CN107663453A - 一种木质素荧光碳纳米粒子的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于荧光碳纳米粒子技术领域，涉及以木质素为原料制备荧光碳纳米粒子的制备方法。本发明荧光碳纳米粒子的制备原料木质素来源丰富，是世界第二位最丰富、可再生的有机物，仅次于纤维素。本发明不仅可使木质素资源高值利用，还大大简化了荧光碳纳米粒子的制备方法。木质素固有的苯环结构符合共轭体系的要求，无需碳水化合物的脱水、炭化、芳构化过程，就能够吸收激发光并产生一定的荧光释放，从而使荧光碳纳米粒子的制备过程大大简化。本发明木质素荧光碳纳米粒子的制备方法为：将木质素精制，减少杂质干扰；将精制木质素用溶剂进行溶解分散；将木质素溶液用离心或透析的方法进行分离，即可获得木质素荧光碳纳米粒子溶液。

Description

一种木质素荧光碳纳米粒子的制备方法
技术领域
本发明属于荧光碳纳米粒子技术领域，涉及以木质素为原料制备荧光碳纳米粒子的制备方法。
背景技术
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)的材料，因其尺寸效应带来的特殊性质，已成为全世界研究热点。纳米颗粒是三个维度的尺寸都在100纳米(nm)以下，荧光碳纳米粒子则具有独特的光学性质，受激发可发出荧光。荧光碳纳米粒子的光稳定性好，不容易被分解破坏。它们的荧光谱峰极窄，互不交叉重叠，用于生物荧光标记时易于识别，并且由于尺寸的可调谐性，使之可以同时对不同物质进行标记。
传统的半导体荧光纳米粒子尽管拥有许多优秀的性质，但其含有重金属离子，对细胞的毒性作用也不容忽视，以致其在生物标记等方面的应用受到限制。不仅如此，随着全球矿产资源日益枯竭，寻找可替代的原料成为研究者关注的重点。荧光碳纳米粒子是一种可发光的碳纳米材料，与半导体荧光纳米粒子和有机染料相比，具有荧光稳定性好、无光闪烁、生物相容性好、低毒等优点，在生物分子标记、活体成像、传感、光电等领域具有广阔的应用前景。
常见的合成荧光碳纳米粒子的方法大概分为物理和化学两类。物理法有电弧放电、激光消融法；化学法主要有电化学法、微波法、支持合成法、溶剂热法、燃烧法、微乳液法、溶胶-凝胶法等。目前化学法发展较快，应用的较为广泛。生物质资源储量大，可再生且对环境友好，是制备荧光碳纳米粒子的理想原料。由此制备出的荧光碳纳米粒子与传统的荧光纳米粒子相比，对生物体及环境的毒害作用减小，且具有优秀的光稳定性，强化学惰性，良好的生物相容性，高水溶性，耐光漂白和易于功能化等优势。
目前已实现用碳水化合物(葡萄糖、蔗糖、淀粉或纤维素)、柳树枝等生物质原料制备荧光碳纳米粒子。在制备过程中都需要有高能或高温处理，使其中的碳水化合物脱水、炭化、芳构化，形成能够吸收激发光并释放荧光的共轭体系。荧光碳纳米粒子的结构(例如芳构化程度，含氧官能团的量等)和尺寸是影响特征激发和发射波长的重要因素，能够赋予材料特殊的性能。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的荧光碳纳米粒子制备方法复杂的缺点而提出的木质素荧光碳纳米粒子的制备方法，不仅可使木质素资源高值利用，还大大简化了荧光碳纳米粒子的制备方法。
木质素荧光碳纳米粒子的制备方法通过以下步骤实现：(一)原料的预处理：将木质素精制，减少杂质干扰；(二)溶剂溶解分散：将精制木质素用溶剂进行溶解分散；(三)分离：将木质素溶液用离心或透析的方法进行分离，即可获得木质素荧光碳纳米粒子溶液。步骤(一)中的原料可以为酶解木质素、碱木质素、木质素磺酸盐、磨木木质素等木质素中的任意一种或多种混合物，还可以为果壳、糠醛渣、木粉等富含木质素的原料。预处理方法为碱溶酸沉、溶剂提取等常用木质素精制方法。步骤(二)中的溶剂为碱性水溶液、水、二氧六环、以及甲醇、乙醇、丙醇等低分子醇类物质中的任意一种或多种混合溶剂。步骤(三)中的分离方法为将木质素溶液采用透析法分离除去可溶性杂质，或用离心方法除去大颗粒物质，也可以两种方法并用。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、木质素是主要由三种单体(对香豆醇、松柏醇、芥子醇)形成的一种复杂酚类聚合物。木质素固有的苯环结构符合共轭体系的要求，无需碳水化合物的脱水、炭化、芳构化过程，就能够吸收激发光并产生一定的荧光释放，从而使荧光碳纳米粒子的制备过程大大简化。
2、木质素原料丰富，是世界第二位最丰富的有机物，仅次于纤维素。现有荧光碳纳米粒子制备的原料多为碳水化合物(葡萄糖、蔗糖、淀粉或纤维素)、柳树枝等生物质原料，这些原料已经在食品、造纸等其它领域被高效地利用，具有很高的利用价值，而木质素尚未被很好地利用，成本低廉。
附图说明
图1为酶解木质素原料经碱溶酸沉精制后，以水-乙醇(1:1，v/v)混合溶剂溶解分散，经8000转/分钟的速度离心分离10分钟所获得液体样品的荧光发射和激发光谱。样品以波长为365nm的紫外光激发，获得了较强的荧光，发射峰位置位于494nm。图中左侧黑色曲线为样品的荧光激发光谱(发射光位于494nm)，右侧红色曲线为样品的发射光谱(激发光位于365nm)。
图2为酶解木质素原料精制后，以水-乙醇(1:1，v/v)混合溶剂溶解分散，经8000转/分钟的速度离心分离10分钟，再经过8000Da的透析袋透析1天所获得液体样品的透射电镜图。粒子粒径小于5纳米。
具体实施方式
具体实施方式一：称取酶解木质素1g，经二氧六环-水(9:1)混合溶剂提取精制后，以100mL二氧六环-水(9:1)混合溶剂溶解分散，经16000转/分钟的速度离心分离10分钟，即获得木质素荧光碳纳米粒子溶液。
具体实施方式二：称取碱木质素1g，经碱溶酸沉精制后，以100mL4％氢氧化钠水溶液溶解分散，移入截留分子量为1000Da的透析袋中透析14天，即获得木质素荧光碳纳米粒子溶液。
具体实施方式三：称取木质素磺酸盐1g，经碱溶酸沉精制后，以100mL水-乙醇(1:1，v/v)混合溶剂溶解分散，经8000转/分钟的速度离心分离20分钟，移入截留分子量为8000Da的透析袋中透析1天，收集透出液体即获得木质素荧光碳纳米粒子溶液。
具体实施方式四：称取椰壳粉末1g，经碱溶酸沉精制后，以100mL水-甲醇(1:1，v/v)混合溶剂溶解分散，经12000转/分钟的速度离心分离10分钟，即获得木质素荧光碳纳米粒子溶液。
具体实施方式五：称取糠醛渣1g，经碱溶酸沉精制后，以100mL乙醇溶解分散，经8000转/分钟的速度离心分离30分钟，即获得木质素荧光碳纳米粒子溶液。
具体实施方式六：称取磨木木素1g，经碱溶酸沉精制后，以100mL水-乙醇(1:1，v/v)混合溶剂溶解分散，经16000转/分钟的速度离心分离10分钟，即获得木质素荧光碳纳米粒子溶液。

Claims (5)

1.一种木质素荧光碳纳米粒子的制备方法，其特征是它通过以下步骤实现：(一)原料的预处理：将木质素精制，减少杂质干扰；(二)溶剂溶解分散：将精制木质素用溶剂进行溶解分散；(三)分离：将木质素溶液用离心或透析的方法进行分离，即可获得木质素荧光碳纳米粒子溶液。
2.根据权利要求1所述的木质素荧光碳纳米粒子的制备方法，其特征在于步骤(一)中的原料可以为酶解木质素、碱木质素、木质素磺酸盐、磨木木质素等木质素中的任意一种或多种混合物，还可以为果壳、糠醛渣、木粉等富含木质素的原料。
3.根据权利要求1所述的木质素荧光碳纳米粒子的制备方法，其特征在于步骤(一)中的预处理方法为碱溶酸沉、溶剂提取等常用木质素精制方法。
4.根据权利要求1所述的木质素荧光碳纳米粒子的制备方法，其特征在于步骤(二)中的溶剂为水、二氧六环、以及甲醇、乙醇、丙醇等低分子醇类物质中的任意一种或多种混合溶剂。
5.根据权利要求1所述的木质素荧光碳纳米粒子的制备方法，其特征在于步骤(三)中的分离方法为将木质素溶液采用透析法分离除去可溶性杂质，用离心方法除去大颗粒物质，也可以两种方法并用。
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