单分散羧基化胶体碳纳米颗粒及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种单分散羧基化胶体碳纳米颗粒及其制备方法，制备方法包括如下步骤：(1)将葡萄糖和葡萄糖酸盐溶解于水中，于150‑200℃下水热反应2‑24h；(2)将步骤(1)得到的反应产物进行离心，洗涤至上清液为无色；(3)干燥，即得所述单分散羧基化胶体碳纳米颗粒。上述制备方法通过水热法并加入功能性分子的方法制备羧基化胶体碳纳米颗粒，得到平均粒径<200nm的单分散性良好(PDI<0.05)羧基化胶体碳纳米颗粒，粒径大小可控，羧基含量可调，达到胶体碳功能化修饰的目的，胶体碳纳米颗粒生物相容性好。

Monodisperse carboxylated colloidal carbon nanoparticles and preparation method thereof

The invention relates to a monodisperse carboxylated colloidal carbon nanoparticles and its preparation method, the preparation method comprises the following steps: (1) glucose and glucose acid salt dissolved in water, 150 to 200 DEG C hydrothermal reaction of 2 24h; (2) the step (1) the reaction product obtained by centrifugation first, the washing is a colorless liquid; (3) drying, and obtaining the monodisperse carboxylated colloidal carbon nanoparticles. The method of preparation by hydrothermal method and adding method of functional molecule preparation of carboxyl carbon nano colloidal particles, the average granule diameter of < 200nm single well dispersed (PDI< 0.05) carboxyl functionalized colloidal carbon nanoparticles, controllable particle size, the carboxyl content can be adjusted to colloidal carbon functionalization the purpose of colloidal carbon nanoparticles with good biocompatibility.

【技术实现步骤摘要】
单分散羧基化胶体碳纳米颗粒及其制备方法
本专利技术涉及纳米材料
，特别是涉及单分散羧基胶体碳纳米颗粒及其制备方法。
技术介绍
胶体碳，作为碳元素的一种组织形式，是粒径均一的纳米颗粒，表面富含羟基和羰基等活性官能团，具有高比表面积和优良的导热导电性等特点，可以作为核壳材料或多孔材料的模板等，是一种新型的绿色材料，能够应用于催化剂载体、电极材料等领域，还可应用于生物化学、生物诊断以及药物传输领域，具有令人欣喜的应用前景。目前国内外对胶体碳的研究都比较少，采用模板法、超临界法和化学气相沉积法等的工艺复杂，应用较窄，经济实用性差，而采用酸处理生物质会带来环境污染，会有大量酸性废水，增加生产和废液处理成本等。水热法因为工艺过程简单，反应条件容易控制等特点，具有绿色环保可持续的特点，而且可以得到粒径均一、形貌良好的胶体碳纳米颗粒，已经成为主要的胶体碳制备方法。通过调整浓度、时间、温度和填充比等反应条件可以制备各种粒径、形貌和多功能化的胶体碳材料，在催化、吸附和传感等领域获得了应用。水热法制备胶体碳纳米颗粒，以葡萄糖、果糖、蔗糖、木糖、淀粉、纤维素和环糊精类物质等生物质为前驱体，在>150℃水热反应中，利用糖分子在高温高压水相中，发生自催化脱水和缩聚反应得到粒径均一、分散性良好的胶体碳纳米颗粒。Wang等首次报道了采用葡萄糖为原料，通过水热合成法在190℃条件下水热反应5h制备了单分散粒径的胶体碳纳米颗粒，纳米颗粒表面含有许多孔隙，比表面积高，可以作为金属锂的载体。LiYadong等人以葡萄糖为原料，在160～180℃下反应2～10h，制备了粒径均一的200～2000nm胶体碳纳米颗粒，纳米颗粒表面含有大量的亲水性官能团羟基和羰基，他们在纳米颗粒表面包覆了银和钯粒子，还用水热法制备了封装有金和银粒子的胶体碳纳米颗粒。除了葡萄糖可以作为碳源，其他生物质也能作为胶体碳水热合成的原料。例如将柚子皮和去水按1:1～80:1比例混和均匀，在150～210℃下进行水热反应获得胶体碳纳米颗粒，胶体碳纳米颗粒可广泛用于纳米技术、光电转换和催化等领域。还有将油茶果壳分散于水中，水热反应得到胶体碳纳米颗粒，加入硝酸银溶液，再经过溶剂热反应获得内嵌银纳米颗粒的胶体碳纳米颗粒，可用作水净化处理剂、空气过滤剂、催化及电极材料等。虽然胶体碳纳米颗粒表面的羟基、羧基等官能团能够增加纳米颗粒的吸附能力，但不经过后修饰的胶体碳的空隙结构和功能化比较有限，而其表面富含的羟基和羰基有助于表面后修饰。例如将木糖于180～250℃水热碳化得到具有核壳结构的胶体碳纳米颗粒，壳层含有大量的羟基、羰基以及羧基，可以吸附并稳定金属粒子，而且纳米颗粒粒径小，比表面积大，可以通过巯基硅烷改性，加入钯盐得到负载钯催化剂的胶体碳纳米颗粒。Chen等通过300℃空气中氧化的方法，将大量胶体碳纳米颗粒表面的羟基氧化成羧基，成功在胶体碳纳米颗粒表面引入羧基。Zhan等将水热碳纳米颗粒在空气中氧化300℃后，发现碳纳米颗粒的微观结构并没有太大变化，但表面的羧基含量由0.53mmol/g上升至3.81mmol/g。通过表面后修饰的方法增加了反应过程，消耗更多能源。因此需要开发新的胶体碳纳米颗粒的制备方法。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的是提供一种单分散羧基化胶体碳纳米颗粒的制备方法。具体的技术方案如下：一种单分散羧基化胶体碳纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：(1)将糖类物质和羧酸盐溶解于水中，于150-200℃下水热反应2-24h；(2)将步骤(1)得到的反应产物进行离心，洗涤至上清液为无色；(3)干燥，即得所述单分散羧基化胶体碳纳米颗粒。在其中一些实施例中，糖类物质与羧酸盐的质量比为5-200:1，糖类物质与水的质量比为5-15:1。在其中一些实施例中，所述糖类物质选自：葡萄糖、果糖、蔗糖、木糖、淀粉、纤维素和环糊精类物质中的一种或几种(优选采用葡萄糖)。在其中一些实施例中，所述羧酸盐选自葡萄酸盐，所述葡萄糖酸盐选自葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钾或葡萄糖酸锌。在其中一些实施例中，所述离心的工艺参数为20000-30000rpm离心20-40min；所述干燥的工艺参数为65-75℃干燥7-9h。在其中一些实施例中，所述洗涤采用的溶剂为水和/或乙醇。本专利技术的另一目的是提供单分散羧基化胶体碳纳米颗粒。上述制备方法制备得到的单分散羧基化胶体碳纳米颗粒。在其中一些实施例中，该单分散羧基胶体碳纳米颗粒的平均粒径范围为50-2000nm。在其中一些实施例中，该单分散羧基胶体碳纳米颗粒的平均粒径<200nm。在其中一些实施例中，该单分散羧基胶体碳纳米颗粒的分布系数PDI<0.05。现有通过强酸处理制备的胶体碳纳米颗粒会产生大量酸性废水，生物相容性差，胶体碳纳米颗粒表面难以提供功能性官能团，而且通过后修饰方法在空气中300℃氧化反应过程的能耗和成本比较高，工艺复杂制备的羧基化胶体碳纳米颗粒的羧基含量不高，稳定性和生物相容性不够好，在生物应用方面有限制。并且通过水热法制备的胶体碳难以实现颗粒单分散性(PDI<0.05)，平均粒径难以达到<200nm。分布系数(particledispersionindex,PDI)，体现了粒子粒径均一程度，是粒径表征的一个重要指标(<0.05单分散体系；<0.08近单分散体系；0.08-0.7适中分散度的体系；>0.7尺寸分布非常宽的体系)。本申请上述制备方法通过水热法并加入功能性分子的方法制备羧基化胶体碳纳米颗粒，不仅达到胶体碳功能化修饰的目的，还具有绿色化学的优点，没有其他添加剂，胶体碳纳米颗粒生物相容性好。上述单分散羧基化胶体碳纳米颗粒的制备方法还具有如下优点：1、碳源来源广泛，成本低廉，原料简单，反应物只有葡萄糖等糖类、葡萄糖酸盐类等和水，无需添加其他有机溶剂、表面活性剂和引发剂，没有毒性，反应过程绿色、环保和无污染。2、制备过程简单，反应条件温和，温度和压力都比较低，能耗低。3、功能性分子葡萄糖酸盐与葡萄糖等糖类物质结构相似，它的加入不仅使胶体碳羧基化，而且作为分散剂能够让胶体碳粒径变小，得到平均粒径<200nm的单分散性良好(PDI<0.05)羧基化胶体碳纳米颗粒，粒径大小可控，羧基含量可调。4、羧基化胶体碳纳米颗粒表面含有大量羧基活性官能团，具有优良的亲水性和表面反应活性，也可以进行功能性接枝，生物相容性好，能够与蛋白、抗体等生物活性物质连接，广泛应用于物理、化学和生物领域。附图说明图1为单分散羧基化胶体碳纳米颗粒的傅里叶红外图(例1为实施例1，例2为实施例2)；图2为单分散羧基化胶体碳纳米颗粒的平均粒径图(例1为实施例1，例2为实施例2)；图3为实施例1羧基化胶体碳纳米颗粒的扫描电镜图；图4为实施例2羧基化胶体碳纳米颗粒的扫描电镜图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将对本专利技术进行更全面的描述。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单分散羧基化胶体碳纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将糖类物质和羧酸盐溶解于水中，于150‑200℃下水热反应2‑24h；(2)将步骤(1)得到的反应产物进行离心，洗涤至上清液为无色；(3)干燥，即得所述单分散羧基化胶体碳纳米颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种单分散羧基化胶体碳纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将糖类物质和羧酸盐溶解于水中，于150-200℃下水热反应2-24h；(2)将步骤(1)得到的反应产物进行离心，洗涤至上清液为无色；(3)干燥，即得所述单分散羧基化胶体碳纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的单分散羧基化胶体碳纳米颗粒的制备方法，其特征在于，糖类物质与羧酸盐的质量比为5-200:1，糖类物质与水的质量比为5-15:1。3.根据权利要求1所述的单分散羧基化胶体碳纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述糖类物质选自：葡萄糖、果糖、蔗糖、木糖、淀粉、纤维素和环糊精类物质中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的单分散羧基化胶体碳纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述羧酸盐选自葡萄酸盐，所述葡萄糖酸盐选自葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钾或葡萄糖酸锌。5.根据权利要求1-4任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：林祥华，
申请(专利权)人：广东顺德工业设计研究院广东顺德创新设计研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44