一种以磺化煤为碳源通过臭氧氧化光还原技术简单快速制备荧光碳量子点的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米材料技术领域，采用一种臭氧氧化-光还原技术制备碳量子点的方法，尤其涉及一种简单快速的荧光碳量子点的制备方法。
【背景技术】
[0002]碳量子点是一种以碳元素为主体的新型荧光纳米材料。近年来，碳量子点以其卓越的光学性、化学稳定性、低毒性、生物相容性、制备原料广泛、制备方法多种多样以及造价便宜等优势，引起了科学界广泛的关注，在生物、医学、化学传感器、光催化等技术领域有很广泛的应用前景。
[0003]碳量子点的合成方法包括两种:自上而下合成法和自下而上合成法。前者以较大的碳骨架为碳源，对其进行剥落处理，得到纳米碳颗粒的合成方法；后者则是以较小碳颗粒为碳源，对其进行修饰、钝化而合成碳量子点的方法。自上而下合成法又包括:激光销蚀法/钝化法，该方法通过激光束对碳靶进行照射，将纳米碳颗粒从碳靶上剥落下来，从而获得碳量子点，其缺点是制备产率低、粒径均一性差、纯度较低；电化学法，该方法制备碳量子点所需要的时间较长，一般为720小时；弧光放电法，该方法制备的碳量子点产率较低、纯化过程复杂且产物收集比较困难，因此该方法较少使用。自下而上合成法又包括:化学氧化法，该方法通过氧化剂对碳材料进行氧化而制备得到碳量子点，其缺点为制备产率低，所使用的试剂多为强酸或具有强腐蚀性的液体，反应剧烈且不符合环境友好的要求，不适于碳量子点的大量制备；模板法，该方法先在合适的模板上合成碳量子点，然后用酸刻蚀等方法除去模板，应用模板法制备的碳量子点，粒径更加均匀且纯度较高，便于后期的表面修饰，但缺点为在合成过程中需对模板进行刻蚀，成本较高，且模板的残留使得碳量子点不能被完全提取，因此其产率相对较低；微波辅助法，该方法用微波处理碳前驱体，大大简化了碳量子点的合成步骤，但产率较低；热分解法，是通过高温分解有机碳源制备碳量子点的方法，目前对该方法的研宄主要集中在对不同碳源的选择和尝试，寻找廉价且所合成的碳量子点性质优良的碳前驱体，但该方法在碳化过程中需不断补加水，操作较为繁琐；反胶束法，是一种全新的制备碳量子点的制备方法，用这种方法制备的碳量子点产率和粒径均匀度等方面均显示出极大的优势，但该方法反应条件比较苛刻，且氩气价格昂贵，因此该方法还无法广泛应用。
[0004]上述的这些合成碳量子点的过程繁琐、原材料昂贵且条件苛刻，不仅不经济环保，而且由于合成成本高，在很大程度上限制了荧光碳量子点的大规模生产和实际的应用。因此，简便、快速、低成本、无毒以及环境友好的绿色方法制备具有荧光性能的碳纳米点具有重要的意义。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的缺陷，本发明采用一种臭氧氧化-光还原技术以磺化煤为碳源通过臭氧氧化-光还原技术简单快速实现荧光碳量子点的合成。
[0006]具体通过以下技术方案实现:
[0007]一种以磺化煤为碳源通过臭氧氧化-光还原技术简单快速制备荧光碳量子点的方法，包括以下步骤:
[0008](I)将磺化煤与水混合制备成黑色悬浊液，将所述黑色悬浊液置于超声破碎机中2h ；
[0009](2)对步骤(I)得到的悬浊液进行臭氧氧化处理，悬浊液颜色由黑色变成黄色；
[0010](3)将步骤(2)得到的黄色悬浊液进行光还原处理；
[0011](4)将步骤(3)得到的还原产物进行高速离心处理，得到黄色上清液；
[0012](5)将步骤(4)得到的黄色上清液进行旋蒸，得到浓缩溶液；
[0013](6)将步骤(5)得到的浓缩溶液在-50°C条件下进行冷冻干燥至粉末状。
[0014]进一步地，在上述技术方案中，所述的碳源为磺化煤。
[0015]进一步地，在上述技术方案中，磺化煤颗粒直径为1.2?2.5mm。
[0016]进一步地，在上述技术方案中，磺化煤样品与水质量比为1:100?150。
[0017]进一步地，在上述技术方案中，所述的臭氧氧化过程中以氧气为气源，
[0018]进一步地，在上述技术方案中，所述的臭氧氧化过程中气体流量为0.lNm2/h，臭氧浓度为100-130mg/L，臭氧产率为10g/h，温度设置为25°C。
[0019]进一步地，在上述技术方案中，所述的臭氧氧化的时间为60-120min ；优选90_120min，更优选的氧化时间为90min。
[0020]进一步地，在上述技术方案中，所述的光还原处理方式为紫外灯照射lh。
[0021]进一步地，在上述技术方案中，所述的高速离心处理转数为16000rpm，离心时间为Ih0
[0022]发明有益效果
[0023]本发明所用碳源为磺化煤，价格低廉，简便易得；臭氧氧化-光还原技术工艺简单，用时短；后期产物处理中所采用的旋蒸、冷冻干燥处理方法操作简单，不需要进行复杂的后期强酸或表面钝化处理，易于推广和大规模生产，具有良好的应用前景。
【附图说明】
[0024]图1为本发明实施例1、2、3制备的荧光碳量子点的紫外-可见吸收光谱图；
[0025]图2为本发明实施例1制备的荧光碳量子点水溶液在不同激发波长下的荧光发射光谱图；
[0026]图3为本发明实施例2制得的荧光碳量子点水溶液在不同激发波长下的荧光发射光谱图；
[0027]图4为本发明实施例3制得的荧光碳量子点水溶液在不同激发波长下的荧光发射光谱图；
[0028]图5为本发明实施例1、2、3制备的荧光碳量子点水溶液在相同激发波长下的荧光发射光谱图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明并不限于此。
[0030]实施例1
[0031]以磺化煤为碳源通过臭氧氧化-光还原技术简单快速实现荧光碳量子点的制备方法，包括如下步骤:
[0032](I)将颗粒直径为1.2?2.5mm的磺化煤与水混合制备成黑色悬浊液，将所述黑色悬浊液置于超声破碎机中2h ;磺化煤样品与水质量比为1:100 ;
[0033](2)将步骤(I)得到的悬浊液进行臭氧氧化处理，臭氧氧化过程中以氧气为气源，气体流量为0.lNm2/h，臭氧浓度为100-130mg/L，臭氧产率为10g/h，温度设置为25°C，臭氧氧化的时间为60min，悬浊液颜色由黑色变成黄色；
[0034](3)将步骤(2)得到的黄色悬浊液进行光还原处理，还原处理方式为紫外灯照射Ih ；
[0035](4)将步骤(3)得到的还原产物进行高速离心处理，高速离心处理转数为16000rpm，离心时间为lh，得到黄色上清液；
[0036](5)将步骤(4)得到的黄色上清液进行旋蒸，得到浓缩溶液；
[0037](6)将浓缩溶液在_50°C条件下进行冷冻干燥至粉末状。