[发明专利]一种荧光掺杂碳纳米N;B-CDs催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种荧光掺杂碳纳米N,B‑CDs催化剂，以柠檬酸、硼酸和尿素为原料，经一步水热法制备而得。其制备方法为：柠檬酸、硼酸、尿素作为前聚体；柠檬酸提供碳源，尿素提供氮源，硼酸提供硼源，经一步水热法制备而得。本发明在光催化降解亚甲基蓝（简称MB）中的应用，在可见光照射下展现优秀的光催化降解MB能力（降解率高达97.8%）。本发明不仅提供了一种制备工艺简单、成本经济的新制备方法，而且制备的荧光掺杂碳纳米材料具有很强的荧光，同时，具有优秀的稳定性和良好的水溶性，因此在环境修复、污水处理及分离科学等领域有着良好的应用前景。

技术领域

本发明属于生化分析领域，具体是一种荧光掺杂碳纳米N,B-CDs催化剂及其制备方法和在光催化降解亚甲基蓝（简称为MB）中的应用。

背景技术

据统计，我国每生产1 t 染料就会排放废水744 t，而在印染过程中，染料废水流失率约为10 %～20 %，其中约50 % 进入环境。染料（颜色）是废水中最早被确认的一类污染物，即使水体中存在少量染料（对一些染料而言，浓度低于1mg /L）也会出现颜色的变化，排入水体中，会影响水生物的光合作用，给人感官上也带来不悦，而且大多的有机染料都属于难降解“致畸、致癌、致突变”的三致物质（C Gregorio, Bioresource Technology, 2006,97( 9) : 1061-1085）。

MB是一种重要的有机化学合成阳离子染料，广泛应用于印染行业，可用于麻、蚕丝织物、纸张的染色及竹、木的着色，也可用于生物、细菌组织的染色以及用于制造墨水和色淀等。其形成的废水有机物含量高，色度高，水质变化大，毒性大，成为最难检测与处理的染料废水之一。目前含有机染料废水的处理方法主要有生物法、混凝法、氧化法、吸附法及膜分离法等。这些方法普遍存在处理工艺繁琐、处理时间长、去除效率低、处理成本高的问题。使用半导体催化剂（如：氧化锌和二氧化钛）光催化降解废水中的有机染料已有发展（Lam SM, Sin J C, Abdullah A Z, Mohamed A R. Desalination and Water Treatment,2012, 41(1-3): 131-169），但现有技术中常见的光催化剂很多需要通过紫外线或近紫外辐照，严格限制了其大规模的实际应用，因为太阳光里大约有只有5 %的紫外线，其它是43%可见光和52 %红外线。因此，发展可以直接应用太阳光的新型高效光催化剂是非常有必要的。

碳点（CDs），作为碳纳米材料家族的新成员，是直径小于10 nm的碳纳米颗粒，通常由SP²杂化的碳原子、富含氧和氢的物质所组成。碳点作为一种新型荧光碳纳米材料，拥有特殊的荧光性能，如激发和发射波长可调、光稳定性好、无光闪烁现象等，CDs相比与传统的有机荧光染料和金属量子点，有许多优点，其独特的发光性质和生物相容性在光催化、发光设备、光电子学、生化分析、细胞成像及检测等领域具有较好的应用前景。为了提高荧光CDs的光电特性，硼、氮、氟、硫等作为掺杂化学元素引入到CDs里面（Dong Y, Pang H, Yang HB, Guo C X, Shao J W, Chi Y W, Li C M, Yu T. Angewandte Chemie InternationalEdition, 2013, 52(30): 7800-7804. Jahan S, Mansoor F, Naz S, Lei J, KanwalS.. Analytical Chemistry, 2013, 85(21): 10232-10239.），使CDs的量子产率大大提高，光学特性显著增强，应用更为广泛。

碳点的制备方法很多，以水热法最受欢迎，该方法是将碳源置于密封水热反应釜中，在高温高压条件下碳源发生碳化形成碳点的过程，而一步水热法更是具有仪器简单方便、制备时间短等优点。

现有技术CN105664993 B公开了一种N,B,S-CDs材料及其制备方法，但是该技术存在以下技术问题：

1. 采用的原料和制得的N,B,S-CDs材料含有硫元素，存在环境不友好的隐患；