[发明专利]一种木质素碳量子点的制备方法

说明书

本发明提供了一种木质素碳量子点的制备方法，以废弃生物质资源酶解木质素为碳源，在原有水热法制备木质素基碳量子点的基础上，引入不同种类的有机酸催化改性，有效提高木质素碳量子点的荧光强度和荧光量子产率。与未改性的木质素基碳量子点相比，采用本发明技术使用不同种类有机酸催化酶解木质素得到的碳量子点其荧光强度可提高3‑9倍，荧光量子产率提高到14.9％，且碳量子点的粒径减小到1.9nm。另外，该发明采用以废弃生物质代替传统资源的设计理念，不仅减少了强酸强碱等危害化学药品的使用，而且实现了废弃生物质资源的充分利用，降低了碳量子点的制备成本，在市场上具有很强的竞争力。

技术领域

本发明属于碳材料领域，特别涉及一种木质素碳量子点的制备方法。

背景技术

随着科学的发展，提供充足的研究了解不同形式的碳的存在，一些新型碳材料不断被开发，近入纳米技术时代，碳基纳米材料也应运而生。其中，新兴的碳量子点是一类直径小于 10nm、准球形的新型“零维”光致发光荧光碳纳米材料。碳量子点以其优异的水溶性、低毒性、独特的光致发光特性和易表面官能化等优点，目前受到特别关注。其中，碳量子点的独特的光致发光特性使其在生物传感、离子检测、光电催化、食品质量分析和防伪等领域得到了广泛应用，被众人认为是一种非常有前景的替代材料。

以大自然界中广泛存在的生物质可再生资源作为前驱体制备生物质碳量子点，不仅可以有效降低碳量子点制备过程中的原料成本，实现废弃资源的高质量循环利用，而且通常具有优异的生物相容性和稳定的荧光发射。目前已实现多种类型生物质碳量子点的制备，但相比于通过传统小分子化合物(如柠檬酸、乙二胺、葡萄糖等)合成的碳量子点，大多数生物质碳量子点都存在荧光强度弱和荧光量子产率低，使其应用受到限制的问题。因此，实现高得率生物质碳量子点的高效制备及深层次的功能化应用，是目前生物质碳量子点发展过程中亟需解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种木质素碳量子点的制备方法，提高了碳量子点的荧光强度和荧光量子产率。

实现本发明目的的技术方案：

一种木质素碳量子点的制备方法，步骤如下：

(1)对废弃的酶解木质素残渣进行提纯，提纯后的酶解木质素粉末与去离子水按质量比为1:10～40混合均匀，加入占酶解木质素粉末质量10～40wt％的有机酸，超声搅拌均匀后将混合溶液于反应釜中进行水热反应，水热时间为8～24h，水热温度为180～260℃，所述的有机酸为柠檬酸、DL-苹果酸、草酸、棕榈酸、酒石酸等羧基酸的一种或两种以上的混合酸；有机酸不仅为水热体系提供酸性条件，以有效促进生物质资源的水解；同时多种有机酸之间的协同作用，效果优越于一种有机酸。另外，有机酸也能充当第二碳源，为水热碳化提供部分碳源，从而提高碳量子点的荧光强度。

(2)对水热反应后的混合溶液进行抽滤，以去除不溶性碳；

(3)将抽滤后的滤液放在截留分子量为400～600Da的透析袋中透析40～60h，每隔5～8 h换一次去离子水，以去除未反应小分子；

(4)透析完成后的溶液置于-20～-25℃预冷冻10～15h，再将其置于真空冷冻干燥机中压力15～25MPa，温度为-55～-70℃冷冻干燥2～4d，最终得到木质素基碳量子点粉末。

优选地，所述的有机酸为柠檬酸、酒石酸、DL-苹果酸按照质量比为1：1：1的混合酸。混合酸修饰的碳量子点表面具有丰富的羧基官能团，羧基官能团可以在碳量子点表面产生更多的缺陷位点，起到激发能陷阱的作用，而荧光发射来自缺陷捕获的激子的辐射重组。

优选地，加入占酶解木质素粉末质量10～20wt％的有机酸。适量的有机酸加速酶解木质素的水解，促进水热反应，产生具有良好水溶性、尺寸分布均匀且具有高得率的碳量子点。而有机酸的加入量过多会导致部分碳量子点发生团聚，荧光强度降低。