[发明专利]使用蓝藻制备水溶性碳量子点及荧光油墨的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种以蓝藻为原料合成水溶性碳量子点，并作为荧光油墨加以应用的方法，包括以下步骤：将蓝藻粉加入超纯水与丙三醇的混合溶液，滴加氨水掺杂，搅拌，置于反应釜中高温水热反应得棕色悬浮液；过滤，滤液即为水溶性碳量子点溶液；以制备的蓝藻碳量子点溶液作为荧光色料，以乙醇、乙二醇、丙三醇、去离子水的混合溶液为溶剂，以羧甲基纤维素钠作为粘合剂和稳定剂，以聚乙烯吡咯烷酮溶液作为表面活性剂，通过简单混溶法制得荧光油墨。本发明用污染物蓝藻为碳源，采用水热法一步合成水溶性碳量子点，碳源丰富，并且解决了蓝藻“水华”的环境污染，合成过程简易，全过程绿色环保。制备的荧光油墨书写顺畅，流动性好，可大规模制备。

技术领域

本发明涉及一种使用蓝藻制备水溶性碳量子点及荧光油墨的方法及蓝藻在制备水溶性碳量子点及荧光油墨上的应用，属于荧光材料制备技术领域。

背景技术

碳量子点泛指一种粒径小于10nm、具有石墨晶型或类金刚石结构的新型荧光碳纳米材料，是以碳为基本骨架、表面含有大量含氧基团的单分散类球形纳米颗粒。相对于传统的半导体量子点和有机染料(制备方法繁琐，价格昂贵，环境不友好，易发生光漂白等)，荧光碳量子点具有荧光性能稳定、水溶性好、易于功能化、制备方法简单、低毒性、良好的生物相容性等优点，在光学器件及生物分析等领域得到了越来越广泛的关注，有望成为取代有机荧光试剂及无机重金属纳米材料的荧光材料。

目前，荧光碳量子点的合成主要采用天然物质经过水热法合成，天然物质本身无毒、安全，利用天然物质合成碳点成为研究的热点。近年来由于工业废水、生活废水和农业废水等大量排入淡水湖泊、水库中，水体富营养化，藻类获得了丰富的营养物质而大量繁殖。在夏秋温暖季节，这些湖泊、水库就会形成大片蓝绿色的藻块或藻的薄层，即“水华”，漂浮在水面或分散在水中，呈浮动状态。“水华”的出现，使水体透明度下降，旅游观光价值减少，大量藻类死亡后，因其迅速分解，产生恶臭，消耗水中的溶解氧，使水生生态环境恶化。目前对于湖泊富营养化的治理主要采用三种方法：化学方法(杀菌剂、除草剂)、曝气循环和物理学方法(水位升降、土壤改良)等。这些方法均是被动消极的方法，由于这些藻类中含有较丰富的营养成分，因此如对其进行研究，使之变害为利、变废为宝，达到综合治理的目的，将是一项很有意义的工作。利用蓝藻水热合成的碳点，荧光量子点产率高，不同波长激发，发射波长位于400～600nm左右，荧光信号稳定不容易降解，在荧光防伪等方面具有潜在的应用价值。

荧光油墨的主要成分是荧光颜料，与普通颜料不同的是，它们可以吸收某些形式的能量，并在暴露于外部光线(包括紫外线)时激发光子，并以可见光的形式释放吸收的能量。当停止外部光线的照射时，发光现象消失。利用碳量子点作为功能性荧光颜料，将荧光颜料与聚合物树脂粘合剂、溶剂和助剂按比例进行配置，再通过研磨来制得荧光油墨。利用荧光墨水印刷的图形图像可以将短波紫外光转化为波长较长的可见光，呈现出理想的色彩，因此具有一定的防伪效果和宣传效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用蓝藻制备水溶性碳量子点及荧光油墨的方法。

本发明的技术方案为：

一种使用蓝藻制备水溶性碳量子点的方法，其步骤包括：

(1)混合超纯水与丙三醇，得到混合溶液备用；

(2)将破壁蓝藻粉加入混合溶液中，搅拌均匀，置于反应釜中高温水热反应，得到混悬液；

(3)混悬液过滤，滤液即为水溶性碳量子点溶液。

其中步骤(1)中所述超纯水与丙三醇的体积比为3:1。

其中步骤(2)中所述蓝藻粉的细度在60目以下，将蓝藻粉加入混合溶液中，再滴加0.5mL的氨水，置于油浴锅中，搅拌30min，转速为350r/min。

其中步骤(2)中搅拌后的混合物置于聚四氟乙烯反应釜中，混合物占密闭反应釜体积的三分之二，高温水热反应的温度控制为160-180℃，反应时间10-12h。