[发明专利]一种生物质碳量子点的制备方法

说明书

本发明公开一种生物质碳量子点的制备方法，包括以下步骤：S100：选择生物质原料，将生物质原料切割、研磨成生物质颗粒；S200：对生物质颗粒进行元素分析和热重分析；S300：将生物质颗粒热解得到生物质炭；S400：将生物质炭和极性溶剂混合加入超声浴中，超声处理后得到混合溶液；S500：将超声处理后的混合溶液引入反应器中，反应器升温，将二氧化碳通入反应器加压，打开超声波发生器进行反应；S600：离心、过滤、干燥得到碳量子点。本发明生物质碳量子点的制备方法避免了使用昂贵的前体、苛刻的化学品以及极端的操作条件，实现了更环保、经济、有效和可持续发展的碳量子点生产。

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，具体涉及一种生物质碳量子点的制备方法。

背景技术

碳量子点是一种新兴的纳米材料，其尺寸范围是2nm到10nm。碳量子点具有尺寸可调谐光发射、宽吸收光谱、大吸收消光系数、光化学鲁棒性和耐光漂白等特点，这些优异的光物理性质使碳量子点迅速崛起成为生物医学应用领域的重要部分。

目前通常使用石墨或氧化石墨等富含碳的材料制备碳量子点，石墨由天然岩石开采而来，被归类为不可再生的碳源之一。碳量子点制备主要采用自上而下的生产工艺，包括水热切割、电化学切割或微波辅助切割等，其原理是基于较大的碳骨架上剥落下纳米颗粒。这些方法需要复杂和苛刻的特定反应条件，长期的加工时间和昂贵的用于工艺起始的前驱体，不利于碳量子高效、清洁生产。如化学烧蚀利用强氧化酸将有机分子碳化成碳材料，然后通过进一步控制氧化来减小其尺寸；电化学浸泡需要几个散装碳材料作为前驱体，之后将其连接到工作电极上，利用外加电压生产出所需尺寸的碳量子点；激光烧蚀发生在惰性气体环境中，靶向石墨表面将被辐照的同时释放碳量子点；对于水热处理来说，需要强酸来激活碳基原料，然后在高温下进行水热碳化反应制备碳量子点。

而且碳量子点是一种纳米粒子，其电子被限制在量子态中，由于它的纳米尺寸，更多的表面颗粒会产生更高的表面积和体积比，因此，给予粒子更高的表面能量，为了稳定碳量子点的能量水平，其在碳化过程中容易聚集，最终降低整个过程的量子产率，而形态和粒度均匀分布也一直是碳量子点制备方法面临的挑战。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种生物质碳量子点的制备方法，包括以下步骤：

S100：选择生物质原料，将所述生物质原料切割、研磨成生物质颗粒；

S200：获取所述生物质颗粒的元素成分和热解特性参数；

S300：根据热解特性参数将所述生物质颗粒热解得到生物质炭；

S400：将所述生物质炭和极性溶剂混合加入超声浴中，超声处理后得到混合溶液；

S500：向反应器中注入二氧化碳排空，预热所述反应器至设定温度，将超声处理后的混合溶液引入所述反应器中，将二氧化碳通入所述反应器加压至设定压力，所述设定温度和所述设定压力使二氧化碳达到超临界状态，将所述反应器的超声波发生器打开进行反应；

S600：收集反应后得到的残炭悬浮液，离心处理后收集上清液，过滤、干燥得到碳量子点。

较佳的，所述步骤S100中生物质原料为以下一种：被子植物、裸子植物、单子叶植物、真子叶植物、硬木或软木。

较佳的，所述步骤S200具体为对所述生物质颗粒进行元素分析获取元素成分信息，对所述生物质颗粒进行热重分析获取热解特性参数。

较佳的，所述步骤S300中热解的反应温度为900℃-1200℃。

较佳的，所述步骤S400中极性溶剂为体积分数为40％-60％的乙醇溶液，混合溶液中生物质炭的浓度为3-8g/L。