[发明专利]一种利用生物质原料制备荧光碳点的方法

说明书

本发明提供了一种利用生物质原料制备荧光碳点的方法，属于材料制备领域。包括以下步骤：（1）将生物质原料粉碎至粒径50mm以内；（2）将步骤（1）所得物料置入密闭容器中，通入饱和水蒸气使其升压至0.5‑2.5MP，保压30‑360s，通过闪速开启密闭容器端盖的方式在87.5毫秒内释压至大气压，物料爆出到收集仓内，收集物料；（3）向物料中加入可溶解荧光碳点的溶剂，超声处理充分溶解，将所得固液混合物料进行固液分离，得到荧光碳点溶液，经蒸馏、烘干得到荧光碳点的固体粉末；本发明制备的荧光碳点荧光性能稳定，无任何外加反应物条件下，可以获得具有蓝色荧光的碳点，避免了对环境的污染；易于操作，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及是一种利用生物质原料制备荧光碳点的方法。

背景技术

荧光碳点（CDs）是继富勒烯、碳纳米管及石墨烯之后的又一种新型的碳纳米材料，是石墨烯量子点（CQDs）、碳纳米点（CNDs）和聚合物量子点（PDs）的统称。荧光碳点是一种在三维尺度上均小于10nm的准零维碳材料，由sp2杂化碳或无定形碳组成的球形颗粒，晶格间距往往与石墨或无定形碳的晶格间距一致。相比于传统的量子点，荧光碳点不仅具有低毒性、良好的生物相容性、廉价和优异的化学稳定性的优势，还具有可调谐荧光特性和小尺寸特性，在金属离子检测、生物成像、光电催化技术及指纹检测等领域具有很好的应用价值。

目前，荧光碳点的合成方法大致分为两类：自上而下法和自下而上法。自上而下法主要是指通过物理或者化学手段从宏观尺寸的富碳碳源（如煤粉、石墨、工业活性炭，甚至包括甘蔗、葡萄、枸杞、莲藕等生物质材料）上剥离下小的纳米颗粒的方法，如用煤做碳源主要用酸煮回流法制备碳点。而自下而上法是通过热解或碳化等工艺将小的有机碳分子（如柠檬酸、甘氨酸、半胱氨酸、葡萄糖和甘油等物质）聚合形成碳纳米颗粒的方法。从制备原理上又可以分为化学法和物理法两大类，化学法包括电化学法、氧化法、微波法和模板法等，物理法包括电弧放电法和激光烧蚀法等。

但是，上述荧光碳点制备方法都存在反应时间长、产量低，能耗成本高，因而难于实现工业化生产。

与煤粉、石墨、工业活性炭相比，生物质原料是一种优质、价廉的碳源，其生产过程的几乎没有环保成本，用其作为制备荧光碳点的碳源是理想的选择。

目前利用生物质原料制备荧光碳点的方法普遍效率低、产量低、能耗高，不适合工业化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种简便、高效、环境友好的制备荧光碳点的方法。

为达到上述目的，本发明以棉秸秆、芦苇、木屑、果壳等廉价易得的生物质原料作为碳源，采用瞬时轰爆释压技术处理以产生荧光碳点，然后溶解、分离得到荧光碳点的溶液，能够实现低成本、大批量、高效率地制备生物质荧光碳点，适合工业化生产。所得荧光碳点的应用广泛，具有很好的社会经济效益。

本发明的技术方案是：一种利用生物质原料制备荧光碳点的方法，包括以下步骤：

（1）原料粉碎：将生物质原料粉碎至粒径50mm以内；

（2）轰爆释压处理：将步骤（1）所得物料置入密闭容器中，通入饱和水蒸气使其升压至0.5-2.5MP，保压时间为30-360s，通过闪速开启密闭容器端盖的方式在87.5毫秒内释压至大气压，物料爆出到收集仓内，收集物料；

（3）碳点分离：将荧光碳点从步骤（2）所得物料中分离出来。

本发明中，步骤（3）的荧光碳点分离方法为：

（1）向物料中加入可溶解荧光碳点的溶剂，充分溶解，得到固液混合物料；

（2）将所得固液混合物料进行固液分离，得到荧光碳点溶液；

（3）将荧光碳点溶液蒸馏、烘干，得到荧光碳点的固体粉末。