[发明专利]一种基于废弃烟梗的氮掺杂碳点及其合成方法和应用

说明书

本发明提供一种基于废弃烟梗的氮掺杂碳点的合成方法，其以废弃烟梗为碳源，以水为溶剂于反应釜中进行水热反应，反应结束后经过滤、透析、浓缩、干燥制备获得。该氮掺杂碳点表面富含羧基和氨基等官能团，平均粒径约4.7 nm，水溶性良好，在紫外光激发下可发射明亮的荧光，且具有激发依赖的荧光发射行为，可作为荧光探针应用于生物成像等方面。

技术领域

本发明属于碳点合成技术领域，具体涉及一种基于废弃烟梗的氮掺杂碳点及其合成方法和应用，该方法首次以卷烟生产中的废弃烟梗为碳源，采用一步水热法制备合成了发光性能优良的氮掺杂碳点。

背景技术

烟梗是卷烟工业的副产物，约占叶重的25%~30%。烟梗中细胞壁物质含量较高，主要包括纤维素、半纤维素、果胶质和木质素，此外还有多种有效成分如烟碱、茄尼醇、绿原酸、蛋白质和氨基酸等，具有很高的利用价值。但受到现有技术的限制，目前国内每年有数十万吨的烟梗被废弃，在污染环境的同时也造成了极大的资源浪费。因此，发展新技术，拓宽烟梗的高值化利用途径，成为烟草行业新的研究热点。

碳点，是一类至少有一个维度尺寸在l0 nm以下且具有荧光性质的碳基纳米材料。由于碳点的原材料资源丰富，且具有优异的化学惰性、高生物相容性、良好的水溶性、发射光谱可调以及抗光漂白等优点，近年来在生物成像、生物医药、化学传感、光催化以及光电器件等方面表现出广阔的应用前景。天然生物质材料含有丰富的蛋白质、糖类及脂肪等，是用来制备碳点的理想绿色化前驱体。而采用不同碳源制备所获得的碳点，由于表面结构和荧光性能各异，在基础研究领域具有不同的应用潜力。烟梗中含有丰富的碳水化合物、蛋白质和氨基酸，可提供碳源和氮源用以制备碳点，含有的较多活性官能团也可以增加碳点的反应活性，同时为烟梗的再利用提供一种新的途径。目前尚未有关于利用废弃烟梗制备氮掺杂碳点的相关报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于废弃烟梗的氮掺杂碳点，其以卷烟生产中剔除的签梗为碳源，采用一步水热法制备获得了发光性能优良的氮掺杂碳点，提高了废弃烟梗的有效利用率，同时减少了资源浪费。

本发明还提供了上述废弃烟梗的氮掺杂碳点的合成方法及其作为荧光探针在生物成像方面的应用。

本发明采用如下技术方案：

一种基于废弃烟梗的氮掺杂碳点的合成方法，其以废弃烟梗为碳源，以水为溶剂于反应釜中进行水热反应，反应结束后经过滤、透析、浓缩、干燥即得。

上述基于废弃烟梗的氮掺杂碳点的合成方法，其包括如下步骤：

1）将洗净、干燥的烟梗粉末与蒸馏水混合后于反应釜中在190－210℃条件下水热反应5－15小时；

2）反应结束后，自然冷却至室温，用滤纸过滤；所得滤液用截留分子量为100－500Da的透析膜透析至少48小时，获得碳点溶液；

3）碳点溶液经旋蒸浓缩、冷冻干燥即得到棕色碳点粉末。

具体的，为了获得较好的水热反应效果，步骤1）中，以按料液比0.5－2g：10 mL加入烟梗粉末和蒸馏水为宜。

进一步优选的，步骤2）中，所用滤纸为15~20 μm的定性滤纸，以便于更好的除去粒相沉淀物；透析膜透析72小时。

本发明提供了采用上述合成方法合成得到的氮掺杂碳点。

本发明还提供了氮掺杂碳点作为荧光探针在生物成像方面的应用。

为减少资源浪费，提高废弃烟梗的有效利用率，本发明以卷烟生产中剔除的签梗为碳源，采用一步水热法制备获得了氮掺杂碳点，并通过优化合成条件得到了发光性能优良的氮掺杂碳点。和现有技术相比，本发明的有益效果如下：