一種以磺化煤為碳源通過(guò)臭氧氧化光還原技術(shù)簡(jiǎn)單快速制備熒光碳量子點(diǎn)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料技術(shù)領(lǐng)域，采用一種臭氧氧化-光還原技術(shù)制備碳量子點(diǎn)的方法，尤其涉及一種簡(jiǎn)單快速的熒光碳量子點(diǎn)的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳量子點(diǎn)是一種以碳元素為主體的新型熒光納米材料。近年來(lái)，碳量子點(diǎn)以其卓越的光學(xué)性、化學(xué)穩(wěn)定性、低毒性、生物相容性、制備原料廣泛、制備方法多種多樣以及造價(jià)便宜等優(yōu)勢(shì)，引起了科學(xué)界廣泛的關(guān)注，在生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)傳感器、光催化等技術(shù)領(lǐng)域有很廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]碳量子點(diǎn)的合成方法包括兩種:自上而下合成法和自下而上合成法。前者以較大的碳骨架為碳源，對(duì)其進(jìn)行剝落處理，得到納米碳顆粒的合成方法；后者則是以較小碳顆粒為碳源，對(duì)其進(jìn)行修飾、鈍化而合成碳量子點(diǎn)的方法。自上而下合成法又包括:激光銷(xiāo)蝕法/鈍化法，該方法通過(guò)激光束對(duì)碳靶進(jìn)行照射，將納米碳顆粒從碳靶上剝落下來(lái)，從而獲得碳量子點(diǎn)，其缺點(diǎn)是制備產(chǎn)率低、粒徑均一性差、純度較低；電化學(xué)法，該方法制備碳量子點(diǎn)所需要的時(shí)間較長(zhǎng)，一般為720小時(shí)；弧光放電法，該方法制備的碳量子點(diǎn)產(chǎn)率較低、純化過(guò)程復(fù)雜且產(chǎn)物收集比較困難，因此該方法較少使用。自下而上合成法又包括:化學(xué)氧化法，該方法通過(guò)氧化劑對(duì)碳材料進(jìn)行氧化而制備得到碳量子點(diǎn)，其缺點(diǎn)為制備產(chǎn)率低，所使用的試劑多為強(qiáng)酸或具有強(qiáng)腐蝕性的液體，反應(yīng)劇烈且不符合環(huán)境友好的要求，不適于碳量子點(diǎn)的大量制備；模板法，該方法先在合適的模板上合成碳量子點(diǎn)，然后用酸刻蝕等方法除去模板，應(yīng)用模板法制備的碳量子點(diǎn)，粒徑更加均勻且純度較高，便于后期的表面修飾，但缺點(diǎn)為在合成過(guò)程中需對(duì)模板進(jìn)行刻蝕，成本較高，且模板的殘留使得碳量子點(diǎn)不能被完全提取，因此其產(chǎn)率相對(duì)較低；微波輔助法，該方法用微波處理碳前驅(qū)體，大大簡(jiǎn)化了碳量子點(diǎn)的合成步驟，但產(chǎn)率較低；熱分解法，是通過(guò)高溫分解有機(jī)碳源制備碳量子點(diǎn)的方法，目前對(duì)該方法的研宄主要集中在對(duì)不同碳源的選擇和嘗試，尋找廉價(jià)且所合成的碳量子點(diǎn)性質(zhì)優(yōu)良的碳前驅(qū)體，但該方法在碳化過(guò)程中需不斷補(bǔ)加水，操作較為繁瑣；反膠束法，是一種全新的制備碳量子點(diǎn)的制備方法，用這種方法制備的碳量子點(diǎn)產(chǎn)率和粒徑均勻度等方面均顯示出極大的優(yōu)勢(shì)，但該方法反應(yīng)條件比較苛刻，且氬氣價(jià)格昂貴，因此該方法還無(wú)法廣泛應(yīng)用。
[0004]上述的這些合成碳量子點(diǎn)的過(guò)程繁瑣、原材料昂貴且條件苛刻，不僅不經(jīng)濟(jì)環(huán)保，而且由于合成成本高，在很大程度上限制了熒光碳量子點(diǎn)的大規(guī)模生產(chǎn)和實(shí)際的應(yīng)用。因此，簡(jiǎn)便、快速、低成本、無(wú)毒以及環(huán)境友好的綠色方法制備具有熒光性能的碳納米點(diǎn)具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明采用一種臭氧氧化-光還原技術(shù)以磺化煤為碳源通過(guò)臭氧氧化-光還原技術(shù)簡(jiǎn)單快速實(shí)現(xiàn)熒光碳量子點(diǎn)的合成。
[0006]具體通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]一種以磺化煤為碳源通過(guò)臭氧氧化-光還原技術(shù)簡(jiǎn)單快速制備熒光碳量子點(diǎn)的方法，包括以下步驟:
[0008](I)將磺化煤與水混合制備成黑色懸濁液，將所述黑色懸濁液置于超聲破碎機(jī)中2h ；
[0009](2)對(duì)步驟(I)得到的懸濁液進(jìn)行臭氧氧化處理，懸濁液顏色由黑色變成黃色；
[0010](3)將步驟(2)得到的黃色懸濁液進(jìn)行光還原處理；
[0011](4)將步驟(3)得到的還原產(chǎn)物進(jìn)行高速離心處理，得到黃色上清液；
[0012](5)將步驟(4)得到的黃色上清液進(jìn)行旋蒸，得到濃縮溶液；
[0013](6)將步驟(5)得到的濃縮溶液在-50°C條件下進(jìn)行冷凍干燥至粉末狀。
[0014]進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，所述的碳源為磺化煤。
[0015]進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，磺化煤顆粒直徑為1.2?2.5mm。
[0016]進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，磺化煤樣品與水質(zhì)量比為1:100?150。
[0017]進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，所述的臭氧氧化過(guò)程中以氧氣為氣源，
[0018]進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，所述的臭氧氧化過(guò)程中氣體流量為0.lNm2/h，臭氧濃度為100-130mg/L，臭氧產(chǎn)率為10g/h，溫度設(shè)置為25°C。
[0019]進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，所述的臭氧氧化的時(shí)間為60-120min ；優(yōu)選90_120min，更優(yōu)選的氧化時(shí)間為90min。
[0020]進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，所述的光還原處理方式為紫外燈照射lh。
[0021]進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，所述的高速離心處理轉(zhuǎn)數(shù)為16000rpm，離心時(shí)間為Ih0
[0022]發(fā)明有益效果
[0023]本發(fā)明所用碳源為磺化煤，價(jià)格低廉，簡(jiǎn)便易得；臭氧氧化-光還原技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，用時(shí)短；后期產(chǎn)物處理中所采用的旋蒸、冷凍干燥處理方法操作簡(jiǎn)單，不需要進(jìn)行復(fù)雜的后期強(qiáng)酸或表面鈍化處理，易于推廣和大規(guī)模生產(chǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1、2、3制備的熒光碳量子點(diǎn)的紫外-可見(jiàn)吸收光譜圖；
[0025]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的熒光碳量子點(diǎn)水溶液在不同激發(fā)波長(zhǎng)下的熒光發(fā)射光譜圖；
[0026]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2制得的熒光碳量子點(diǎn)水溶液在不同激發(fā)波長(zhǎng)下的熒光發(fā)射光譜圖；
[0027]圖4為本發(fā)明實(shí)施例3制得的熒光碳量子點(diǎn)水溶液在不同激發(fā)波長(zhǎng)下的熒光發(fā)射光譜圖；
[0028]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1、2、3制備的熒光碳量子點(diǎn)水溶液在相同激發(fā)波長(zhǎng)下的熒光發(fā)射光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明并不限于此。
[0030]實(shí)施例1
[0031]以磺化煤為碳源通過(guò)臭氧氧化-光還原技術(shù)簡(jiǎn)單快速實(shí)現(xiàn)熒光碳量子點(diǎn)的制備方法，包括如下步驟:
[0032](I)將顆粒直徑為1.2?2.5mm的磺化煤與水混合制備成黑色懸濁液，將所述黑色懸濁液置于超聲破碎機(jī)中2h ;磺化煤樣品與水質(zhì)量比為1:100 ;
[0033](2)將步驟(I)得到的懸濁液進(jìn)行臭氧氧化處理，臭氧氧化過(guò)程中以氧氣為氣源，氣體流量為0.lNm2/h，臭氧濃度為100-130mg/L，臭氧產(chǎn)率為10g/h，溫度設(shè)置為25°C，臭氧氧化的時(shí)間為60min，懸濁液顏色由黑色變成黃色；
[0034](3)將步驟(2)得到的黃色懸濁液進(jìn)行光還原處理，還原處理方式為紫外燈照射Ih ；
[0035](4)將步驟(3)得到的還原產(chǎn)物進(jìn)行高速離心處理，高速離心處理轉(zhuǎn)數(shù)為16000rpm，離心時(shí)間為lh，得到黃色上清液；
[0036](5)將步驟(4)得到的黃色上清液進(jìn)行旋蒸，得到濃縮溶液；
[0037](6)將濃縮溶液在_50°C條件下進(jìn)行冷凍干燥至粉末狀。