[发明专利]一种利用木质素磺酸盐制备自掺杂硫荧光碳纳米点的方法

说明书

本发明公开了一种利用木质素磺酸盐制备自掺杂硫荧光碳纳米点的方法，属于生物质纳米材料领域。制备方法为先将木质素磺酸盐加入水中，然后加入少量含乙酰磺酸基阴离子的离子液体，并置于反应釜中；对所述反应釜进行加热，使所述含有乙酰磺酸基阴离子的离子液体催化裂解所述木质素磺酸盐，然后进行离心，去沉淀取上清液；将所述上清液通过水系滤膜进行过滤，即得到自掺杂硫荧光碳纳米点。所述含有乙酰磺酸基阴离子的离子液体优选为1‑丁基‑3‑甲基咪唑乙酰磺酸盐；所述木质素磺酸盐优选为制浆造纸过程中的副产物，来源广泛且价格低廉。本方法制备的碳纳米点具有良好的荧光稳定性、水溶性、生物相容性以及荧光传感性能。

技术领域

本发明属于生物质纳米材料领域，更具体地，涉及一种利用木质素磺酸盐制备自掺杂硫荧光碳纳米点的方法。

背景技术

木质素是木质纤维生物质植物基质内普遍存在的一类芳香族高分子聚合物，在自然界中其总量仅次于纤维素的天然高分子，因此具有来源丰富、价格低廉及绿色可再生等优势。木质素的主要获取手段是通过各种物化方法从工业制浆造纸和生物质精炼的副产物中进行分离。然而，只有少部分木质素及其磺酸盐被开发利用，大部分被直接焚烧，造成极大的环境危害和资源浪费。

近年来，随着纳米技术的不断发展，生物质基碳纳米点的应用也开始逐渐兴起。碳纳米点是一种新型的荧光碳纳米颗粒，与传统的半导体量子点相比，碳点具有毒性低、生物相容性好、原料丰富廉价、光稳定性好等特点。基于农林废弃物木质素磺酸盐制备碳纳米点在器件的小型化、低能耗、低成本方面又有较独特的优势，而且根据木质素大分子的精细化学结构有利于解译碳纳米点的物化构建机理与独特的荧光特性，有望应用于分析传感、细胞成像等前沿科技。迄今为止，以工业木质素磺酸盐为原料制备自掺杂硫碳纳米点的方法尚未报道，本发明将拓展农林废弃物的高值化利用领域，以达到“变废为宝”的木质素高效利用。

Wang等人(Green Chemistry，2018，20，1383-1390)曾以碱木质素生物质资源为原料，采用硝酸超声氧化12h和水热反应12h的两步法合成碳量子点。合成过程包括碱木质素大分子的硝酸氧化裂解步骤和芳香再聚变步骤，此方法用到大量的浓硝酸不仅操作危险、污染环境且腐蚀设备，两步法制备过程较繁琐且耗时较长。李志礼等人在中国专利CN201310192775.9中公开了一种以造纸黑液为原料的木质素纳米颗粒的制备方法，将纯化后的木质素溶于碱性溶液后加入硫酸、硝酸或者盐酸，冷冻干燥获得粒径分布在20-280nm的木质素纳米颗粒，该方法使用了大量的碱及浓酸，制备的木质素纳米颗粒尺寸较大且分布不均一。另外，董伟等人在中国专利CN201710966975.3公布了一种锌元素掺杂碳量子点的制备方法，通过将邻苯二酚、尿素、氯化锌混合水热反应12-24h，使用了较多种类及相对昂贵的小分子化合物，反应时间较长，这也是现有元素掺杂碳纳米点制备方法的普遍缺点。

基于现有技术的不足之处，本发明提供一种简单可行的绿色制备工艺，以纸浆造纸工业副产物木质素磺酸盐为原料制备具有荧光特性的碳纳米点，使其成为一种绿色环保、具有荧光传感特性等高附加值的生物质纳米功能材料。

发明内容

本发明解决了现有技术中制备荧光碳纳米点原料来源有限，制备过程中采用的强酸催化剂污染大等技术问题。本发明利用含有乙酰磺酸基阴离子的离子液体作为催化剂裂解生物素磺酸盐，绿色环保，制备得到的荧光碳纳米点荧光特性和光稳定性好，产率高，分散性好，且毒性低，生物相容性好。

为实现上述目的，本发明提供了一种利用木质素磺酸盐制备自掺杂硫荧光碳纳米点的方法，包括以下步骤：

(1)将木质素磺酸盐加入水中，然后加入离子液体，并置于反应釜中，所述离子液体含有乙酰磺酸基阴离子；将所述反应釜封闭，并对反应釜加热进行水热反应，使所述离子液体催化裂解所述木质素磺酸盐，得到黑色浑浊液体；

(2)将步骤(1)得到的黑色浑浊液体进行离心，去沉淀取上清液；将所述上清液通过水系滤膜进行过滤，即得到自掺杂硫荧光碳纳米点。