1)按化学计量比称取碳酸钠(Na2CO3)2.1198g、氯化钙(CaCl2·2H2O)2.9404g、硝酸铕(Eu(NO3)3)0.8921g及十二烷基苯磺酸钠(SDBS)2.7878g,分别加入去离子水中后在2000rad/min磁力搅拌下充分搅拌形成0.6mol/L碳酸钠与0.2mol/L十二烷基苯磺酸钠的均匀溶液;
2)磁力搅拌下将碳酸钠溶液以20滴/min的速度滴加入混有十二烷基苯磺酸钠的硝酸钙、硝酸铕溶液中,混合液经陈化36h后抽滤、洗涤,并将沉淀放入冷冻干燥箱中在-50℃下干燥处理24h的即得CaCO3:10%Eu3+荧光空心球。
图7为本发明实施例3所得CaCO3:Eu3+荧光空心球的XRD图,由图7可知:实施例3所得荧光材料的XRD结果为与标准球霰石型CaCO3结构的衍射峰相符,且未出现Eu3+相及其他杂质峰。图8为本发明实施例3所得荧光空心球的SEM图,由图8可知:实施例3所得CaCO3:Eu3+荧光材料为均匀球形,球体粒径约3μm,并能看到中空结构。图9为本发明实施例3所得的CaCO3:Eu3+荧光空心球的发射光谱图,由图9可知:在近紫外或蓝光激发下,实施例3所得CaCO3:Eu3+荧光空心球的发射峰在红光区域,为Eu3+的特征发射,且发光强度较高。
Claims (9)
1.本发明采用软模板剂法制备CaCO3:Eu3+荧光空心球,步骤包括:
a)按化学计量比称取碳酸盐原料、含钙原料、含铕原料及软模板剂,将各原料分别加入去离子水中后充分搅拌形成均匀溶液;其中,化学计量比以掺杂Eu3+的CaCO3为目标产物,其通式为Ca1-xEuxCO3,Eu3+掺杂量x:0.01~0.10;
b) 磁力搅拌下将碳酸盐溶液以滴加的方式加入混有软模板剂的钙、铕盐溶液中,混合液经陈化后抽滤、洗涤,并将沉淀在冷冻干燥箱中进行12~24 h的干燥处理即得;
其中,所述碳酸盐原料为碳酸钠或碳酸钾;所述含钙原料为硝酸钙锶或氯化钙;所述含铕原料为硝酸铕或氯化铕;所述的软模板剂为十二烷基苯磺酸钠或十六烷基三甲基氯化铵。
2.根据权利要求1所述的CaCO3:Eu3+荧光空心球的制备方法,其特征在于,步骤a中发光中心Eu3+的掺杂量为1 mol% ~ 10 mol%。
3.根据权利要求1或2所述的CaCO3:Eu3+荧光空心球的制备方法,其特征在于,步骤a中使用的软模板剂浓度为0.05 mol/L~0.25 mol/L。
4.根据权利要求1~3任一项所述的CaCO3:Eu3+荧光空心球的制备方法,其特征在于,步骤a中原料初始浓度为0.4 mol/L~0.6 mol/L。
5.根据权利要求1~4任一项所述的CaCO3:Eu3+荧光空心球的制备方法,其特征在于,步骤a中采用磁力搅拌方式形成溶液,搅拌速度为500~2000 rad/min。
6.根据权利要求1~5所述的CaCO3:Eu3+荧光空心球的制备方法,其特征在于,步骤b中软模板剂要先与钙、铕原料溶液混合,以便形成胶束。
7.根据权利要求1~6任一项所述的CaCO3:Eu3+荧光空心球的制备方法,其特征在于,步骤b中滴加碳酸盐溶液的速度为10~20滴/min。
8.根据权利要求1~7任一项所述的CaCO3:Eu3+荧光空心球的制备方法,其特征在于,步骤b中混合液陈化时间为12~36 h。
9.根据权利要求1~8任一项所述的CaCO3:Eu3+荧光空心球的制备方法,其特征在于,步骤b中沉淀物的冷冻干燥在温度为−30~−50℃下进行。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20171124 |
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |