[发明专利]多掺杂型碳量子点的一步水热合成方法

说明书

本发明公开了一种多掺杂型碳量子点的一步水热合成方法，以海产品加工废液为原料，在水热反应釜中加入去离子水或超纯水，在高温环境下进行水热反应，冷却得到多掺杂碳量子点粗产品；粗产品经滤膜过滤，透析袋透析得到多掺杂碳量子点提纯产品；海产品加工废液富含富蛋白质和氨基酸。该法以生物质废弃物海产品加工废液为碳源制备氮，磷，硫多掺杂型碳量子点，无需外加氮、磷、硫源，方法操作简单，绿色环保，所得碳量子点分散均匀，形貌可控。总之，本发明成本低廉、方便快速，易于工业化生产，产品可利用于多种领域，还解决了海产品加工废液的问题。

技术领域

本发明属于碳量子点合成技术领域，尤其涉及一种多掺杂型碳量子点的一步水热合成方法。

背景技术

碳量子点(CQDs)作为碳纳米材料家族中最年轻的一员，具有毒性弱、生物相容性好、荧光效率高、水溶性好且对环境友好等特点，在生物、环境以及能源等方面都有广泛的应用。CQDs的合成方法多种多样，制备过程简易，原料易得，在光催化、元素检测和生物成像上有很高的应用价值，因此近些年来受到了研究者们越来越多的关注和青睐。生物质材料作为一种可循环使用的资源，对环境非常友好，其含碳量高达45～55％，经过热处理后其含碳量更为丰富，是合成CQDs的理想原料。经过十几年的发展，科学家们已经利用生物质材料合成了各种各样的CQDs，并且可以应用于各种领域，该法原料价廉且易得、制备过程简单、有利于资源循环利用。

然而，未经修饰的碳量子点，荧光效率不高，理化性质单一，缺乏特异性功能，这对它的推广与应用构成了限制。为了解决这一问题，异原子掺杂型碳量子点应运而生。异原子的掺杂可以有效地引入带隙，增加碳量子点的缺陷，从而对碳量子点的反应活性，电子结构和光学性质进行调控。碳量子点掺杂中常见的异原子有氮、磷、硫、硅、硼、锰等。对于碳量子点异原子的掺杂，目前常用的策略是添加含有该原子的化合物，如氮掺杂型碳量子点常常通过掺杂尿素、氨水、乙二胺，但是通过外加杂原子源实现的掺杂无疑增加了实验操作和实验成本。

广西北部湾地区(钦北防)富产海鲜，海产品加工及运输的过程产生了大量废水，如果能将这些资源运用起来，变废为宝，实现资源循环利用的同时，也减轻了对环境的压力。海鲜废水中多为海鲜代谢所产生的有机物，它富含蛋白质与氨基酸，碳含量丰富，是理想的碳源；同时，原料中富含氮硫、磷等元素，无需外加元素便可合成多掺杂型碳量子点，提高其光电性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种操作简单、绿色环保的多掺杂型碳量子点的一步水热合成方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

多掺杂型碳量子点的一步水热合成方法，以海产品加工废液为原料，在水热反应釜中加入去离子水或超纯水，在高温环境下进行水热反应，冷却得到多掺杂碳量子点粗产品；粗产品经滤膜过滤，透析袋透析得到多掺杂碳量子点提纯产品；海产品加工废液富含富蛋白质和氨基酸。

上述多掺杂型碳量子点的一步水热合成方法，按以下步骤进行操作：

步骤S1：将海产品加工废液和去离子水加入到水热反应釜中，盖好盖子并拧紧；

步骤S2：将步骤S1中的水热反应釜加热进行水热反应，冷却至室温，即得多掺杂碳量子点粗产品；

步骤S3：将步骤S2中得到的多掺杂碳量子点粗产品先通过0.22μm滤膜除去大颗粒物质，再通过透析袋透析除去未反应的原料，得到多掺杂碳量子点提纯产品溶液。

步骤S1中海产品加工废液为1～10mL、去离子水为0～9mL，步骤S2中水热反应在140～240℃下进行2～12h，透析采用500～1000Da的透析袋透析12～36h。

步骤S1中海产品加工废液为9mL、去离子水为1mL，步骤S2中水热反应在220℃下进行5h，透析采用1000Da的透析袋透析24h。

水热反应采用数显式干燥箱加热或油浴加热。