一种利用玉米芯制备碳纳米颗粒的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于碳纳米颗粒的制备方法领域，特别涉及一种利用玉米芯制备碳纳米颗粒的方法。
【背景技术】
[0002]碳纳米颗粒的定义:至少在一个维度上尺寸小于100纳米的碳颗粒。由于碳纳米颗粒具有无毒、生物相容性好、成本低廉等特点，该材料被广泛的应用于生物标记、金属离子检测、催化降解等领域。目前，碳纳米颗粒的制备原料品种繁多，主要是一些碳水化合物(如葡萄糖、壳聚糖)，含碳的小分子(如，柠檬酸钠和三聚氰胺)，植物及植物提取物(如，蓖麻油，西瓜皮，橘子汁)，石化产品(如，煤和石墨)等。随着石油等自然资源的日益枯竭，可再生资源作为替代品引起了科学界的广泛关注。印度科学家SahU等人使用橘子汁作为反应原料，利用水热法合成了颗粒均勾的碳纳米颗粒(Sahu S.,Behera B, Maiti T.K., etal.Simple one-step synthesis of highly luminescent carbon dots from orangejuice:applicat1n as excellent b1-1maging agents, 2012，48，8835-8837.)。印度科学家Muthukumar等人使用蓖麻油作为原料，利用燃烧法搜集蓖麻油燃烧所产生的烟制备碳纳米颗粒(Muthukumar T., Prabhavathi S., Chamundeeswari M., et al.B1-modifiedcarbon nanoparticles loaded with methotrexate possible carrier for anticancerdrug delivery, Materials Science and Engineering C, 2014, 36, 14-19.)。此外，被使用生物质材料还有草莓汁、橘子皮等材料。尽管上述的生物质材料都是可再生能源，但是大部分是本身可以食用的。即便是废弃物，如橘子皮本身的产量有限，并且原料对储存条件的要求高。玉米芯作为可再生原料，本身的产量非常大并且储存条件要求不高。最终得到的产物分离提纯容易，且颗粒均匀；不需要使用透析袋，无机滤膜等装置进行分离提纯，工艺简单。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种利用玉米芯制备碳纳米颗粒的方法，该方法产率高，适合工业化生产，得到的碳纳米颗粒颗粒尺寸均匀，具有应用于荧光粉、生物标记等各个领域的潜力。
[0004]本发明的一种利用玉米芯制备碳纳米颗粒的方法，包括:
[0005](I)将玉米芯烘干，放入瓷舟中送入管式炉中，然后在惰性气体保护下煅烧；
[0006](2)煅烧结束后，自然冷却，取出样品，研磨，得到粉体；
[0007](3)将步骤(2)中得到的粉体放入浓硫酸和浓硝酸的混合溶剂中，80°C?120°C反应6h?48h，降至室温，得到混合液；
[0008](4)将超纯水1ml?10ml倒入步骤(3)中的混合液中，反应I?60min，加入超纯水结束反应；
[0009](5)将步骤(4)中结束反应后的反应液静置，取下层沉淀，离心，然后加入超纯水，超声，离心，至上层清液透明，取下层粉体真空冷冻干燥，得到碳纳米颗粒。
[0010]所述步骤(I)中瓷舟为氧化铝或者石英等耐高温的材质制得；管式炉中的反应管为石英玻璃材质或氧化铝材质。
[0011]所述步骤(I)中玉米芯烘干是指玉米芯放入烘箱中烘至玉米芯重量不再随着时间的变化而变化；烘干的温度为60?100°C，时间为6?24h。
[0012]所述步骤(I)中惰性气体为氮气或者氩气。
[0013]所述步骤⑴中煅烧的条件为:升温速度为0.1?20°C /min,温度升至500?2400 °C，保温 0.1 ?48h。
[0014]所述步骤(2)中研磨时加入酒精，研磨结束后烘干；其中，研磨时先在玛瑙研磨罐中粗磨，随后放入行星式球磨机中研磨。
[0015]所述步骤(3)中浓硫酸与浓硝酸的摩尔质量比为10:1?1:10 ;浓硫酸与浓硝酸的总量与粉体的体积质量比为I?1000:1。
[0016]所述浓硫酸的质量分数为95 %?98 %，浓硝酸的质量分数为65 %?68 %。
[0017]所述步骤(4)中结束反应时超纯水与步骤(3)所使用的酸的质量比为I?1000:
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[0018]所述步骤(5)中静置的时间为Ih?15d。
[0019]所述步骤(5)中离心速度为10000转/min?24000转/min，离心时间为30min?1h ;超声的时间为1min?6h。
[0020]所述步骤(5)中离心和超声为重复操作过程，至上层清液完全透明为止。
[0021]所述步骤(5)中真空冷冻干燥的真空度小于20pa，温度为_40°C，时间为6?48。
[0022]有益效果
[0023](I)本发明的方法使用可再生的废弃物玉米芯为原材料，具有容易存放和不易变质的特点；
[0024](2)本发明的方法适合工业化生产，制备得到的碳纳米颗粒具有产率高、颗粒尺寸均匀的优点，以及应用于荧光粉、生物标记等各个领域的潜力。
【附图说明】
[0025]图1为实施例1中得到煅烧后的玉米芯的拉曼光谱；
[0026]图2为实施例1中得到碳纳米颗粒的透射电镜照片；
[0027]图3为实施例1中得到碳纳米颗粒的X射线衍射光谱；
[0028]图4为实施例1中得到碳纳米颗粒的红外光谱；
[0029]图5为实施例1中得到碳纳米颗粒的X射线光电子能谱的全谱；
[0030]图6为实施例1中得到碳纳米颗粒的X射线光电子能谱的C Is谱；
[0031]图7为实施例1中得到碳纳米颗粒的荧光光谱；
[0032]图8为实施例1中得到碳纳米颗粒的上转换荧光光谱；
[0033]图9为实施例1中得到碳纳米颗粒的可见-紫外吸收光谱；
[0034]图10为实施例1中得到碳纳米颗粒的拉曼光谱。
【具体实施方式】
[0035]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0036]实施例1
[0037]取玉米芯放入60°C的烘箱内烘烤24h。将烘干后发脆的玉米芯放入石英管式炉中，在氩气气氛的保护下高温煅烧。(参数:5°C /min升温至1000°C，并在1000°C保温4小时后自然冷却。)
[0038]将煅烧后的玉米芯和酒精放入带有玛瑙球的玛瑙研磨罐中粗磨，随后放入行星式球磨机中研磨2h。取出研磨后的磨料，将其连酒精一起倒入玻璃烧杯内。在60°C的条件下烘烤12小时，对产物进行除水处理。
[0039]用分析天平称取Ig研磨后的产物，与30ml浓HN03，90ml浓H2SO4+起置于带回流冷凝的加热装置中以95°C的条件下加热回流24h。待反应液冷却之后，将其倾倒入5000ml的玻璃烧杯中，随后加入50ml超纯水反应15min，最后加入100ml超纯水终止反应。
[0040]将反应液静置7天，轻轻倒掉上层清液。取下层沉淀在12000转/min的速度下离心2小时取沉淀。随后用超纯水清洗后再次离心，如此重复操作十次，至上