[发明专利]一种煤基石墨烯量子点及其制备方法

说明书

本发明涉及一种煤基石墨烯量子点及其制备方法，该方法包括：将煤基原料与过量的硝酸混合，使得到的混合物进行预氧化反应，得到预氧化反应混合物；将预氧化反应混合物进行微波消解处理，得到氧化反应产物；去除氧化反应产物中的硝酸，将所得固体进行洗涤并干燥。本发明的方法条件能够降低氧化反应制备石墨烯量子点的苛刻度，缩短反应时间，有利于实现煤基原料的高值化利用。

技术领域

本发明涉及一种煤基石墨烯量子点及其制备方法。

背景技术

石墨烯量子点(graphene quantum dots，GQDs)作为一种新兴的纳米材料，除了具有石墨烯的优异性能外，还具有良好的化学惰性、生物相容性、低毒性、光致发光和上转换发光等特性，在生物成像、疾病检测、药物运输、光电器件、拉曼增强、催化剂、传感器等各个领域的应用逐渐成为研究热点，引起了化学、物理、材料和生物等各领域科学家的广泛关注。

GQDs的制备方法主要包括水热法、电化学法、混酸氧化法、超声法、微波法以及电子束刻蚀法等。这些方法的不足之处在于原材料昂贵、过程复杂、制备成本高等，由此限制了GQDs的低成本制备。

专利CN103803538A公开了一种煤基石墨烯量子点的宏量方法，其采用超声清洗机使粉碎后的煤粉均匀分散于剥离溶剂和剥离促进剂，然后通过水热反应、冷却离心去除未剥离的大颗粒后，获得煤基石墨烯量子点。

RuquanYe等人选用世界能源矿产资源丰富的煤为原料，采用浓硫酸和浓硝酸混酸氧化的方法，在100-120℃下回流处理24h制备获得石墨烯量子点；Yongqiang Dong等人也选用价格低廉的煤作为原料，在130℃下通过硝酸氧化反应24h，制备石墨烯量子点等石墨烯类化合物，这种在较高温度下进行较长时间的反应使得整个制备过程存在诸多安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤基石墨烯量子点及其制备方法，该方法可以降低氧化反应的苛刻度和石墨烯量子点的生产成本，同时实现煤炭资源价值的提升和高值化利用。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种制备煤基石墨烯量子点的方法，该方法包括：

S1、将煤基原料与过量的硝酸混合，使得到的混合物进行预氧化反应，得到预氧化反应混合物；

S2、将所述预氧化反应混合物进行微波消解处理，得到氧化反应产物；

S3、去除所述氧化反应产物中的硝酸，将所得固体进行洗涤并干燥。

可选地，步骤S1中，所述预氧化反应的条件包括：温度为15-30℃，时间为0.5-2h；

所述煤基原料与所述硝酸用量的重量比为1：(5-20)，优选为1：(8-15)；所述硝酸的浓度为65-68重量％。

可选地，步骤S2中，所述微波消解处理的条件包括：红外限值温度为100-200℃，时间为0.3-2h；

优选地，红外限值温度为120-180℃，时间为0.5-1h。

可选地，步骤S3包括：将所述固体溶解于水中并过滤，调节滤液的pH值为中性后再进行所述干燥。

可选地，所述干燥选自冷冻干燥和/或旋转蒸发干燥，优选为冷冻干燥。

可选地，所述煤基原料选自褐煤、烟煤、无烟煤和石油焦中的一种或几种；所述煤基原料的平均粒径为50-150μm。

可选地，步骤S1还包括：将所述煤基原料进行脱灰处理，所述脱灰处理后煤基原料中灰分的含量小于1重量％。

可选地，步骤S3中，采用微波消解赶酸去除所述氧化反应产物中的硝酸，所述微波消解赶酸的时间为10-40min，优选为15-30min。