一种利用短链挥发性脂肪酸作为碳基材料制备荧光碳量子点的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用短链挥发性脂肪酸作为碳基材料制备荧光碳量子点的方法，其是以短链挥发性脂肪酸作为碳基材料，加入液态氮源和超纯水并搅拌均匀后，进行水热反应，即获得目标产物荧光碳量子点。本发明专利技术的方法，原料来源广泛且价格便宜、操作简单，制备条件要求低且相对温和，解决了现有荧光碳量子点制备方法因原料和工艺限制而无法规模化生产的问题。

A method for preparing fluorescent carbon quantum dots using short-chain volatile fatty acids as carbon-based materials

The invention discloses a method for preparing fluorescent carbon quantum dots using short-chain volatile fatty acids as carbon-based materials. The method uses short-chain volatile fatty acids as carbon-based materials, adds liquid nitrogen sources and ultra-pure water and stirs evenly, and then carries out hydrothermal reaction, i.e. obtains the target product fluorescent carbon quantum dots. The method of the invention has the advantages of wide source of raw materials, low price, simple operation, low preparation requirements and relatively mild preparation conditions, and solves the problem that the existing preparation method of fluorescent carbon quantum dots can not be modeled due to the limitation of raw materials and process.

【技术实现步骤摘要】
一种利用短链挥发性脂肪酸作为碳基材料制备荧光碳量子点的方法
本专利技术涉及一种利用短链脂肪酸作为碳基材料制备荧光碳量子点的方法，属于化学纳米材料

技术介绍
荧光碳量子点作为一种新型的碳纳米材料，具有制备简单、光稳定性好、生物相容性好、激发发射波长的依赖性等优点，在环境监测、重金属的去除、生物成像、催化剂等方面有着广泛的应用前景。荧光碳量子点的制备方法目前主要有如下几种：(1)电弧放电法。通过电弧放电法制备的碳光量子量，具有较大氧含量，无需表面修饰。其纯化过程复杂，且产率较低，收集产物比较困难。如Xu等[1]采用电弧放电法用碳灰制备了碳纳米颗粒，其中荧光量子的产率只有1.6％。(2)激光烧蚀法。采用激光烧蚀法制备有荧光的碳量子点，所用仪器价格昂贵，且需要添加有机溶剂来修饰碳量子点的表面态。(3)电化学法。电化学法是制备碳量子点的常用方法，研究人员通过改变电势或电流的值，使电解液的阳极氧化，再从以碳素为材料的工作电极上获得微小的碳纳米颗粒，接着通过离心获得悬浮液。通过此法获得的荧光纳米颗粒具有更加细小的粒径，但在制备过程中，由于氧化作用，增加了碳纳米管表面的缺陷。(4)超声处理法。采用超声处理法，对设备的要求比较低，容易操作，且价格便宜，但是得到的碳量子点材料的性能不够稳定。(5)有机物碳化法。有机物碳化法采用有机物前驱体碳化的方法制备碳量子点，不仅可以发射出荧光，还可以使油溶性或水溶性的碳量子点表面功能化。有机物碳化法有很多的缺点，不仅具有不稳定的荧光量子产率，生成的碳量子点中还有很多的氧，通常还要进行钝化操作。(6)模板法。一般模板都选择介孔二氧化硅(MS)球，它具有比表面积高、空隙均匀、容积率高的优点。但是，模板法制备很难将碳量子点与支持体分离，同时分布较窄，必须用超声处理才能将其分散于水中。(7)微波法。微波(频率为300MHz～300GHz)技术是一种能量集中、反应快、效率高且均匀的制备技术，在化学合成领域应用非常多。Wang等[2]以鸡蛋壳膜(ESM)灰烬作为碳源，通过微波技术，制备了粒径约5nm且可发射蓝色荧光的碳量子点。(8)水热法。水热法是在高温高压情况下，用水作为溶剂，用反应釜为器皿，合成碳纳米颗粒的方法。水热法的优点是控制简单、过程容易，同时反应釜可以有效减少有机物的挥发。除此之外，不同的溶剂制得的碳量子点具有不同的性质。(9)燃烧法。燃烧法的优点是设备简单、操作过程容易，且可重复操作，缺点是很难控制粒径分布。Yuan等[3]用乙醇燃烧器制备了碳纳米颗粒。目前作为荧光碳量子点制备原料的碳基材料多种多样。专利公开号为CN101973541A的专利技术专利提供了一种活性炭中提取荧光碳量子点的方法，采用活性炭粉作为碳源，经过化学氧化过程及后续的蒸发、中和、离心、超滤处理，即可得到大量的荧光碳量子点。专利公开号为CN102973948B的专利技术专利涉及一种基于磁性碳量子点/壳聚糖复合微球的药物载体的制备方法，是以葡萄糖与聚乙二醇混合液为碳基材料通过微波辐射反应制备荧光碳量子点，再通过静电吸附作用形成磁性碳量子点复合微粒。专利公开号为CN103771390B的专利技术专利公开了一种以柠檬酸、柠檬酸盐、葡萄糖、果糖或者直链淀粉为碳前躯体，通过生物活性酶辅助微波法合成超强荧光碳量子点的方法。专利公开号为CN104031642B的专利技术专利提供了一种高量子产率的荧光碳量子点及其制备方法，其是以壳聚糖为碳源，加入冰醋酸和乙二胺作为钝化剂。专利公开号为CN104087296B的专利技术专利公开了一种激光辐照制备荧光碳量子点的方法，其是以苯、取代苯或多苯环化合物中的一种为碳源。专利公开号为CN104629760B和CN104927847B的专利技术专利分别利用金华佛手和黑木耳作为碳源，通过水热合成法制备荧光碳量子点。专利公开号为CN104759283A的专利技术专利公开了一种基于铜络合物的荧光碳量子点及其制备方法。专利公开号为CN105067576A的专利技术专利提供了一种基于电化学技术制备荧光碳量子点的方法。专利公开号为CN105694879B的专利技术专利提供了一种有机废水制备荧光碳量子点及其混凝回收方法，其是以有机废水为碳源，将微波炉作为反应平台，制备荧光碳量子点，应用混凝技术回收量子点材料。专利公开号为CN106829921A的专利技术专利提供了一种硫掺杂的荧光碳量子点制备方法，其是以半胱氨酸盐酸盐为碳基材料。专利公开号为CN107446578A的专利技术专利提供了一种氮掺杂的荧光碳量子点材料制备方法，其是以果皮和聚乙烯亚胺为碳源和氮源。除上述专利技术专利公开的碳基材料外，现有合成荧光碳量子点的碳基材料还有苹果酸、三氯甲烷、石墨粉、粘土、乙醇、蜡烛烟灰、十八胺、柠檬酸、淀粉、有机废水、壳聚糖、葡萄糖、天然气灰、花粉、果糖、戊二醛、丙三醇、香烃化合物等。上述碳基材料的部分原料是不可再生能源，或者部分原料成本高昂不利于持续并规模生产荧光碳量子点；而有机废水等由于其复杂性，合成的荧光碳量子点材料性能不稳定且需要严格的后处理工艺。因此，寻找一种廉价易得、性质稳定的碳基材料有助于减少荧光碳量子点材料的生产成本，推动该新材料在多个领域的广泛应用。短链挥发性脂肪酸(VFAs)包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸以及它们的异构体。VFAs是有机物厌氧发酵过程的中间产物，也是很多化学品合成的前体物质，廉价易得、成分稳定。因此，以VFAs作为制备荧光碳量子点的碳基材料有利于降低成本，实现可持续的量化生产，提高荧光碳量子点材料性能的稳定性。已公开报道的荧光碳量子点制备过程中冰醋酸被作为钝化材料使用，而利用VFAs溶液作为碳基材料制备荧光碳量子点的技术尚未见公开报道。上述
技术介绍
中的参考文献如下：[1]XuX,RayR,GuY,etal.Electrophoreticanalysisandpurificationoffluorescentsingle-walledcarbonnanotubefragments.[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2004,126(40):12736-7.[2]WangQ,LiuX,ZhangL,etal.Microwave-assistedsynthesisofcarbonnanodotsthroughaneggshellmembraneandtheirfluorescentapplication[J].TheAnalyst,2012,137(22):5392-5397.[3]YuanL,DaiJ,FanX,etal.Self-cleaningflexibleinfrarednanosensorbasedoncarbonnanoparticles[J].AcsNano,2011,5(5):4007.
技术实现思路
本专利技术为了避免上述现有技术的不足之处，提供一种简单高效的制备荧光碳量子点材料的方法。本专利技术解决技术问题，采用如下技术方案：本专利技术公开了一种利用短链挥发性脂肪酸作为碳基材料制备荧光碳量子点的方法，其特点在于：是以短链挥发性脂肪酸作为碳基材料，加入液态氮源和超纯水并搅拌均匀后，在160-220℃下水热反应4-10h，所得反应液经透析后，再经真空冷冻干燥，即获得目标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用短链挥发性脂肪酸作为碳基材料制备荧光碳量子点的方法，其特征在于：是以短链挥发性脂肪酸作为碳基材料，加入液态氮源和超纯水并搅拌均匀后，进行水热反应，所得反应液经后处理，即获得目标产物荧光碳量子点。

【技术特征摘要】
1.一种利用短链挥发性脂肪酸作为碳基材料制备荧光碳量子点的方法，其特征在于：是以短链挥发性脂肪酸作为碳基材料，加入液态氮源和超纯水并搅拌均匀后，进行水热反应，所得反应液经后处理，即获得目标产物荧光碳量子点。2.根据权利要求1所述的一种利用短链挥发性脂肪酸作为碳基材料制备荧光碳量子点的方法，其特征在于：所述水热反应的温度为160-220℃、时间为4-10h。3.根据权利要求1所述的一种利用短链挥发性脂肪酸作为碳基材料制备荧光碳量子点的方法，其特征在于：所述后处理是对反应液进行透析后，再进行真空冷冻干燥。4.根据权利要求1、2或3所述的一种利用短链挥发性脂肪酸作为碳基材料制备荧光碳量子点的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将短链挥发性脂肪酸置于聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，再加入液态氮源和超纯水，充分搅拌均匀，获得混合溶液；(2)将装有混合溶液的反应釜置于密闭加热装置中，160-220℃下水热反应4-10h；(3)反应结束后，取出反应釜，自然冷却，将反应液倒入截留分子量为3500Da的透析袋，每6h换一次水，在玻璃...

【专利技术属性】
技术研发人员：王进，岳正波，彭书传，周岳陵，胡馥鹏，段立明，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34