一种以鱼鳞为原料的碳量子点及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种以鱼鳞为原料的碳量子点及其制备方法和应用。将鱼鳞与超纯水混合后，转移到反应釜中，放入防爆膜内，密封，放置在微波水热合成仪中，微波加热，得到悬浊液；将悬浊液静置，冷却至室温，过滤取滤液，得浓缩液；将浓缩液两端用透析夹夹在透析包中，在4℃阴暗的条件下，透析24h，每8h换一次超纯水，得到碳量子点。本发明专利技术方法简单新颖，回收废弃鱼鳞，天然无掺杂，量子产率高，变废为宝，发展循环经济，有效的废物再利用和资源化。并且本发明专利技术有利于汞离子的快速检测，能够及早发现问题，解决问题，建立完善的应急预案，防治进一步污染。

Carbon quantum dot using fish scale as raw material and preparation method and application thereof

The invention relates to a carbon quantum dot using fish scales as raw materials, a preparation method and an application thereof. The fish with ultrapure water after mixing, transferred to the reactor, in the explosion-proof membrane, sealed, placed in the microwave hydrothermal synthesis, microwave heating, will get a suspension; suspension static, cooling to room temperature, filtering the filtrate, concentrated solution; the concentrated liquid ends by dialysis clip in the dialysis bag in 4 degrees in the dark conditions, dialysis 24h, every 8h in an ultra pure water, carbon quantum dots. The method of the invention is simple and novel, and has the advantages of recovering waste fish scales, natural non doping, high quantum yield, turning waste into treasure, developing circular economy, and effectively reusing and recycling waste. Moreover, the invention is beneficial to the rapid detection of mercury ions, can detect problems early, solve problems, and establish perfect emergency plans to prevent further pollution.

【技术实现步骤摘要】
一种以鱼鳞为原料的碳量子点及其制备方法和应用
本专利技术属于纳米材料制备
，具体是一种以富含天然半胱氨酸的鱼鳞为碳源，利用微波水热合成法制备水溶性碳量子点，及在快速检测汞离子过程中的应用。
技术介绍
汞是一种能长期存在于环境中，且具有持久性，易迁移性，高生物富集性和高生物毒性等特性的物质。汞及其衍生物有机汞，作为一类重要的有毒有害环境污染物可在大气和食物链中长期存在，并可远距离迁移。中国使用汞的历史悠久，历史上也曾发生过因工业用汞而造成的汞污染事件，目前某些汞矿和有色金属冶炼区附近地区的水体，土壤和大米中仍可检测到较高浓度的汞，汞污染及控制已经成为当前全球关注的热点、难点和焦点问题，汞污染的环境风险管理在全球范围内已是大势所趋。汞在自然界中主要以单质汞，无机汞和有机汞3种形式存在，通过生物的富集作用，进到食物链中，人体吸收过量的Hg2+后会导致中枢神经系统、肝、肾和肠道的损害，严重时甚至会引起死亡。因此，生物体和环境中Hg2+的检测十分重要。近年来，检测Hg2+的方法主要有原子吸收-发射光谱法，分光光度法，高效液相色谱法，电化学法和荧光分析法等。荧光分析法因具有便捷，专一，灵敏和适时原位检测等优点而备受关注。最近几年，量子点的研究非常活跃，量子点一般是从铅，镉和硅的混合物中提取出来的，但这些量子点一般有毒，对环境也有很大的危害。美国克莱蒙森大学的科学家首次制造出一种新型的碳纳米材料-碳量子点，与各种金属量子点类似，碳量子点在光照的情况下可以发出明亮的光。碳纳米粒子具有很大的表面积，这种纳米粒子相比宏观碳，具有非常奇特的物理和化学性质，相对金属量子点而言，碳量子点无毒害作用，对环境的危害很小，制备成本低廉，是一种相比半导体量子点具有相似光学性能的环境友好型荧光纳米材料。碳量子点除拥有光学性能优良，尺寸小等传统半导体量子点所具备的优点外，其还具有细胞毒性低，生物相容性好，易于大规模合成及功能化修饰，制备成本低廉和反应条件温和等无可比拟的优势。它在包括改进生物传感器，医学成像设备和微小的发光二极管的很广的领域中都有应用前景。目前，在检测Hg2+的碳量子点制备中，为了提高碳量子点的荧光强度和对Hg2+的特殊选择性，往往会掺杂氮，硫元素，以及其他Au，Cd等金属元素，这种方式一定程度上会提高量子产率，增强对Hg2+专一识别检测能力，但往往人为掺杂都会影响量子点本身特性，改变了成分，会影响吸光能力，改变其电子结构，会降低量子点自身发光能力。
技术实现思路
为了解决汞离子对环境造成污染，及时就地检测汞离子的问题，本专利技术设计一种以鱼鳞为原料制备的碳量子点及快速检测汞离子的新方法。本专利技术采用的技术方案是：一种以鱼鳞为原料的碳量子点，制备方法如下：(1)将鱼鳞洗净，晾干，剪碎；所述的鱼鳞优选草鱼鱼鳞；(2)将鱼鳞与超纯水混合后，转移到反应釜中，放入防爆膜内，密封，再放入微波水热合成仪中，微波加热，得到悬浊液；(3)将悬浊液静置，冷却至室温，过滤取滤液，得浓缩液；(4)将浓缩液两端用透析夹夹在透析包中，在4℃阴暗的条件下，透析24h，每8h换一次超纯水，得到碳量子点。上述的一种以鱼鳞为原料的碳量子点，鱼鳞与超纯水的固液比为1g:70-90mL。上述的一种以鱼鳞为原料的碳量子点，在微波水热合成仪中，微波加热分七个阶段：第一阶段于10min升温至120℃；第二阶段于120℃恒温5min；第三阶段于10min升温至150℃；第四阶段于150℃恒温5min；第五阶段于10min升温至180℃；第六阶段于180℃恒温5min；第七阶段为反应阶段，反应温度为210℃，加热2h；微波水热合成仪参数设置，功率为1000W，压力上限为1.500MPa。上述的一种以鱼鳞为原料的碳量子点，透析包的分子量为3500Da。上述的以鱼鳞为原料的碳量子点在特异性检测汞离子中的应用。方法如下：在常温常压条件下，将待测汞溶液与碳量子点溶液1:1混合，用紫外灯照射，观察荧光是否猝灭。本专利技术，利用微波水热合成仪，以富含半胱氨酸的天然鱼鳞作为碳源，制备得到水溶性碳量子点。众所周知，碳量子点的合成方法有多种，一般可分为2类：自上而下合成法和自下而上合成法，前者为基于自身较大的碳骨架(如碳靶)自上剥落下纳米碳颗粒的合成方法，后者则是直接以较小碳颗粒进行修饰，钝化，从而合成荧光碳量子点的方法。自上而下合成法，难以将碳骨架彻底粉碎成纳米颗粒，产率极低；自下而上合成法中，若以大分子有机物为原材料，一般是通过碳化的方式将大分子变成小分子，碳化过程中除去了大量非碳物质，故产率也很低(最高仅达1％)。初制备的碳量子点一般无荧光或荧光量子产率较低(大部分都不高于10％)，不能满足应用，如用于荧光标记或生物成像条件。于是通过修饰处理以稳定其光学性能及提高荧光量子产率。修饰原理为：在碳量子点表面引入包括氨基在内的一些特定基团，填补碳量子点表面的缺陷或使碳量子点表面产生能量势阱，使荧光发射更稳定，从而提高荧光产量。本专利技术利用微波水热这种自下而上合成法，以富含半胱氨酸的天然鱼鳞作为制备碳量子点的碳源，在未经修饰的条件下，量子产率即可达到20％，不仅有效提高合成产率并且大幅度缩短反应时间。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术公开了一种以草鱼鱼鳞为原料制备碳量子点及快速检测汞离子的新方法。草鱼鱼鳞中含有丰富的粗蛋白和灰分，还有少量脂肪和糖类物质，其中粗蛋白质中富含大量的半胱氨酸，半胱氨酸中含有巯基。利用硫亲汞这一特性，以草鱼鱼鳞作为碳源，利用微波水热合成的方法，制备碳量子点，对Hg2+进行特异性检测。2.本专利技术利用微波水热法制备的碳量子点性质稳定，反应时间短，操作简单，易得到水溶性碳量子点，并且荧光强度强，量子产率高，热稳定性好，抗光漂白能力强，对Hg2+的检测具有选择特异性，水体中与汞共存的其他离子，以及同周期，同主族，与汞离子具有相似化学性质的金属离子，对该碳量子点的荧光强度没有明显的干扰。3.本专利技术，利用天然鱼鳞作为原料得到碳量子点，无其他元素掺杂修饰，没有副产物，既不改变其本身的荧光活性，又能高效快速检测Hg2+，安全环保无污染，可应用于制备荧光探针和生物传感器等，是一种理想的可应用于制备高灵敏度薄膜型传感器件的敏感材料。4.本专利技术方法简单新颖，回收废弃草鱼鱼鳞，天然无掺杂，量子产率高，变废为宝，发展循环经济，有效的废物再利用和资源化。并且本专利技术有利于汞离子的快速检测，能够及早发现问题，解决问题，建立完善的应急预案，防治进一步污染附图说明图1为实施例1制备的水溶性碳量子点紫外吸收光谱图。图2a为实施例1制备的水溶性碳量子点荧光发射光谱图(320-355nm)。图2b为实施例1制备的水溶性碳量子点荧光发射光谱图(355-400nm)。图3为实施例1制备的水溶性碳量子点的傅里叶红外谱图。图4为实施例1制备的水溶性碳量子点的X射线粉末衍射图。图5为实施例1制备的水溶性碳量子点在其它金属离子存在下对荧光强度干扰图。图6为实施例1制备的水溶性碳量子点在不同pH条件下对汞离子猝灭强度对比图。图7为实施例1制备的水溶性碳量子点在不同浓度汞离子存在下荧光强度影响图。具体实施方式实施例1一种以草鱼鱼鳞为原料的碳量子点(一)制备方法如下1)回收草鱼鱼鳞，用温水反复冲洗，去除多余的血液和油脂，洗净后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以鱼鳞为原料的碳量子点，其特征在于，制备方法如下：(1)将鱼鳞洗净，晾干，剪碎；(2)将鱼鳞与超纯水混合后，转移到反应釜中，放入防爆膜，密封，然后放入微波水热合成仪中，微波加热，得到悬浊液；(3)将悬浊液静置，冷却至室温，过滤取滤液，得浓缩液；(4)将浓缩液两端用透析夹夹在透析包中，在4℃阴暗的条件下，透析24h，每8h换一次超纯水，得到碳量子点。

【技术特征摘要】
1.一种以鱼鳞为原料的碳量子点，其特征在于，制备方法如下：(1)将鱼鳞洗净，晾干，剪碎；(2)将鱼鳞与超纯水混合后，转移到反应釜中，放入防爆膜，密封，然后放入微波水热合成仪中，微波加热，得到悬浊液；(3)将悬浊液静置，冷却至室温，过滤取滤液，得浓缩液；(4)将浓缩液两端用透析夹夹在透析包中，在4℃阴暗的条件下，透析24h，每8h换一次超纯水，得到碳量子点。2.按照权利要求1所述的一种以鱼鳞为原料的碳量子点，其特征在于：鱼鳞与超纯水的固液比为1g:70-90mL。3.按照权利要求1所述的一种以鱼鳞为原料的碳量子点，其特征在于：在微波水热合成仪中，微波加热分七个阶段：第一阶段于10min升温至120...

【专利技术属性】
技术研发人员：王君，刘冠宏，张朝红，刘逸伦，杨帆，任佩佩，窦薛楷，曲泽鹏，宋有涛，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21