【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳量子点，尤其涉及一种具有催化和高吸热双重功能的碳量子点、其制备方法及在酯化反应中的应用。
技术介绍
1、酯化反应的产物羧酸酯是一种重要化合物，它是很多有机合成反应的原料，被广泛应用于食品、医药、日化、塑料等领域，随着人们生活水平日益提高，对羧酸酯的需求也越来越大。酯化反应是放热反应，酯化反应过程中产生的热量会导致反应体系的温度不断升高，使反应速率不断加快，从而导致整个反应系统发生热失控。目前，酯化反应还需要催化剂提高酯化转化率，工业化合成羧酸酯主要有浓硫酸、磷酸、对甲苯磺酸等。这些传统的催化剂虽然具有较高催化活性，价格低廉易得，但是这些方法存在较多缺陷，如：催化效率需进一步提高，副反应较多、产品纯度低、设备腐蚀严重、废酸产量大、环境污染严重等。
2、为了解决上述传统酯化反应催化剂的缺陷，研发人员开发出了一系列新型酯化反应催化剂以代替传统催化剂。目前，新型酯化反应的催化剂主要包括相转移催化剂、离子液体催化剂、无机盐催化剂、树脂类催化剂、分子筛催化剂、杂多酸催化剂和固体超强酸催化剂等。这些新型催化剂均具有较高的催化活性，但是目前仍然存在一些问题。例如，无法有效控制体系的反应热，导致副反应较多，工艺安全性较差；以及催化剂回收利用成本较高；催化剂活性组分易流失，催化活性不稳定等。因此，研发一种生产成本低、对环境友好且可以有效降低反应热、提高酯化反应转化率的新型催化剂具有重要的工业应用价值。
技术实现思路
1、针对现有技术中酯化反应催化剂存在的酯化转化率较低、不能
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：
3、一种具有催化和高吸热双重功能的碳量子点，以酸性氨基酸和硅酸酯类化合物制备得到的低共熔溶剂为前驱体，经燃烧法制备得到。
4、相对于现有技术，本专利技术提供的功能碳量子点，以酸性氨基酸为氢键供体，以硅酸酯类化合物为氢键受体，通过物质间的氢键作用制备化学稳定性良好的低共熔溶剂前驱体，然后将该前驱体经过燃烧法制备得到碳量子点。本专利技术利用特定的酸性氨基酸和硅酸酯类化合物对碳量子点进行功能化修饰，使其具有高反应活性的羧基等酸性基团，极大地改善了碳量子点催化酯化反应的效率。同时，碳量子点的硅氧键(键能443kj/mol)、烷基强碳氢键(键能413kj/mol)的高化学键能可显著提高碳量子点的吸热能力，解决了酯化反应过程高放热量可能引发的安全隐患。此外，本专利技术选用的原料绿色环保，成本低廉，制备得到的碳量子点粒径均一，在反应体系中分散性好，热稳定性高，有效保障了酯化反应的转化率和工艺安全性，在酯化反应领域具有广阔的应用前景。
5、优选的，所述酸性氨基酸为谷氨酸或天冬氨酸中至少一种。
6、优选的，所述硅酸酯类化合物为硅酸四乙酯、硅酸异丙酯或硅酸四丁酯中至少一种。
7、优选的，所述酸性氨基酸与硅酸酯类化合物的摩尔比为1:3～1:7。
8、优选的，酸性氨基酸与硅酸酯类化合物之间可通过氢键形成性能稳定的低共熔溶剂，且酸性氨基酸和硅酸酯类化合物还能对碳量子点表面进行功能基团修饰，优化修饰基团在碳量子点表面的分布，进而提高碳量子点的催化活性和吸热功能。
9、优选的，将所述酸性氨基酸和硅酸酯类化合物混合均匀，加热至80℃～120℃，恒温至体系均一透明，即得所述低共熔溶剂。
10、本专利技术还提供了一种具有催化和高吸热双重功能的碳量子点的制备方法，包括如下步骤：将所述低共熔溶剂预热至100℃～200℃保温预设时间，然后升温至300℃～500℃进行高温燃烧反应，得具有催化和高吸热双重功能的碳量子点。
11、优选的，所述预设时间为5min～25min。
12、优选的，所述高温燃烧反应的时间为2h～5h。
13、本专利技术提供的碳量子点制备方法简单易行，原料来源广泛，制备所得的碳量子点粒径均匀，分散性好，热稳定高，且可有效提高酯化反应效率，并降低酯化反应的反应热，适合大规模生产，有效拓展了碳量子点在能源开发、化工安全等方面的应用。
14、本专利技术还提供了上述具有催化和高吸热双重功能的碳量子点在酯化反应中的应用。
15、本专利技术提供的功能碳量子点分散性好，有利于促进碳量子点与酯化反应物的充分接触，其不仅含有特定的羧基酸性基团催化提高酯化反应效率，还负载了丰富的高键能硅氧基和烷基功能基团，有利于吸收酯化过程的反应热，降低酯化反应的热危险性，同时保持碳量子点的自身稳定性，有利于碳量子点的多次循环利用。
16、具体地，所述具有催化和高吸热双重功能的碳量子点在制备c4～c10羧酸酯的酯化反应中的应用。
17、示例性的，所述酯化反应包括但不限于乙酸和乙醇反应制备乙酸乙酯、乙酸和正丁醇反应制备乙酸正丁酯、正辛酸和乙醇反应制备辛酸乙酯等c4～c10羧酸酯的酯化反应。
18、本专利技术还提供了一种制备c4～c10羧酸酯的方法，包括如下步骤：
19、将上述具有催化和高吸热双重功能的碳量子点与制备c4～c10羧酸酯对应的酸和醇混合均匀，加热至60℃～120℃，保温反应，得c4～c10羧酸酯。
20、优选的，所述功能碳量子点的加入量为所述醇质量的1％～5％。
21、优选的，所述保温反应的时间为0.5h～3h。
22、更优选的，酯化反应的温度为75℃～115℃，酯化反应的时间为1h～2h。
23、本专利技术提供的碳量子点对制备c4～c10羧酸酯的酯化反应具有较高的催化活性，酯化反应的最高产率可达99.5％，且反应时间较短，在较低的反应温度下就可以实现目标酯化反应的高效催化转化。与常规酯化反应相比，加入功能碳量子点可降低的酯化反应热最高可达25％。反应结束后碳量子点可通过简单过滤与酯化产物分离，分离出的碳量子点可多次重复利用，且依然保持较高的催化活性和降低反应热的功能。
24、本专利技术提供的c4～c10羧酸酯的方法，是一种实现催化酯化反应、降低酯化反应热的高效经济新方法，为今后酯化反应的安全生产提供了新的方向，在化工生产领域具有广阔的应用前景。
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1.一种具有催化和高吸热双重功能的碳量子点，其特征在于，以酸性氨基酸和硅酸酯类化合物制备得到的低共熔溶剂为前驱体，经燃烧法制备得到。
2.如权利要求1所述的具有催化和高吸热双重功能的碳量子点，其特征在于，所述酸性氨基酸为谷氨酸或天冬氨酸中至少一种；和/或
3.如权利要求1或2所述的具有催化和高吸热双重功能的碳量子点，其特征在于，所述酸性氨基酸与硅酸酯类化合物的摩尔比为1:3～1:7。
4.如权利要求1或2所述的具有催化和高吸热双重功能的碳量子点，其特征在于，所述低共熔溶剂的制备方法包括如下步骤：将所述酸性氨基酸和硅酸酯类化合物混合均匀，加热至80℃～120℃，恒温至体系均一透明，即得所述低共熔溶剂。
5.一种权利要求1～4任一项所述的具有催化和高吸热双重功能的碳量子点的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将所述低共熔溶剂预热至100℃～200℃保温预设时间，然后升温至300℃～500℃进行高温燃烧反应，得具有催化和高吸热双重功能的碳量子点。
6.如权利要求5所述的具有催化和高吸热双重功能的碳量子点的制备方法，其特征在于，
7.权利要求1～4任一项所述的具有催化和高吸热双重功能的碳量子点在酯化反应中的应用。
8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，所述具有催化和高吸热双重功能的碳量子点在制备C4～C10羧酸酯的酯化反应中的应用。
9.一种制备C4～C10羧酸酯的方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.如权利要求9所述的制备C4～C10羧酸酯的方法，其特征在于，所述功能碳量子点的加入量为所述醇质量的1％～5％；和/或
...【技术特征摘要】
1.一种具有催化和高吸热双重功能的碳量子点，其特征在于，以酸性氨基酸和硅酸酯类化合物制备得到的低共熔溶剂为前驱体，经燃烧法制备得到。
2.如权利要求1所述的具有催化和高吸热双重功能的碳量子点，其特征在于，所述酸性氨基酸为谷氨酸或天冬氨酸中至少一种；和/或
3.如权利要求1或2所述的具有催化和高吸热双重功能的碳量子点，其特征在于，所述酸性氨基酸与硅酸酯类化合物的摩尔比为1:3～1:7。
4.如权利要求1或2所述的具有催化和高吸热双重功能的碳量子点，其特征在于，所述低共熔溶剂的制备方法包括如下步骤：将所述酸性氨基酸和硅酸酯类化合物混合均匀，加热至80℃～120℃，恒温至体系均一透明，即得所述低共熔溶剂。
5.一种权利要求1～4任一项所述的具有催化和高吸热双重功能的碳量子点的制备方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：任红威，赵腾达，张金锋，贾本真，韩亮，李晴，王韫霄，孔垂贯，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：
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