[发明专利]一种以甘蔗渣为碳源利用化学氧化法制备碳量子点的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料合成技术领域，涉及一种以甘蔗渣为碳源利用化学氧化法制备碳量子点的方法。

背景技术

甘蔗渣是制糖工业的主要副产物，甘蔗经过压榨后形成甘蔗渣，每生产出1吨的蔗糖就会产生约1吨的甘蔗渣。甘蔗渣一般含干物质90％～92％，其中粗蛋白质1.5％，粗纤维44％～46％，粗脂肪0.7％，无氮浸出物42％，粗灰分2％～3％；不含SO₂而其中的粗纤维又约含46％的纤维素，25％半纤维素20％的木质素，以及约9％的其他物质，是一种清洁、优质、可持续发展的生物质能源。相比于作物秸秆，甘蔗渣有很少的农药残留，但由于甘蔗渣的木质化程度高、养分不协调等原因，再加上转化利用技术手段的落后，导致甘蔗渣基本上都被废弃不用或者多数只用来做燃料，所以甘蔗渣在我国的利用率还是很低的。这不仅是资源的一种浪费，而且甘蔗渣在燃烧的过程中还会产生CO₂等温室气体对环境造成污染，进一步给人和动物的健康带来危害。

碳量子点是一种零维的纳米材料，它是指半径小于或接近于处于激发态电子的轨道半径的半导体纳米晶。碳量子点具有很好的荧光稳定性，即使在激光持续照射数小时后，其荧光强度基本不发生变化，也不会发生光漂白。另外碳量子点的细胞毒性低，生物相容性良好。因为碳量子点表面有很多游离的基团(如羟基、羧基等)，所以易于功能化修饰。与传统有机荧光染料相比，碳量子点还具有上转换光致发光等特性。这些特性使得碳量子点在光催化、光电、生物技术等领域具有广泛的应用。

目前，用于制备碳量子点的主要方法有化学氧化法、电化学剥离法、水热法、模板合成法等。无论哪种方法制备碳量子点都需要碳源，比较常用为制备碳量子点提供碳源的物质有石墨、石墨烯、碳纳米管以及各种有机试剂(葡萄糖、抗坏血酸等)。以天然绿色碳源制备碳量子点是近年来发展起来也是未来碳量子点发展的重要方向之一。Sahu等人则利用橘子汁为碳量子点的制备提供碳源，通过一步水热反应，获得量子产率为26％的碳量子(Sahu S,Behera B,Tapas K,et al.Simple one-step synthesis of highly luminescent carbon dots from orange juice:application as excellent bio-imaging agents.Chem.Commun.2012,48(70):8835-8837.)。Zhou等人以西瓜皮为基质，通过碳化，分离两步，制备出了碳量子点(Zhou J J,Sheng Z,Han H,et al.Facile synthesis of fluorescent carbon dots using watermelon peel as a carbon sou.Materials Letters,2012,66(1):222-224.)。

甘蔗渣的主要成分为有机物，能够为碳量子点的制备提供所需碳源，并且已有利用天然物质为基质制备碳量子点的相关研究。以甘蔗渣为基质制备碳量子点是一种资源化利用，不仅可以促进循环经济的发展还对环境保护起到很大的作用。

发明内容

本发明构建了一种以甘蔗渣为碳源利用化学氧化法制备碳量子点的方法，解决了甘蔗渣为碳源制备碳量子点的技术问题，也为甘蔗渣的资源化利用提供了新的方向和技术支持。

本发明的技术方案：

一种以甘蔗渣为碳源利用化学氧化法制备碳量子点的方法，步骤如下：

1)甘蔗渣在300-700℃下进行高温碳化2-7h，得到碳化后的黑色固体，研磨，得到黑色粉体；

2)取步骤1)制得的黑色粉体分散在醋酸和30wt％过氧化氢中，醋酸与30wt％过氧化氢体积比为1:5-5:1，上述混合液中黑色粉体的质量与醋酸和过氧化氢的总质量比为1:300-1:500；超声20-360min，100-140℃温度条件下加热回流6-24h，冷却；

3)将步骤2)得到的溶液过滤，除去大颗粒杂质和未反应完全的固体物质；4000-12000r/min转数下离心10-60min，上清液透析12-48h，得到碳量子点水溶液。

本发明的有益效果：

(1)制备过程简单，不需专业仪器设备，产品无繁琐的后处理。

(2)制备条件温和，不使用强酸强碱及其他有毒有害物质。

(3)制备出的碳量子点具有良好的表面形貌和高荧光强度。

附图说明