一种直接水热碳化海带制备荧光碳纳米颗粒的方法技术

本发明专利技术提供一种直接水热碳化海带制备荧光碳纳米颗粒的方法，包括：(1)将新鲜的海带用水洗净，切段，烘干，用粉碎机打成粉末，将粉末进行过筛处理得到海带干粉；(2)称取一定量海带干粉加入醇液中分散，充分搅拌后得到糊状物，将其转入高压反应釜中，高温反应一段时间得到深褐色产物；(3)将产物用去离子水溶解，真空抽滤，取滤液进行旋转蒸发处理，将所得浓缩液进行离心分离，去除上清液，将沉淀物置于烘箱中烘干得到碳纳米颗粒粉末，取一定量粉末分散于去离子水中得到荧光碳纳米颗粒分散液。本发明专利技术方法操作简单，所制得产物生物相容性好，荧光性能优异，在传感器、发光器件、细胞标记、生物成像等诸多领域展现出了应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于荧光量子点和纳米材料制备
，特别涉及一种直接水热碳化海带制备荧光碳纳米颗粒的方法。
技术介绍
荧光碳纳米颗粒(或称为荧光碳点、荧光碳量子点或荧光碳纳米颗粒等)是近年来新发展的一种新型荧光纳米材料，其尺寸一般在10nm以下，几何形状类似于准球型，具备较好的单分散性和优异的生物相容性。与传统的荧光半导体量子点和有机荧光染料相比，荧光碳纳米颗粒不仅具备碳基纳米材料的低毒或无毒性、生物相容性等优点，还具备优异的水分散能力，发光波长尺寸可调，胶体和光化学稳定性好，无光闪烁，易于功能化，原料易得，制备简单，成本低廉，易于大规模合成等特点。因此，荧光碳纳米颗粒在能源、环境、传感器、发光器件、细胞标记、生物成像等诸多重要领域展现出了巨大的应用前景。用于制备荧光碳纳米颗粒所需的碳源种类繁多，既有传统的碳源如：石墨烯、碳纳米管光、活性炭、有机硅烷等，也有含碳化学品如：柠檬酸、对苯二胺、聚硫酚、多肽、蔗糖、壳聚糖等。在这些以传统碳源和含碳化学品制备荧光碳纳米颗粒的方法中，普遍存在制备过程比较复杂，耗时过长，碳源成本较高，制备产物后处理麻烦，需进行表面修饰以保证产物的胶体和光化学稳定性。鉴于此，开发一种制备简单、成本较低、理化性能稳定的碳纳米颗粒的制备方法依然是一项有意义的工作，为其未来的大规模生产和潜在应用奠定坚实的基础。尤其在近几年，以天然产物为碳源用于制备荧光碳纳米颗粒的研究已被陆续报到，涉及的天然产物碳源包括：淀粉、西瓜皮、橘子汁、柚子皮、绿茶、芦荟、甜椒等。从新材料制备的角度来看，开发新型原料，简易制备特殊功能的纳米材料始终是一项十分必要的工作。此外，相比以传统碳源和含碳化学品制备荧光碳纳米颗粒的方法，采用天然产物为碳源制备荧光碳材料符合新材料制备领域“绿色”合成的策略。例如，Swagatika等采用天然橙汁为碳源，水热碳化制备了碳纳米点，其尺寸为1.5～4.5nm，荧光发光效率高(Simple one-step synthesis of highly luminescent carbon dots from orange juice：application as excellent bio-imaging agents.Chem.Commun.2012,48,8835-8837)；Lu等采用天然柚子皮为碳源，水热制备了碳纳米点(Economical,Green Synthesis of Fluorescent Carbon Nanoparticles and Their Use as Probes For Sensitive and Selective Detection of Mercury Ions W,Sun X.Anal.Chem.2012,84,5351-5357)。上述研究虽然使用了绿色的碳源但是存在成本高，或是处理复杂，不适用于广泛应用。中国专利CN2014105423106公开了一种基于植物叶片水热法制备碳点的方法。将植物叶片转移至反应釜中，加入超纯水混合均匀后，于130-250℃下水热2-15小时；冷却后过滤得到棕黄色液体，将棕黄色液体用截留量为3500透析袋透析15-48小时，收集透析液；或高速离心，即得荧光碳点。但其原料提取率低、制备周期长。海带是一种在低温海水中生长的大型海生褐藻植物，也是我国主要的养殖经济藻类，原料资源十分丰富。基于此，本专利专利技术采用天然海带为一种新的碳源来制备荧光碳纳米颗粒。截至目前，尚未有采用天然海带作为碳源，直接水热碳化海带制备荧光碳纳米颗粒的国内外相关文献和专利报道。
技术实现思路
为了克服上述不足，本专利技术提供一种操作简单，成本低廉，原料易得，所制得产物具有优异荧光性质和良好生物相容性的荧光碳纳米颗粒的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供了：海带在制备荧光碳纳米颗粒中的应用。以海带为碳源，制得的荧光碳纳米颗粒具有优异荧光性质和良好生物相容性。本专利技术还提供了海带在水热碳化法制备荧光碳纳米颗粒中的应用。以海带为碳源，采用水热碳化法制得的荧光碳纳米颗粒具有优异荧光性质和良好生物相容性。本专利技术还提供了一种荧光碳纳米颗粒，以海带为碳源，经水热碳化处理制得。优选的，所述的荧光碳纳米颗粒的紫外-可见吸收光谱如图1所示。优选的，所述的荧光碳纳米颗粒的粒径小于10nm。本专利技术还提供了一种直接水热碳化海带制备荧光碳纳米颗粒的方法，以海带为碳源，在高温条件下水热碳化制得荧光碳纳米颗粒。优选的，所述“高温条件下水热碳化”的具体步骤包括：将海带粉碎、加入醇液，混合均匀，得糊状物；将上述的糊状物于100～200℃下反应2～10h，得荧光碳纳米颗粒；向上述荧光碳纳米颗粒中加入水，分散均匀、抽滤、得滤液；脱除上述滤液中的溶剂，离心分离，得沉淀物；干燥，即得碳纳米颗粒粉末。研究发现：将海带直接与水混合进行溶剂热反应的反应效率较低。为此，本专利技术提出：将海带进行粉碎，以提高其在水中的分散性和水热反应效率，但由于海带属冷水性海藻，体内碘、不饱合脂肪酸含量高，在水中的溶出效果仍然较差、原料的利用率、产率低。为了解决上述问题，本专利技术在深入分析海带成分组成和其溶出规律的基础上，对现有的有机溶剂或其组合进行了大量的实验筛选，偶然发现：当采用甲醇、乙醇、丙醇或正丁醇作为溶剂时，可同时溶解海带中的极性和非极性组分，获得了较优的提取效果和产率。因此，本专利技术优选的醇液为甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇中的一种或多种的组合。特别地，实验还发现：当采用乙醇作溶剂时，荧光碳纳米颗粒的产率较其他醇液的提取率高1.7～2.3％。本专利技术的最优选的醇液为乙醇。优选的，所述糊状物中，海带与醇液的质量比为1～5：0.8～20。优选的，所述“脱除滤液中的溶剂”的方法为旋转蒸发，温度为60～90℃；优选的，所述离心分离的条件为：离心转速为5000～15000rpm，离心时间为10～30min。优选的，所述海带粉碎前先于60～90℃下烘干；优选的，所述海带粉碎后的粒径为106～300μm。本专利技术还提供了一种较优的采用海带为碳源一步法水热碳化制备荧光碳纳米颗粒的方法，该方法具体包括以下步骤：(1)将一定量新鲜购买的海带用水洗净，切成小段放置于托盘中，转入烘箱中进行烘干处理，用粉碎机将其打碎成粉末，将此粉末经过一定孔尺寸的筛子进行过筛处理，得到细小均匀的海带干粉；(2)取一定量海带干粉放置于洁净的烧杯中，向其中加入一定量的醇液，充分搅拌均匀得到糊状物，将此糊状物转移到高压反应釜中，在一定温度下，连续反应一段时间以制备出荧光碳纳米颗粒；(3)将产物加入去离子水中，分散均匀后进行真空抽滤，所得滤液通过旋转蒸发除去大量溶剂，然后离心分离，将所得沉淀物于烘箱中烘干得到碳纳米颗粒粉末，取一定量该粉末分散在去离子水中，得到碳纳米颗粒的分散液。步骤(1)中所述的新鲜海带质量为250～1000g，烘箱中烘干温度为60～90℃，网筛网孔尺寸为50～150目。步骤(2)中所述的海带干粉质量为1～5g，醇液为甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇等，醇液体积用量为2～25mL，高压反应釜内反应温度为100～200℃，反应时间为2～10h。步骤(3)中所述的旋转蒸发处理温度为60～90℃，离心分离转速为5000～15000rpm，离心时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
海带在制备荧光碳纳米颗粒中的应用。

【技术特征摘要】
1.海带在制备荧光碳纳米颗粒中的应用。2.海带在水热碳化制备荧光碳纳米颗粒中的应用。3.一种荧光碳纳米颗粒，其特征在于，以海带为碳源，经水热碳化处理制得。4.如权利要求3所述的荧光碳纳米颗粒，其特征在于，所述的荧光碳纳米颗粒的紫外-可见吸收光谱如图1所示。5.一种直接水热碳化海带制备荧光碳纳米颗粒的方法，其特征在于，以海带为碳源，在高温条件下水热碳化制得荧光碳纳米颗粒。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述高温条件下水热碳化的具体步骤包括：将海带粉碎、加入醇液，混合均匀，得糊状物；将上述的糊状物于100～200℃下反应2～10h，得荧光碳纳米颗粒；向上述荧光碳纳米颗粒中加入水，分散均匀、抽滤、取滤液；脱除上述滤液中的溶剂，离心分...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂日军，何伟杰，金辉，王宗花，李金花，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东;37