CN109097035B - 具有高荧光特性的碳量子点及其制备与应用 - Google Patents
具有高荧光特性的碳量子点及其制备与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109097035B CN109097035B CN201811008368.7A CN201811008368A CN109097035B CN 109097035 B CN109097035 B CN 109097035B CN 201811008368 A CN201811008368 A CN 201811008368A CN 109097035 B CN109097035 B CN 109097035B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- solution
- carbon quantum
- carbon
- high fluorescence
- quantum dots
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 97
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 74
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 46
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 42
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims abstract description 26
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000012295 chemical reaction liquid Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000010902 straw Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 20
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 claims description 6
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 5
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 5
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical compound NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea Chemical compound NC(N)=S UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 claims description 3
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 3
- 239000010806 kitchen waste Substances 0.000 claims description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 claims description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GODZNYBQGNSJJN-UHFFFAOYSA-N 1-aminoethane-1,2-diol Chemical compound NC(O)CO GODZNYBQGNSJJN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 claims description 2
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 claims description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000002390 rotary evaporation Methods 0.000 claims description 2
- 238000010898 silica gel chromatography Methods 0.000 claims description 2
- AKHNMLFCWUSKQB-UHFFFAOYSA-L sodium thiosulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=S AKHNMLFCWUSKQB-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 235000019345 sodium thiosulphate Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 claims 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 8
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 abstract description 3
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 8
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 3
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 2
- 241001306121 Dracaena <Squamata> Species 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003818 cinder Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000002073 fluorescence micrograph Methods 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002113 nanodiamond Substances 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000005580 one pot reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 1
- 239000011555 saturated liquid Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
- C09K11/65—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
- G01N15/088—Investigating volume, surface area, size or distribution of pores; Porosimetry
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Pathology (AREA)
- Immunology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
Abstract
本发明提供一种具有高荧光特性的碳量子点及其制备与应用，该制备方法包括以下步骤：(1)将碳源原料粉末或碳源原料的水溶液与酸液混合，并对所得混合物进行超声波处理以使碳源原料与酸液混合均匀，得到前躯体溶液；(2)将步骤(1)中所得前躯体溶液在水热反应釜中进行水热反应，反应结束后，将所得反应液冷却至室温，并向该反应液中加入碱以将其pH值调至7；(3)将步骤(2)所得悬浊液进行分离以进行碳点的颜色筛分，得到溶液；(4)再将步骤(3)所得溶液干燥，得到具有高荧光特性的碳量子点。该制备方法所用原料为秸秆等生物质材料，所得碳量子点具有高荧光特性，绿色环保且无毒。本发明所得碳量子点可用于测量岩石渗透性和孔隙度。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有高荧光特性的碳量子点及其制备与应用，属于纳米材料技术领域。
背景技术
碳元素作为所有生命的基础，在现代科技发展中具有无可替代的重要地位。碳元素具有sp、sp2和sp3的电子轨道特性，可以形成多种结构和性质奇特的物质，如碳纳米管、纳米金刚石、石墨烯及氧化石墨烯等。2004年Scrivens等首次分离出碳量子点，开拓了新型荧光敏感材料的新纪元。由于碳量子点具有发光稳定性能、制备简单廉价、无毒等性能，使得其可以广泛应用到多种领域。
在石油领域，岩石中渗透性是由压力差引起的水分净移动能力，代表着油气运移的能力；孔隙度是岩样中所有孔隙的空间体积，代表着油气储存的能力。因此，渗透性和孔隙度是评价岩石性能的两个基本因素，其准确的测量在石油地质、石油工程以及油气储运中有着重要的意义。岩石渗透性的好坏用渗透率表示，渗透率可由达西公式进行计算。常用的测量岩样骨架体积和孔隙体积的方法为氦气法。目前的测量孔隙体积手段大多数采用气体，也有部分采用排饱和液体，但是这些检测手段缺乏一定的示踪能力，在此基础上可以进行进一步的完善。
因此，提供一种具有高荧光特性的碳量子点及其制备与应用已经成为本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述的缺点和不足，本发明的一个目的在于提供一种具有高荧光特性的碳量子点的制备方法。
本发明的另一目的还在于提供由该具有高荧光特性的碳量子点的制备方法制备得到的具有高荧光特性的碳量子点。
本发明的又一目的还在于提供所述的具有高荧光特性的碳量子点在测量岩石渗透性和孔隙度的应用。
本发明的再一目的还在于提供一种测量岩石渗透性和孔隙度的方法，其是采用所述的具有高荧光特性的碳量子点进行测量的。
为达到上述目的，一方面，本发明提供一种具有高荧光特性的碳量子点的制备方法，其中，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将碳源原料粉末或碳源原料的水溶液与酸液混合，并对所得混合物进行超声波处理以使碳源原料与酸液混合均匀，得到前躯体溶液；
(2)将步骤(1)中所得前躯体溶液在水热反应釜中进行水热反应，反应结束后，将所得反应液冷却至室温，并向该反应液中加入碱以将其pH值调至7；
(3)将步骤(2)所得悬浊液进行分离以进行碳点的颜色筛分，得到溶液；
(4)再将步骤(3)所得溶液干燥，得到具有高荧光特性的碳量子点。
根据本发明具体实施方案，在该具有高荧光特性的碳量子点的制备方法中，本发明对所述碳源原料粉末的粒径大小不做具体要求，只要保证该碳源原料为细碎粉末即可实现本发明的目的，且本领域技术人员可以常规判断本领域中该细碎粉末粒径的大小。
根据本发明具体实施方案，在该具有高荧光特性的碳量子点的制备方法步骤(1)中，所述碳源原料与酸液的质量比为1:0.1-1:10；
优选为1:5。
根据本发明具体实施方案，该制备方法还包括在步骤(1)中将氮源和/或硫源及碳源原料粉末或碳源原料的水溶液一并与酸液混合，以进行碳量子点的荧光量子产率增强的操作。
其中，本发明对所述氮源和/或硫源的具体用量不做具体要求，本领域技术人员可以根据现场作业需要合理调整其用量，只要保证可以实现本发明的目的即可。
根据本发明具体实施方案，在该具有高荧光特性的碳量子点的制备方法中，所述碳源原料的水溶液中碳源原料需完全溶解。其中，在该碳源原料的水溶液中，所述碳源原料与水按0.01g-1g/1mL的比例混合。
根据本发明具体实施方案，在所述的制备方法中，所述氮源包括尿素、乙二胺、乙醇胺、乙二醇胺、丙三醇、聚乙烯亚胺、甘氨酸及氨水中的一种或几种的组合；
所述硫源包括硫代硫酸钠和/或硫脲。
根据本发明具体实施方案，在所述的制备方法中，所述碳源原料包括秸秆、煤、石油基沥青与石油焦及餐厨垃圾中的一种或几种的组合。
根据本发明具体实施方案，在所述的制备方法中，所述酸液包括盐酸、硝酸、浓硫酸及双氧水中的一种或几种的组合。
根据本发明具体实施方案，在所述的制备方法步骤(1)中，所述超声波处理可在超声机中进行，并且本领域技术人员可以根据现场作业需要合理设置该超声机的功率等参数，只要保证可以实现将大颗粒碳点打碎的目的即可。
根据本发明具体实施方案，在所述的制备方法步骤(2)中，所述反应为140-280℃反应1h以上。
根据本发明具体实施方案，在所述的制备方法步骤(2)中，所述反应温度例如可以为170℃、180℃、185℃、195℃、200℃、210℃或240℃等，在该些温度下均能合成具有高荧光性能的碳量子点。
根据本发明具体实施方案，在所述的制备方法步骤(2)中，所述反应时间例如可以为2h、4h、6h、8h或10h等；
优选地，所述反应时间为4h。
根据本发明具体实施方案，该制备方法还包括在步骤(2)中，所述水热反应釜为具有聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜。
根据本发明具体实施方案，该制备方法还包括在步骤(2)中，本领域技术人员可以根据作业需要选择合适的碱及碱的浓度，只要保证可将反应液pH值调至7即可。在本发明较为优选的实施方式中，所用碱为3mol/L的氢氧化钠水溶液。
根据本发明具体实施方案，在所述的制备方法步骤(3)中，所述分离包括采用过硅胶柱、旋转蒸发及膜分离中的一种或几种方法进行分离。
根据本发明具体实施方案，在所述的制备方法中，所述膜分离包括采用圆筒形膜分离过滤器进行分离。
根据本发明具体实施方案，在所述的制备方法中，所述圆筒形膜分离过滤器包括截留分子量分别为0.5kDa、1kDa、2kDa、5kDa、10kDa、20kDa或50kDa中的一种或几种圆筒形膜分离过滤器。
根据本发明具体实施方案，在所述的制备方法中，采用截留分子量分别为0.5kDa、1kDa、2kDa的圆筒形膜分离过滤器对步骤(2)所得悬浊液进行分离以进行碳点的颜色筛分，分别得到蓝色碳量子点溶液、绿色碳量子点溶液、橙色碳量子点溶液及红色碳量子点溶液；
优选地，所述分离时间为24-72h，更优选为72h。
在本发明的该较为优选的实施方式中可以得到蓝色、绿色、黄色及红色的碳量子。
根据本发明具体实施方案，在所述的制备方法步骤(4)中，所述干燥为100-120℃干燥12-36h。在本发明较为优选的实施方式中，所述干燥时间为12h。
另一方面，本发明还提供了由所述的具有高荧光特性的碳量子点的制备方法制备得到的具有高荧光特性的碳量子点。
根据本发明具体实施方案，该具有高荧光特性的碳量子点的尺寸在2nm到10nm之间。
本发明所得到的碳量子点具有高荧光特性，且绿色环保，无毒。
又一方面，本发明还提供了所述的具有高荧光特性的碳量子点在测量岩石渗透性和孔隙度的应用。
再一方面，本发明还提供了一种测量岩石渗透性和孔隙度的方法，其中，该方法采用所述的具有高荧光特性的碳量子点进行测量，其包括：
1)将所述具有高荧光特性的碳量子点加入到溶剂中，配制得到具有高荧光特性的碳量子点的溶液；
2)将所述具有高荧光特性的碳量子点的溶液滴于岩石的表面；
3)再分别测量所述岩石的渗透率和孔隙度。
根据本发明具体实施方案，该测量岩石渗透性和孔隙度的方法步骤2)为将所述具有高荧光特性的碳量子点的溶液进行静置，并将静置后所得溶液滴于岩石的表面。
根据本发明具体实施方案，在该测量岩石渗透性和孔隙度的方法步骤2)中，所述静置时间为2-8min，优选为5min。
根据本发明具体实施方案，在所述的测量岩石渗透性和孔隙度的方法中，所述溶剂包括水或乙醇。
根据本发明具体实施方案，在所述的测量岩石渗透性和孔隙度的方法中，本发明对具有高荧光特性的碳量子点的具体用量或者对具有高荧光特性的碳量子点的溶液的浓度不做具体要求，本领域技术人员可根据现场作业需要合理调整该具有高荧光特性的碳量子点的用量，只要保证可以实现本发明的目的即可。
本发明首先利用自然界广泛存在且绿色环保的秸秆，煤，石油基沥青与石油焦，餐厨垃圾等作为碳源原料，通过水热法分别制备得到了具有蓝色荧光、绿色荧光、橙色荧光以及红色荧光性能的碳量子点；进而将含有这四种不同荧光颜色的碳量子点溶液滴在岩石表面，利用液体在岩石表面的渗透性能以及制备得到的碳量子点的荧光性能的可示踪性进行试验。首次实现了利用碳量子点测试岩石的渗透性和孔隙度。
与已有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：
采用本发明的方法制备得到的具有高荧光特性的碳量子点，只需一步反应，反应速度较快，而且副产物和中间产物极少；另外，本发明的该制备方法所用原料为秸秆等生物质材料，制备得到的碳量子点绿色环保且无毒。
此外，使用含有本发明提供的该碳量子点的溶液进行岩石渗透性和孔隙度的测量，测量的效果好。同时，碳量子点的荧光特性可起到示踪作用，有利于观察岩石内部孔隙结构。本发明采用具有高荧光特性的碳量子点溶液进行岩石渗透性和孔隙度的测量，该测量方式是一种打破了传统测量岩石渗透性和孔隙度方式的新方法，其对岩石性能测量的发展起到了重要推进作用，促进了纳米材料在开发和应用上的发展与完善。
附图说明
图1为本发明实施例1中所得蓝色碳量子点溶液的透射电镜图(20nm)；
图2为本发明实施例1中所得蓝色碳量子点溶液的透射电镜图(5nm)；
图3为本发明实施例1中所得蓝色碳量子点的原子力显微镜谱图；
图4为本发明实施例1中所得蓝色碳量子点的原子力显微镜谱图；
图5为本发明实施例1步骤(3)中所得四种不同荧光颜色碳量子点溶液的荧光图；
图6为本发明实施例1步骤(3)中所得四种不同荧光颜色碳量子点溶液的日光图；
图7A为本发明实施例1中所得蓝色碳量子点的荧光发射谱图；
图7B为本发明实施例1中所得绿色碳量子点的荧光发射谱图；
图7C为本发明实施例1中所得橙色碳量子点的荧光发射谱图；
图7D为本发明实施例1中所得红色碳量子点的荧光发射谱图；
图8为本发明应用例中四种不同颜色荧光碳量子点溶液滴在岩石表面渗透后的荧光图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种具有高荧光特性的碳量子点的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将30mg的煤渣与60mL浓硫酸和20mL硝酸进行混合，然后将所得混合物放入杯子中在700W的超声机中进行超声波降解2h，取上层清液。
(2)将步骤(1)中所得上层清液(前躯体溶液)在水热反应釜中进行水热反应(需要在搅拌条件下进行)，其中，反应温度为100℃或120℃，反应时间为4h，反应结束后，将所得反应液冷却至室温后倒入100mL烧杯中，并向该反应液中加入3mol/L的氢氧化钠水溶液以将其pH值调至7；
(3)将上述得到的溶液用500Da、1000Da和2000Da三种尺寸的透析管口进行72h的透析；
通过过滤，小于500Da截留出来的溶液为蓝色碳量子点溶液，500Da-1000Da截留出来的溶液为绿色碳量子点溶液，1000Da-2000Da截留出来的溶液为橙色碳量子点溶液，大于2000Da截留出来的溶液为红色碳量子点溶液；
(4)再将步骤(3)所得溶液于100-120℃干燥12h，分别得到具有高荧光特性的蓝色、绿色、橙色(黄色)及红色的碳量子点。
本发明实施例1步骤(3)中所得蓝色碳量子点溶液的透射电镜图如图1-2所示，从图1-2中可看出本实施例中制备得到的该蓝色碳量子点具有石墨的晶面。
本发明实施例1所得蓝色碳量子点溶液的原子力显微镜谱图如图3-4所示，图4中纵坐标Height of CDs为碳量子点的高度。从图3-4中可以看出，本发明所提供的蓝色碳量子点的尺寸在2nm到10nm之间。
本发明实施例1步骤(3)中所得四种不同荧光颜色碳量子点溶液的荧光与日光图分别如图5-图6所示。
本发明实施例1所得四种不同荧光颜色碳量子点的荧光发射谱图分别如图7A-图7D所示。
应用例
本应用例采用实施例1制备得到的四种不同荧光颜色碳量子点测量岩石的渗透性和孔隙度，该测量方法具体包括以下步骤：
(a)取四个形状、大小和质地完全相同的来自四川龙马溪组的岩石样品，岩石规格为：直径25mm，高度50mm；
将实施例1中得到的四种不同荧光颜色碳量子点分别配制为溶液(溶剂可为水或乙醇)，各取2mL滴在岩石表面，并将其从1编号到4(分别对应蓝色、绿色、橙色及红色碳量子点)；
(b)将上述的四个样品在常温中静置5分钟，以使碳量子点溶液渗透于对应的岩石样品中，并用电镜分别对该岩石样品进行照射；
其中，四种不同颜色(从左到右依次为蓝色、黄色、绿色及红色)荧光碳量子点溶液滴在岩石表面渗透后的荧光图如图8所示；
(c)将四个岩石样品放在HPP孔渗仪器中测量岩石的渗透率，再使用孔隙度测量仪对岩石样品的孔隙度进行测量。本发明采用具有高荧光特性的碳量子点的溶液测量岩石样品的渗透率及孔隙度，首次实现了岩石裂缝的无损伤观测并获得理想效果。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (21)
1.一种测量岩石渗透性和孔隙度的方法，其特征在于，该方法采用具有高荧光特性的碳量子点进行测量，其包括：
1)将所述具有高荧光特性的碳量子点加入到溶剂中，配制得到具有高荧光特性的碳量子点的溶液；
2)将所述具有高荧光特性的碳量子点的溶液滴于岩石的表面；
3)再分别测量所述岩石的渗透率和孔隙度；
所述具有高荧光特性的碳量子点采用包括以下步骤的制备方法制得：
(1)将碳源原料粉末或碳源原料的水溶液与酸液混合，并对所得混合物进行超声波处理以使碳源原料与酸液混合均匀，得到前躯体溶液；在所述碳源原料的水溶液中，所述碳源原料与水按0.01g-1g/1mL的比例混合；
(2)将步骤(1)中所得前躯体溶液在水热反应釜中进行水热反应，反应结束后，将所得反应液冷却至室温，并向该反应液中加入碱以将其pH值调至7；所述碱为3mol/L的氢氧化钠水溶液；
(3)将步骤(2)所得悬浊液进行分离以进行碳点的颜色筛分，得到溶液；
(4)再将步骤(3)所得溶液干燥，得到具有高荧光特性的碳量子点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法步骤2)为将所述具有高荧光特性的碳量子点的溶液进行静置，并将静置后所得溶液滴于岩石的表面。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述静置时间为2-8min。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述静置时间为5min。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述溶剂包括水或乙醇。
6.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述具有高荧光特性的碳量子点的尺寸在2nm到10nm之间。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳源原料与酸液的质量比为1:0.1-1:10。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述碳源原料与酸液的质量比为1:5。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备方法还包括在步骤(1)中将氮源和/或硫源及碳源原料粉末或碳源原料的水溶液一并与酸液混合，以进行碳量子点的荧光量子产率增强的操作。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述氮源包括尿素、乙二胺、乙醇胺、乙二醇胺、聚乙烯亚胺、甘氨酸及氨水中的一种或几种的组合；
所述硫源包括硫代硫酸钠和/或硫脲。
11.根据权利要求7-10任一项所述的方法，其特征在于，所述碳源原料包括秸秆、煤、石油基沥青与石油焦及餐厨垃圾中的一种或几种的组合。
12.根据权利要求7-10任一项所述的方法，其特征在于，所述酸液包括盐酸、硝酸、浓硫酸及双氧水中的一种或几种的组合。
13.根据权利要求7-10任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述反应为140-280℃反应1h以上。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述反应为140-280℃反应4h。
15.根据权利要求7-10任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述分离包括采用过硅胶柱、旋转蒸发及膜分离中的一种或几种方法进行分离。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述膜分离包括采用圆筒形膜分离过滤器进行分离。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述圆筒形膜分离过滤器包括截留分子量分别为0.5kDa、1kDa、2kDa、5kDa、10kDa、20kDa或50kDa中的一种或几种圆筒形膜分离过滤器。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，采用截留分子量分别为0.5kDa、1kDa、2kDa的圆筒形膜分离过滤器对步骤(2)所得悬浊液进行分离以进行碳点的颜色筛分，分别得到蓝色碳量子点溶液、绿色碳量子点溶液、橙色碳量子点溶液及红色碳量子点溶液。
19.根据权利要求1，16-18任一项所述的方法，其特征在于，所述分离时间为24-72h。
20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述分离时间为24-72h。
21.根据权利要求7-10任一项所述的方法，其特征在于，步骤(4)中所述干燥为100-120℃干燥12-36h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811008368.7A CN109097035B (zh) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | 具有高荧光特性的碳量子点及其制备与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811008368.7A CN109097035B (zh) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | 具有高荧光特性的碳量子点及其制备与应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109097035A CN109097035A (zh) | 2018-12-28 |
| CN109097035B true CN109097035B (zh) | 2020-11-10 |
Family
ID=64864378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811008368.7A Active CN109097035B (zh) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | 具有高荧光特性的碳量子点及其制备与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109097035B (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109870434B (zh) * | 2019-01-10 | 2021-09-07 | 东北电力大学 | 碳量子点的复合探针及检测白色念珠菌含量的方法 |
| CN109929550A (zh) * | 2019-04-16 | 2019-06-25 | 山西大学 | 一种氮掺杂蓝色荧光碳量子点及其制备方法和应用 |
| CN111675207A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-09-18 | 兰州大学 | 一种荧光碳点的简易制备方法 |
| CN112961667A (zh) * | 2021-02-05 | 2021-06-15 | 中国石油大学(北京) | 一种缓释示踪支撑剂及其制备方法及应用 |
| CN113148979B (zh) * | 2021-02-05 | 2022-11-08 | 贵州省烟草科学研究院 | 利用烟草废弃物制备同一波长下显现不同颜色碳点的方法及应用 |
| TWI769927B (zh) * | 2021-09-24 | 2022-07-01 | 南臺學校財團法人南臺科技大學 | 碳奈米點複合水凝膠及其製備方法、形成碳奈米點複合水凝膠的配方 |
| CN115872390B (zh) * | 2022-12-06 | 2024-06-04 | 齐鲁工业大学 | 一种煤基沥青质高效转化碳量子点的制备方法及其应用 |
| CN115872393A (zh) * | 2023-01-03 | 2023-03-31 | 重庆大学 | 以有机固废为碳源制备高附加值碳量子点的方法及系统 |
| CN117088361A (zh) * | 2023-10-20 | 2023-11-21 | 北京化工大学 | 一种针状焦基碳点及其水凝胶复合材料的制备方法和应用 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105502340A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-04-20 | 哈尔滨工业大学 | 一种荧光碳量子点的制备方法 |
| CN105586036A (zh) * | 2016-01-25 | 2016-05-18 | 大连理工大学 | 一种氮掺杂荧光碳点的制备方法 |
| CN106479493A (zh) * | 2016-09-21 | 2017-03-08 | 大连理工大学 | 一种以褐煤为碳源通过双氧水低温氧化制备碳量子点的方法 |
| CN106833630A (zh) * | 2017-01-22 | 2017-06-13 | 桂林碳谷科技有限公司 | 一种pH响应型蓝色荧光碳量子点及其制备方法和应用 |
| CN106883850A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-06-23 | 武汉科技大学 | 一种碳量子点荧光标记材料及其制备方法 |
| CN107033893A (zh) * | 2017-06-05 | 2017-08-11 | 中北大学 | 具有双发光中心荧光碳点的制备方法 |
| CN107555417A (zh) * | 2017-08-29 | 2018-01-09 | 湖南农业大学 | 商品化饮料制备荧光碳点的方法及其制备的荧光碳点 |
| CN108083259A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-05-29 | 史书亭 | 碳量子点的制备方法 |
| CN108359455A (zh) * | 2018-04-27 | 2018-08-03 | 山西中谱能源科技有限公司 | 石墨烯量子点的提取方法及以其配制的润滑油改性添加剂 |
-
2018
- 2018-08-31 CN CN201811008368.7A patent/CN109097035B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105502340A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-04-20 | 哈尔滨工业大学 | 一种荧光碳量子点的制备方法 |
| CN105586036A (zh) * | 2016-01-25 | 2016-05-18 | 大连理工大学 | 一种氮掺杂荧光碳点的制备方法 |
| CN106479493A (zh) * | 2016-09-21 | 2017-03-08 | 大连理工大学 | 一种以褐煤为碳源通过双氧水低温氧化制备碳量子点的方法 |
| CN106833630A (zh) * | 2017-01-22 | 2017-06-13 | 桂林碳谷科技有限公司 | 一种pH响应型蓝色荧光碳量子点及其制备方法和应用 |
| CN106883850A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-06-23 | 武汉科技大学 | 一种碳量子点荧光标记材料及其制备方法 |
| CN107033893A (zh) * | 2017-06-05 | 2017-08-11 | 中北大学 | 具有双发光中心荧光碳点的制备方法 |
| CN107555417A (zh) * | 2017-08-29 | 2018-01-09 | 湖南农业大学 | 商品化饮料制备荧光碳点的方法及其制备的荧光碳点 |
| CN108083259A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-05-29 | 史书亭 | 碳量子点的制备方法 |
| CN108359455A (zh) * | 2018-04-27 | 2018-08-03 | 山西中谱能源科技有限公司 | 石墨烯量子点的提取方法及以其配制的润滑油改性添加剂 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109097035A (zh) | 2018-12-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109097035B (zh) | 具有高荧光特性的碳量子点及其制备与应用 | |
| AU2020103861A4 (en) | Preparation of chicken feather nitrogen-doped carbon quantum dots based fluorescent probes and paraquat detection method | |
| Ello et al. | Development of microporous carbons for CO2 capture by KOH activation of African palm shells | |
| Hu et al. | Green synthesis of fluorescent nitrogen/sulfur-doped carbon dots and investigation of their properties by HPLC coupled with mass spectrometry | |
| Ma et al. | A novel activating strategy to achieve highly porous carbon monoliths for CO 2 capture | |
| Zhu et al. | Graphene quantum dots with controllable surface oxidation, tunable fluorescence and up-conversion emission | |
| JP6997832B2 (ja) | 改善された炭素供給源を使用する多孔質炭素材料の調製方法 | |
| Mane et al. | Preparation of highly ordered nitrogen‐containing mesoporous carbon from a gelatin biomolecule and its excellent sensing of acetic acid | |
| Li et al. | Mesoporous silica functionalized with an AIE luminogen for drug delivery | |
| US7892515B2 (en) | Making mesoporous carbon with tunable pore size | |
| CN106430304B (zh) | 一种高比表面耐高温铈锆固溶体的制备方法 | |
| CN104084212B (zh) | 天然纳米材料凹凸棒土负载Cu-Fe基多组分催化剂及其制备方法和在低碳醇合成中的应用 | |
| CN107126922A (zh) | 一种高效吸附co2的多孔活性碳材料及其制备方法 | |
| CN107337687B (zh) | 一种基于十元瓜环与[Cd4Cl16]8-的自组装多孔框架及其制备方法 | |
| CN103449475A (zh) | AlPO-18分子筛膜的制备方法 | |
| CN108246338A (zh) | 一种氮掺杂有序介孔碳催化材料及其制备方法和应用 | |
| US20170001170A1 (en) | Method, synthesis, activation procedure and characterization of an oxygen rich activated porous carbon sorbent for selective removal of carbon dioxide with ultra high capacity | |
| CN110790284A (zh) | 一种中硅13x分子筛原粉的制备方法 | |
| CN115252571A (zh) | 一种多孔胺化有机氟胶囊及其制法与应用 | |
| CN106457224B (zh) | 一种耐硫一氧化碳变换催化剂及其制备方法 | |
| CN108821261A (zh) | 一种氮掺杂碳纳米环及其制备方法与应用 | |
| CN103115947B (zh) | 一种碳掺杂介孔金属氧化物丙酮传感器的制备方法及应用 | |
| CN101804321A (zh) | 一种新型硅胶复合物吸附分离材料及其制备方法 | |
| Meisner et al. | High surface area microporous carbon materials for cryogenic hydrogen storage synthesized using new template-based and activation-based approaches | |
| CN106556583B (zh) | 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 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |