CN113735098B - 氮元素掺杂碳纳米环、其制备方法及应用 - Google Patents

氮元素掺杂碳纳米环、其制备方法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113735098B
CN113735098B CN202010479927.3A CN202010479927A CN113735098B CN 113735098 B CN113735098 B CN 113735098B CN 202010479927 A CN202010479927 A CN 202010479927A CN 113735098 B CN113735098 B CN 113735098B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nitrogen
source
carbon nano
doped carbon
doped
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
Application number
CN202010479927.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113735098A (zh
Inventor
苏日古
陈莉娟
陈森
顾立伟
游红娟
陈龙
陈登亚
王美洁
潘竟军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Petrochina Co Ltd
Original Assignee
Petrochina Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Petrochina Co Ltd filed Critical Petrochina Co Ltd
Priority to CN202010479927.3A priority Critical patent/CN113735098B/zh
Publication of CN113735098A publication Critical patent/CN113735098A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113735098B publication Critical patent/CN113735098B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • 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
    • C09K11/0883—Arsenides; Nitrides; Phosphides
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6402—Atomic fluorescence; Laser induced fluorescence

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种氮元素掺杂碳纳米环、其制备方法及应用。其中，该制备方法包括以下步骤：将氮源和碳源混合后加热，在氮源的熔化温度下反应得到氮元素掺杂碳纳米环；其中，氮源为尿素，碳源为酒石酸和乙二胺四乙酸钠。该方法有如下优点：原料易得、无需反应釜、无需高压、反应所需时长短、副产物少、比例可调、成本低、可以工业化生产，荧光强度高。进一步的，所制备得到的碳纳米环荧光量子产率高，可应用于油田污水重金属离子的检测，对污水处理有广阔的应用前景，还可应用于注入井和采油井之间的连通性的判断。

Description

氮元素掺杂碳纳米环、其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及化工技术领域，具体而言，涉及一种氮元素掺杂碳纳米环、其制备方法及应用。
背景技术
2004年Xu等人在在电泳实验中偶然看见了荧光纳米物，2006年荧光碳纳米材料即荧光碳量子点首次报道以来，荧光碳纳米材料激起了许多研究者的兴趣，这主要是因为诸多碳纳米材料具有原料来源易得、制作成本低、反应快速时间短、细胞毒性低、生物相容性好等优点；从而可以作为半导体材料的替代物。
大多数荧光碳纳米材料都具有较好的光化学性能，并成功的应用于自来水和污水中的重金属离子检测、污水处理、光学期间、细胞成像等领域；除此以外，这几年科研学者借助荧光碳纳米材料的能带结构和光吸收等奇特的性质将他们用在光催化产氢、降解染料和电池应用等方面也取得了显著的研究成果，具有广阔的应用前景。
荧光碳纳米材料的制备方法主要分为自上而下和自下而上，其中自上而下方法主要包括激光刻蚀法、激光刻蚀法和电弧放电法，它是将纳米金刚石、石墨、碳纳米管、活性炭、氧化石墨等大颗粒物通过上述三种方法合成出直径小于10nm的纳米颗粒物；自下而上方法主要有溶剂热法、热解燃烧法、微波法和水热合成等，它的合成主要是将碳水化合物和柠檬酸盐等溶液通过上述方法合成出纳米颗粒物。
目前合成碳纳米材料一般都需要高压反应釜或者通过微波加热等条件才可进行，而这些反应条件也限制了碳纳米材料的大量制备。迎合大量生产的需求，在加热设备中直接进行反应，制备相应产物显得尤为迫切。还有一方面，我国大多数油田已经进入高含水阶段，为了提高原油采收率，精准有效注水显得尤为必要，而油田二次采油注入井和采油井连通性的确定工作尤为必要。只有确定采油井对应的不同注入井的连通关系，才可以更好的提高采收率，为挤液，压裂和检泵等后续措施创造有利条件。
发明内容
本发明旨在提供一种氮元素掺杂碳纳米环、其制备方法及应用，以解决现有技术中碳纳米材料的制备需要高压反应釜或者通过微波加热等条件而限定了碳纳米材料大量制备的技术问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种氮元素掺杂碳纳米环的制备方法。该制备方法包括以下步骤：将氮源和碳源混合后加热，在氮源的熔化温度下反应得到氮元素掺杂碳纳米环；其中，氮源为尿素，碳源为酒石酸和乙二胺四乙酸钠。
进一步地，将氮源和碳源混合后加热包括：将氮源和碳源进行混合研磨，得到混合物，然后对混合物进行加热。
进一步地，酒石酸、尿素和乙二胺四乙酸钠的质量比为1:0.5:0.5～1:5:5。
进一步地，酒石酸、尿素和乙二胺四乙酸钠的质量比为1:2:2。
进一步地，氮源的熔化温度为145～225℃。
进一步地，反应时间大于5min，优选30min。
进一步地，制备方法还包括对在氮源的熔化温度下反应得到的产物进行分离的步骤，分离包括：将产物自然冷却至室温，加入去离子水进行溶解，随后采用截留膜进行过滤，收集滤液，将滤液冷冻干燥得到氮元素掺杂碳纳米环；优选的，截留膜的截留分子量为3kDa、5kDa或10kDa中的任意一种或两种的组合；优选的，冷冻干燥操作在-50～-45℃的真空条件下进行。
根据本发明的另一方面，提供了一种氮元素掺杂碳纳米环。该氮元素掺杂碳纳米环由上述任一种氮元素掺杂碳纳米环的制备方法制备得到；优选的，氮元素掺杂碳纳米环的元素含量为C为70～80％、N为10～15％、O为10～20％。
根据本发明的再一方面，提供了一种上述氮元素掺杂碳纳米环作为检测试剂在油田污水中重金属Fe3+离子浓度的检测中的应用。
根据本发明的又一方面，提供了一种上述氮元素掺杂碳纳米环作为检测试剂在油田注入井和采油井之间的连通性的判断中的应用。
应用本发明的技术方案，采用三种廉价易得的固体原料，以酒石酸和乙二胺四乙酸钠(EDTA)为碳源，以尿素为氮源，将其混合研磨，之后进行加热得到氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环；该方法有如下优点：原料易得、无需反应釜、无需高压、反应所需时长短、副产物少、比例可调、成本低、可以工业化生产，荧光强度高。进一步的，所制备得到的碳纳米环荧光量子产率高，可应用于油田污水重金属离子的检测，对污水处理有广阔的应用前景，还可应用于注入井和采油井之间的连通性的判断。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明实施例1制备的氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环的高分辨率透射电镜图；
图2示出了本发明实施例1制备的氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环的原子力显微镜图；
图3示出了本发明实施例1制备的氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环的光谱图；
图4示出了本发明实施例1制备的氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环的XPS元素分布图；
图5示出了本发明实施例2制备的氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环在不同浓度双氧水溶液中的荧光强度图；
图6示出了本发明实施例2制备的氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环在不同pH溶液中的荧光强度图；
图7示出了本发明实施例5制备的氮掺蓝色荧光杂碳纳米环图荧光强度变化与油田污水中Fe3+溶液浓度的对应线性关系图；以及
图8示出了本发明实施例6制备的氮掺蓝色荧光杂碳纳米环图浓度与采油井和注入井之间的连通关系。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了克服本发明背景技术中记载的问题，本发明人进行了潜心研究，不断探索，提出了下列技术方案。
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种氮元素掺杂碳纳米环(氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环)的制备方法。该制备方法包括以下步骤：将氮源和碳源混合后加热，在氮源的熔化温度下反应得到氮元素掺杂碳纳米环；其中，氮源为尿素，碳源为酒石酸和乙二胺四乙酸钠。
应用本发明的技术方案，采用三种廉价易得的固体原料，以酒石酸和乙二胺四乙酸钠(EDTA)为碳源，以尿素为氮源，将其混合研磨，之后进行加热得到氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环；该方法有如下优点：原料易得、无需反应釜、无需高压、反应所需时长短、副产物少、比例可调、成本低、可以工业化生产，荧光强度高。进一步的，所制备得到的碳纳米环荧光量子产率高，可应用于油田污水重金属离子的检测，对污水处理有广阔的应用前景，还可应用于注入井和采油井之间的连通性的判断。
优选的，将氮源和碳源混合后加热包括：将氮源和碳源进行混合研磨，得到混合物，然后对混合物进行加热。混合研磨可以使原料混合均匀，更快更好的进行反应，另外，本发明上述步骤可以在所有适宜的加热设备里面进行直接加热，可按常规方式操作，比如将酒石酸、尿素和EDTA置于坩埚或耐温设备中进行混合研磨得到相应的前驱体混合物，然后将其放置在加热设备中进行加热，所述加热设备为本领域常用加热设备，本发明不作特别限定，例如普通烘箱或马弗炉等均可。此操作很便利，这可以很好的避免了当前制备碳纳米材料时要采用的高压反应釜、微波等苛刻条件，能直接一步法制备得到量子产率高的氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环。
关于氮源和碳源的用量，本发明可以以任何质量比进行反应，都会得到相应的具有荧光效果的氮元素掺杂碳纳米环产物。优选地，酒石酸、尿素和乙二胺四乙酸钠的质量比为1:0.5:0.5～1:5:5，例如1:0.5:0.5、1:0.75:0.75、1:1:1、1:2:2、1:3:3、1:4:4、1:5:5等，更优选为1:2:2，可实现大于20％的相对荧光量子产率。本发明实验(实施例3)表明当酒石酸、尿素和乙二胺四乙酸钠的质量比为1:2:2时，荧光量子产率会出现一个峰值，当在1:2:2以下，其荧光强度会有明显的增加；当大于1:2:2后，荧光强度会微微下降，但不明显。
在本发明一典型的实施例中，酒石酸的质量为1g，尿素的质量为1～5g，优选2g.EDTA的质量为1～5g，优选2g；即酒石酸、尿素和EDTA的质量比为1:1:1～1:5:5，例如为1:1:1，1:1.5:1.5，1:2:2，1:2.5:2.5，1:3:3或1:4:4等，优选为1:2:2。如果本发明优选酒石酸与尿素的质量比为1:2:2，其荧光量子产率可以达到25.8％。
关于反应温度，如上所述，为氮源的熔化温度，优选地，反应温度为145～225℃(例如为145℃、155℃、165℃、175℃、185℃、195℃、205℃、215℃、225℃等)，在该温度范围内均能合成具有荧光性能的氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环。关于反应时间，优选地，反应时间为5min以上，例如为5min、15min、30min或1h等，优选为30min。
根据本发明一种典型的实施方式，制备方法还包括对在氮源的熔化温度下反应得到的产物进行分离的步骤，分离包括：将产物自然冷却至室温，加入去离子水进行溶解，随后采用截留膜进行过滤，收集滤液，将滤液冷冻干燥得到氮元素掺杂碳纳米环；这样可以得到更为纯净的氮元素掺杂碳纳米环。优选的，截留膜的截留分子量为3kDa、5kDa或10kDa中的任意一种或两种的组合；优选的，冷冻干燥操作在-50～-45℃的真空条件下进行。本发明所述室温是指20～30℃，优选为25℃。
在本发明一实施方式中，氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环的制备方法为混合物直接加热法，优选其包括以下步骤：(1)称量碳源、氮源并将其置于坩埚或耐温器皿中混合，得到前驱体混合物；(2)将得到的研磨后的前驱体混合物放置在实验所需的加热设备中反应合成氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环，然后自然冷却至室温得到固相混合产物；(3)在所得固相混合产物中加入去离子水进行溶解分离产物，得到溶液；(4)对得到的溶液进行过滤操作，目的是为了去除未反应的固体物质，留下滤液；(5)将所得滤液冷凝冻干，得到所述氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环。
本发明上述制备方法具有制备方法简单，原料可以以任意比例进行混合，所需反应时间短，在达到所需反应温度下进行反应5min，将反应得到的混合物进行分离提纯，就可以得到目标产物，制备得到的目标产物即氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环，它的荧光强度高(紫外灯照射下稀溶液呈现很强的蓝色荧光)，荧光稳定。
根据本发明一典型的实施方式，提供一种由上述制备方法制备得到的氮元素掺杂碳纳米环。优选地，该氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环经XPS分析，其元素含量为C为70～80％、N为10～15％、O为10～20％，例如C为74％、N为11％、O为15％。
如上所述，本发明所得氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环荧光强度高，光学性能稳定。
根据本发明一典型的实施方式，本发明提供氮元素掺杂碳纳米环作为检测试剂用于检测油田污水中Fe3+离子的浓度。具体而言，当含氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环的水溶液中不含三价铁离子时，水溶液在紫外灯365nm照射下呈现蓝色荧光，并且荧光较强，但是，只有污水溶液中添加二价汞离子之后并随着铁离子浓度的增加，该溶液在紫外灯照射下呈现的颜色越来越暗淡直至消失，本发明实验(实施例3)表明合成的氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环可以检测油田污水溶液中的Fe3+离子。
根据本发明一典型的实施方式，本发明中的氮元素掺杂碳纳米环用于油田二次采油注入井和油井连通性的检测。
下面将结合实施例进一步说明本发明的有益效果。
实施例1
(a)取0.50g的酒石酸、0.50g的EDTA和0.50g尿素置于研钵中进行研磨得前驱体混合物；
(b)将研磨后的前驱体混合物转移至坩埚中，并用盖子盖好；将坩埚放置烘箱进行加热至200℃进行反应15分钟；
(c)将反应完的混合物自然冷却至室温即20～30℃，加20g纯水进行溶解，得到悬浊液；
(d)将悬浊液用用截留分子量3kDa圆筒形膜分离过滤器进行过滤，收集滤过液，干燥得到高荧光氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环。
参见图1，它是本实施例制备的氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环的透射电镜图，从图1测试得到其晶格间距约为0.36nm，反映出石墨的(002)晶面，具有明显的环形结构。
参见图2(height高)，它是本实施例制备的氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环的原子力显微镜图谱，从图2可以看出碳纳米环的尺寸在5nm到15nm之间。
参见图3，它是本实施例制备氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环的荧光发射和荧光激发谱图；从图中可以看出，激发波长为360nm时可以得到最强的荧光强度，其荧光发射波谱峰位置为460nm。
参见图4是本实施例制备的氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环的XPS元素分布分峰图谱，从图中可以看出氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环中有C、N和O元素的存在，其中含量分别C为74.5％、N为10.5％、O为15％。
实施例2
(a)取0.50g的酒石酸、1.0g的EDTA和1.0g尿素置于研钵中进行研磨得前驱体混合物；
(b)将研磨后的前驱体混合物转移至坩埚中，并用盖子盖好；将坩埚放置烘箱进行加热至200℃进行反应15min；
(c)将反应完的混合物自然冷却至室温即20～30℃，加20g纯水进行溶解，得到悬浊液；
(d)将悬浊液用用截留分子量3kDa圆筒形膜分离过滤器进行过滤，收集滤过液，干燥得到高荧光氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环。本实施例得到的碳纳米环在360nm光照射下发光强度为800a.u.。参见图5，它是本实施例制备的氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环用双氧水处理后发光强度的变化曲线。通过加入双氧水从而改变碳纳米环中C-H的数目，从图中可以看出，本实施例所制备的氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环发光强度对碳元素和氢元素的变化不敏感，证明本实施例所制备的碳纳米环的高致发光强度是由于氮惨杂引起的。
参见图6，它是在不同pH下由本实施例制备的氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环光致发光强度得到的变化曲线。从图6中可以看出，在pH为4～11的范围内，本实施例所制备的氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环光致发光强度变化不明显，但当酸性或碱性过强时会破坏碳纳米环导致光致发光强度降低，该图证明本实施例所制备的碳纳米环的高光致发光强度与4～11范围内的pH变化条件下，仍可以保持原有的荧光强度。
实施例3
(a)取1.0g的酒石酸、2.0g的EDTA和2.0g尿素置于研钵中进行研磨得前驱体混合物；
(b)将研磨后的前驱体混合物转移至坩埚中，并用盖子盖好；将坩埚放置烘箱进行加热至200℃进行反应30min；
(c)将反应完的混合物自然冷却至室温即20～30℃，加20g纯水进行溶解，得到悬浊液；
(d)将悬浊液用用截留分子量3kDa圆筒形膜分离过滤器进行过滤，收集滤过液，干燥得到高荧光氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环。360nm光照射下发光强度为880a.u.。
实施例4
(a)取1.0g的酒石酸、2.0g的EDTA和5.0g尿素置于研钵中进行研磨得前驱体混合物；
(b)将研磨后的前驱体混合物转移至坩埚中，并用盖子盖好；将坩埚放置烘箱进行加热至200℃进行反应60min；
(c)将反应完的混合物自然冷却至室温即20～30℃，加20g纯水进行溶解，得到悬浊液；
(d)将悬浊液用用截留分子量3kDa圆筒形膜分离过滤器进行过滤，收集滤过液，干燥得到高荧光氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环。360nm光照射下发光强度为150a.u.。
实施例5
本发明实施例3中的氮元素掺杂碳纳米环成功用于Fe3+的检测。将2.0μL碳纳米环用去离子水稀释为1mL，用波长360nm的光激发后，将460nm处的荧光强度记作初始强度F0。向该溶液中加入含有Fe3+的溶液，1min后测荧光强度，记作F1。ΔF为Fe3+的检测信号，表达式为ΔF＝F0-F1。激发夹缝宽度和发射狭缝宽度分别为2.5nm和2.5nm。图7是该碳纳米环对Fe3+的敏感性的实验结果。不同Fe3+浓度(0，25，50，100，150，200μM)下碳纳米环的荧光强度。荧光强度随Fe3+浓度的增加明显下降。图7是荧光强度的衰减值与Fe3+浓度的关系。当Fe3 +浓度在1～200μM)范围内，二者呈强线性关系，相关系数0.9919。根据三倍标准差法则推算，检出限为8.9nmol/L。
实施例6
本发明中的氮元素掺杂碳纳米环成功用于油田二次采油注入井和油井连通性的检测。将实施例3制备得到的0.50g碳纳米环粉末用注入水稀释为10mL，用波长360nm的光激发后，将460nm处的荧光强度记作初始强度F0。而后将该溶液中加入到注入井A中，在相同检测条件下用激发波长360nm和发射波长460nm处测定荧光强度记F。在地下驱油几天之后，在地质上模拟出来的对应采油井端h2031(S1)、h2032(S2)和h2033(S3)可以测定其碳纳米环的含量。但是h2034(S4)和h2035(S5)两口井未出现添加的碳纳米环，根据含量确定该注入井A与连通性最好的采油井为S2，S1和S3次之，S4和S5井无连通关系。依此类推，可以判断出其他注入井与油井端之间的连通关系。将一口采油井对应的几口不同注入井的连通关系进行确定，为提高采收率、压裂和检泵等后续一系列措施创造有利条件。图8示出了本实施例的氮掺蓝色荧光杂碳纳米环图浓度与采油井和注入井之间的连通关系
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：使用本发明的方法制备得氮元素掺杂蓝色荧光碳纳米环，无需反应釜，无需高压条件，反应所需时间超短，副产物和中间产物少，原料易得，比例任意可调、反应成本超级低，荧光强度高，所制备得到的碳纳米环荧光量子产率高，可应用于油田污水重金属离子的检测，对污水处理有广阔的应用前景，还可应用于注入井和采油井之间的连通性的判断依据。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种氮元素掺杂碳纳米环的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氮源和碳源混合后加热，在所述氮源的熔化温度下反应得到所述氮元素掺杂碳纳米环；其中，所述氮源为尿素，所述碳源为酒石酸和乙二胺四乙酸钠；酒石酸、尿素和乙二胺四乙酸钠的质量比为1:1:1～1:5:5。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将氮源和碳源混合后加热包括：将所述氮源和所述碳源进行混合研磨，得到混合物，然后对所述混合物进行加热。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，酒石酸、尿素和乙二胺四乙酸钠的质量比为1:2:2。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氮源的熔化温度为145～225℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应时间大于5min。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述反应时间为30min。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括对在所述氮源的熔化温度下反应得到的产物进行分离的步骤，所述分离包括：将所述产物自然冷却至室温，加入去离子水进行溶解，随后采用截留膜进行过滤，收集滤液，将所述滤液冷冻干燥得到所述氮元素掺杂碳纳米环。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述截留膜的截留分子量为3kDa、5kDa或10kDa中的任意一种或两种的组合。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述冷冻干燥操作在-50～-45℃的真空条件下进行。
10.一种氮元素掺杂碳纳米环，其特征在于，由权利要求1至9中任一项所述的氮元素掺杂碳纳米环的制备方法制备得到。
11.根据权利要求10所述的氮元素掺杂碳纳米环，其特征在于，所述氮元素掺杂碳纳米环的元素含量为C为70～80％、N为10～15％、O为10～20％。
12.如权利要求10或11所述的氮元素掺杂碳纳米环作为检测试剂在油田污水中重金属Fe3+离子浓度的检测中的应用。
13.如权利要求10或11所述的氮元素掺杂碳纳米环作为检测试剂在油田注入井和采油井之间的连通性的判断中的应用。
CN202010479927.3A 2020-05-29 2020-05-29 氮元素掺杂碳纳米环、其制备方法及应用 Active CN113735098B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010479927.3A CN113735098B (zh) 2020-05-29 2020-05-29 氮元素掺杂碳纳米环、其制备方法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010479927.3A CN113735098B (zh) 2020-05-29 2020-05-29 氮元素掺杂碳纳米环、其制备方法及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113735098A CN113735098A (zh) 2021-12-03
CN113735098B true CN113735098B (zh) 2023-08-22

Family

ID=78725147

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010479927.3A Active CN113735098B (zh) 2020-05-29 2020-05-29 氮元素掺杂碳纳米环、其制备方法及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113735098B (zh)

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008139229A2 (en) * 2007-05-14 2008-11-20 Ucl Business Plc Pores
CN102910624A (zh) * 2012-11-08 2013-02-06 南京师范大学 一种高产量无缺陷石墨烯的制备方法
WO2013082770A1 (zh) * 2011-12-07 2013-06-13 北京化工大学 一种碳纳米环及其制备方法
CN103396793A (zh) * 2013-07-24 2013-11-20 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 多色发光碳纳米点及其制备方法与应用
KR101403534B1 (ko) * 2013-05-30 2014-06-03 부경대학교 산학협력단 탄소양자점 제조방법
CN104709890A (zh) * 2013-12-11 2015-06-17 江南大学 一种微波加热制备荧光纳米碳点的方法
CN104987863A (zh) * 2015-06-25 2015-10-21 西安交通大学 一种氮、磷、硫掺杂或共掺杂碳点及其批量可控制备方法和应用
CN105201493A (zh) * 2015-09-17 2015-12-30 中国石油大学(华东) 一种识别水驱油藏储层非均质性的双示踪剂方法
JP2016037404A (ja) * 2014-08-05 2016-03-22 旭化成ケミカルズ株式会社 炭素材料複合体、窒素含有炭素材料、及びそれらの製造方法
CN107163935A (zh) * 2017-06-13 2017-09-15 温州大学 一种合成全光碳点的方法及其碳点应用
CN107934936A (zh) * 2018-01-04 2018-04-20 陕西科技大学 一种碳量子点的快速制备方法
CN108821261A (zh) * 2018-03-23 2018-11-16 中国石油大学(北京) 一种氮掺杂碳纳米环及其制备方法与应用
CN109309213A (zh) * 2017-07-28 2019-02-05 中国石油化工股份有限公司 碳包覆镍纳米复合材料及其制备方法和应用
WO2020045466A1 (ja) * 2018-08-31 2020-03-05 日産化学株式会社 発光性ナノカーボン製造方法
CN111057176A (zh) * 2019-12-29 2020-04-24 权冉(银川)科技有限公司 一种适合复杂地质环境能源开发的示踪剂及其解释方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106809815B (zh) * 2015-11-27 2019-10-08 中国科学院过程工程研究所 一种碳量子点、其制备方法及用途
US10948484B2 (en) * 2016-04-11 2021-03-16 Veravas, Inc. Sample depletion and enrichment to improve the quality of diagnostic test results

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008139229A2 (en) * 2007-05-14 2008-11-20 Ucl Business Plc Pores
WO2013082770A1 (zh) * 2011-12-07 2013-06-13 北京化工大学 一种碳纳米环及其制备方法
CN102910624A (zh) * 2012-11-08 2013-02-06 南京师范大学 一种高产量无缺陷石墨烯的制备方法
KR101403534B1 (ko) * 2013-05-30 2014-06-03 부경대학교 산학협력단 탄소양자점 제조방법
CN103396793A (zh) * 2013-07-24 2013-11-20 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 多色发光碳纳米点及其制备方法与应用
CN104709890A (zh) * 2013-12-11 2015-06-17 江南大学 一种微波加热制备荧光纳米碳点的方法
JP2016037404A (ja) * 2014-08-05 2016-03-22 旭化成ケミカルズ株式会社 炭素材料複合体、窒素含有炭素材料、及びそれらの製造方法
CN104987863A (zh) * 2015-06-25 2015-10-21 西安交通大学 一种氮、磷、硫掺杂或共掺杂碳点及其批量可控制备方法和应用
CN105201493A (zh) * 2015-09-17 2015-12-30 中国石油大学(华东) 一种识别水驱油藏储层非均质性的双示踪剂方法
CN107163935A (zh) * 2017-06-13 2017-09-15 温州大学 一种合成全光碳点的方法及其碳点应用
CN109309213A (zh) * 2017-07-28 2019-02-05 中国石油化工股份有限公司 碳包覆镍纳米复合材料及其制备方法和应用
CN107934936A (zh) * 2018-01-04 2018-04-20 陕西科技大学 一种碳量子点的快速制备方法
CN108821261A (zh) * 2018-03-23 2018-11-16 中国石油大学(北京) 一种氮掺杂碳纳米环及其制备方法与应用
WO2020045466A1 (ja) * 2018-08-31 2020-03-05 日産化学株式会社 発光性ナノカーボン製造方法
CN111057176A (zh) * 2019-12-29 2020-04-24 权冉(银川)科技有限公司 一种适合复杂地质环境能源开发的示踪剂及其解释方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113735098A (zh) 2021-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhu et al. Rapid exfoliation of layered covalent triazine-based frameworks into N-doped quantum dots for the selective detection of Hg 2+ ions
Yang et al. Large-scale fabrication of heavy doped carbon quantum dots with tunable-photoluminescence and sensitive fluorescence detection
CN108410457B (zh) 一种多功能荧光碳量子点及其制备方法和应用
Jia et al. Facile synthesis and luminescence of uniform Y2O3 hollow spheres by a sacrificial template route
CN103359727B (zh) 一种氧、氯共掺杂石墨烯量子点的制备方法
Ju et al. Graphene quantum dots as fluorescence probes for sensing metal ions: synthesis and applications
EP1559765B1 (en) Method of manufacturing a semiconductor nanoparticle
CN110003899B (zh) 一种硼氮共掺杂荧光碳量子点、制备方法及其用于制备铜离子传感器
CN106587007A (zh) 一种氮硫掺杂pH敏感型碳量子点及制备和应用
CN106497560A (zh) 发光性能可控的碳点基复合纳米材料及其制备方法与应用
CN110129040B (zh) 一种水溶性荧光硫量子点的制备方法
CN106829920A (zh) 一种绿色荧光碳量子点材料及其制备方法
Chen et al. Ultrasensitive mercury (II) ion detection by europium (III)-doped cadmium sulfide composite nanoparticles
CN108704655A (zh) 一种氧化亚铜与石墨相氮化碳异质结光催化剂的制备方法
CN102134485A (zh) 一种大量制备水溶性荧光碳纳米粒子的方法
CN113735098B (zh) 氮元素掺杂碳纳米环、其制备方法及应用
CN107603604B (zh) 一种铜纳米团簇荧光材料及其制备方法
Rai et al. Effect of CdS nanoparticles on photoluminescence spectra of Tb 3+ in sol–gel-derived silica glasses
CN108821261B (zh) 一种氮掺杂碳纳米环及其制备方法与应用
CN107572505A (zh) 一种银掺杂石墨烯量子点的制备方法
CN101367545B (zh) 一种利用dna为模板制备链状氟化钡纳米球的方法
Tshabalala et al. Luminescence properties of Ce3+ and Tb3+ co-activated ZnAl2O4 phosphor
CN103950913B (zh) 一种水溶性荧光碳纳米粉末的制备方法
CN106634982B (zh) 固态红色硅烷化碳点及其制备方法
CN110628062A (zh) 一种光色可调的稀土基纳米高分子复合纤维素薄膜及其制备方法

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