一种杏壳基氮掺杂石墨烯量子点的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了杏壳基氮掺杂石墨烯量子点的制备方法，步骤为：将杏壳洗净、烘干放入粉碎机中粉碎，用氯化锌溶液浸泡，将杏壳放入恒温烘箱中烘干，然后进行高温活化处理，再冷却并洗涤过滤，放入恒温烘箱中再次烘干；将杏壳碳放入容器中，容器放入含有浓硝酸的反应釜中，反应釜放入烘箱中加热反应，然后原位过滤，即得杏壳基氮掺杂石墨烯量子点溶液。本发明专利技术利用废弃生物质原料制备石墨烯量子点荧光探针，能快速无干扰检测维生素C。与现有制备氮石墨烯量子点的方法相比，本发明专利技术的制备方法，操作简便，价格低廉且环保，符合绿色可持续发展的理念，符合工业中的大规模生产要求。此外，以其为荧光探针与现有荧光传感技术相比，稳定高、抗干扰能力强。干扰能力强。干扰能力强。

【技术实现步骤摘要】
一种杏壳基氮掺杂石墨烯量子点的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及光学材料和医学检测
，具体的说涉及一种杏壳基氮掺杂石墨烯量子点的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]石墨烯量子点(GQDs)即具有石墨烯的特殊结构也有碳量子点的量子限域效应及边界效应，因其特殊性能备受科学家的广泛关注。在最近几年，石墨烯量子点在光学领域如光电器件、数据存储器、传感器、生物成像、抗菌系统以及对环境的检测等领域有广泛的应用。自上而下法制备石墨烯量子点，所利用的碳源主要包括碳纳米管、氧化石墨烯、碳纤维、炭黑、石墨烯、石墨粉、煤炭等，但由于受到碳源成本、环境保护和生态平衡等因素制约不宜大量生产规模。以废弃生物质为原材料制备石墨烯量子点，可减少环境污染，且能有效利用资源、降低成本，更加满足可持续发展的需要。
[0003]在我国北方，山杏是重要的生态经济树种之一，具有很高的年产量。据调查，我国目前杏仁年产量为30
‑
40kt。而就河北省而言，河北省省内的苦杏仁产量约占全国总产量的30％，而较为集中的地区为承德市，其山杏经济林资源246万亩。其中生产的杏仁主要被用于生产各种生活食品，如饼干、饮料等，杏壳占杏核质量的70％左右，在生产加工过程中未被利用，据统计，我国每年加工杏核产生的杏壳为180万吨，约占山杏年产量的72％，被利用完剩下的杏核不但会造成环境污染，而且还造成资源的浪费。所以，以杏壳为原料制备杏壳碳，既节省成本不造成环境污染、又不浪费资源。由于其低生产成本，杏壳碳制GQDs适用于大规模工业应用并可能成功地作为传统无机量子点的一种高性价比、绿色环保的替代品。
[0004]维生素C也就是抗坏血酸(AA)，是人体所必需的营养成分之一。因AA的高还原性使其成为有效的抗氧化剂。AA的缺少或过度使用都会则会直接导致疾病的产生。它在维持动物和人体新陈代谢等机体各项功能方面起着十分重要的作用。与此同时它还能与自由基发生反应，也可以被用于治疗普通的感冒，癌症和精神疾病等的辅助药物。由于AA与人体健康水平相关联，所以研发一种能应用于实际生活中医疗检测血清中AA的方法至关重要，使人们可以及时的评估人体的生理情况，并且及时纠正AA缺乏症，在临床医学中具有重要的意义。在化学领域，检测AA的方法有很多，包括经典的碘量法、电化学法、滴定分析法、分光光度法、高效液相色谱法(HPLC)。石墨烯量子点荧光纳米传感器由于其低毒、无标记且易操作为检测AA提供了方便，并且拓展了其在生物和化学传感中的应用价值。
[0005]因此，提供一种以废弃的杏壳为原材料，通过硝酸蒸汽切断的方法制备得到荧光石墨烯量子点，将其作为荧光探针，快速完成尿液中维生素C的检测的方案是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种以废弃杏壳为原材料，自上而下的制备荧光氮掺杂石墨烯量子点(N
‑
GQDs)的方法，并可灵敏地、高选择性地检测AA。本专利技术使用杏壳作为起始
原料，通过粉碎、碳化、活化制备杏壳基活性炭材料之后，使用硝酸蒸汽作为剪刀制备出了水溶性好的N
‑
GQDs。石墨烯量子点富含羟基和羧基等含氧官能团不仅使其具有极佳的水溶性，而且以Fe
3+
为荧光淬灭剂形成Fe
3+
‑
N
‑
GQDs体系，加入生物小分子AA作为还原剂，实现对AA的turn
‑
on检测，并实施了尿液中AA的检测，获得较高的回收率。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种杏壳基氮掺杂石墨烯量子点的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将杏壳洗净、烘干放入粉碎机中粉碎，再用氯化锌溶液浸泡，然后将杏壳放入50
‑
200℃恒温烘箱中烘干10
‑
30h，将烘干之后的杏壳进行高温活化处理，高温活化处理后进行冷却至25
‑
75℃并用蒸馏水洗涤过滤，再放入恒温烘箱中烘干2
‑
10h，得到成品杏壳碳；
[0010](2)将制备好的0.05
‑
0.5g杏壳碳放入容器中，然后将容器放入含有1
‑
3ml浓硝酸的反应釜中，再将反应釜放入120
‑
180℃的烘箱中加热反应1
‑
6h，将反应后的容器原位过滤，收集黄色滤液，即得杏壳基氮掺杂石墨烯量子点溶液。
[0011]进一步，步骤(1)中所述粉碎粒度为200
‑
2500目。
[0012]采用上述进一步方案的有益效果在于：使杏壳充分粉粹，利于其与氯化锌的接触，提高杏壳碳的比表面积。
[0013]进一步，步骤(1)中所述氯化锌溶液的质量浓度为20
‑
80％，所述浸泡时间为6
‑
36h。
[0014]采用上述进一步方案的有益效果在于：氯化锌作为活化剂，通过氯化锌溶液浸泡方式，利于其与杏壳的充分接触。
[0015]进一步，步骤(1)中所述高温活化处理温度为700
‑
1200℃，处理时间为1
‑
4h。
[0016]采用上述进一步方案的有益效果在于：高温活化处理在此温度区间和时间下，已可有效得到杏壳碳，降低能耗。
[0017]进一步，步骤(2)中所述浓硝酸的质量浓度为68％。
[0018]本专利技术还提供了上述制备方法得到的杏壳基氮掺杂石墨烯量子点在荧光检测维生素C中的应用，包括以下步骤：
[0019]1)将所述杏壳基氮掺杂石墨烯量子点溶液用水稀释获得检测液，以10nm为间隔的激发波长激发杏壳基氮掺杂石墨烯量子点，狭缝为5
‑
10nm进行荧光测试，得到荧光发射峰强度最大波长；
[0020]2)取稀释的杏壳基氮掺杂石墨烯量子点溶液石英比色皿中，首先加入10
‑
100μM Fe
3+
溶液，得到测试体系，测定不同AA浓度下的荧光强度，以荧光强度对AA浓度绘制传感曲线图。
[0021]优选的，步骤1)中所述所述杏壳基氮掺杂石墨烯量子点溶液与水的体积比为0.1
‑
1:1
‑
1.9。
[0022]更优选的，所述水为超纯水，其电阻率≥18.2MΩ。
[0023]采用上述进一步方案的有益效果在于：在分析检测中，干扰越少越好，因此测试液采用超纯水。
[0024]本专利技术的有益效果在于：本专利技术的利用废弃杏壳为原材料制备氮掺杂石墨烯量子点的方法利用N
‑
GQDs的荧光“开关”模式专一性检测维生素C，采用基于节约环保的杏壳为原材料制备杏壳碳，并采取氯化锌活化法增加杏壳碳比表面积，经炭化、浸泡、烘干、洗涤等
过程制备杏壳碳，再利用硝酸切断法将大比表面杏壳碳制备成石墨烯量子点。
[0025]本专利技术制备方法简便且原材料低廉，同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种杏壳基氮掺杂石墨烯量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将杏壳洗净、烘干放入粉碎机中粉碎，再用氯化锌溶液浸泡，然后将杏壳放入50
‑
200℃恒温烘箱中烘干10
‑
30h，将烘干之后的杏壳进行高温活化处理，高温活化处理后进行冷却至25
‑
75℃并用水洗涤过滤，再放入恒温烘箱中烘干2
‑
8h，得到成品杏壳碳；(2)将制备好的0.05
‑
0.5g杏壳碳放入容器中，然后将容器放入含有1
‑
3ml浓硝酸的反应釜中，再将反应釜放入120
‑
180℃的烘箱中加热反应1
‑
6h，将反应后的容器原位过滤，收集黄色滤液，即得杏壳基氮掺杂石墨烯量子点溶液。2.根据权利要求1所述一种杏壳基氮掺杂石墨烯量子点的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述粉碎粒度为200
‑
2500目。3.根据权利要求1所述一种杏壳基氮掺杂石墨烯量子点的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述氯化锌溶液的质量浓度为20
‑
80％，所述浸泡时间为6
‑
36h。4.根据权利要求1所述一种杏壳基氮掺杂石墨烯量子点的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述高温活化处理温度为700<...

【专利技术属性】
技术研发人员：许宏波，周生海，
申请(专利权)人：河北民族师范学院，
类型：发明
国别省市：