一种荧光碳纳米材料的纤维固载方法与流程

文档序号：14243271阅读：256来源：国知局

一、技术领域：

本发明涉及一种荧光碳纳米材料的固载方法，特别是涉及一种荧光碳纳米材料的纤维固载方法。

二、

背景技术：
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与传统的半导体量子点和荧光染料相比，荧光碳纳米材料具有无毒、低成本、抗光漂泊、优异的化学稳定性和生物相容性等优点，在荧光探针、生物成像、荧光油墨、半导体发光、太阳能电池和光催化领域具有一定应用前景，特别是在光催化领域，荧光碳纳米材料的光响应范围更宽(从紫外到近红外)，可利用的太阳光更多。因此，在可见光和近红外光催化方面具有广阔的应用价值和前景。

虽然荧光碳纳米材料具有优异的光催化性能，但是在使用过程中很难回收和重复利用，并且与产物分离困难，从而严重限制了荧光碳纳米材料在工业中的实际应用。将催化剂固载到易分离的多孔材料或者纤维材料上是解决催化剂回收和重复利用问题的有效途径；然而荧光碳纳米材料在固体条件下会出现严重的荧光淬灭现象，从而明显降低其光催化活性。因此，常见的无机催化剂载体并不能有效地解决实际问题。专利cn105713607a公开了负载碳量子点的介孔二氧化硅聚丙烯氰核壳纳米纤维膜的制备及应用，此方法属于物理负载，容易脱落和荧光淬灭。荧光碳纳米材料的固载目前还处于研究的起步阶段，需要解决的两个关键问题是选择对荧光碳纳米材料光学性能的影响较小的载体和荧光碳纳米材料与载体的结合方式。

三、

技术实现要素：
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本发明要解决的技术问题是：为了克服荧光碳纳米材料在荧光探针、光催化等领域应用过程中分离和循环使用难题，解决荧光碳纳米材料固载后的荧光淬灭技术问题，本发明提供一种新的荧光碳纳米材料的纤维固载方法。本发明技术方案利用有效加热的方式将荧光碳纳米材料通过化学键固载在功能纤维上，从而有效解决了荧光碳纳米材料在荧光探针、光催化等领域应用过程中分离和循环的使用难题以及荧光碳纳米材料固载后的荧光淬灭技术难题。

为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：

本发明提供一种荧光碳纳米材料的纤维固载方法，所述固载方法包括以下步骤：

a、首先将功能纤维加入溶剂a中进行溶胀，溶胀时间为1～48h，溶胀后将溶剂a滤出，得到溶胀后的功能纤维；所述功能纤维与溶剂a的质量体积比(g/ml)为1：10～100；

b、将荧光碳纳米材料超声分散于溶剂b中，然后加入步骤a溶胀后的功能纤维搅拌均匀；所述功能纤维与荧光碳纳米材料之间的质量比为1：0.01～1；

c、将步骤b搅拌均匀的混合材料加热升温至40～180℃，在此温度条件下反应1～48h，反应结束后冷却至室温；

d、将步骤c冷却后的产物进行充分洗涤，洗涤后进行真空干燥，干燥后得到纤维固载的荧光碳纳米材料。

根据上述的荧光碳纳米材料的纤维固载方法，步骤a中所述溶剂a为水、乙醇、二氯乙烷、n，n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和硝基苯中的至少一种。

根据上述的荧光碳纳米材料的纤维固载方法，步骤a中所述功能纤维为弱酸性离子交换纤维或弱碱性离子交换纤维。

本发明采用的弱酸性离子交换纤维为按照专利号为cn200410060275.0(专利名称为：离子交换纤维及其织物的制备方法)的发明专利说明书中实施例1-10制备的氢型离子交换纤维。

本发明采用的弱碱性离子交换纤维为按照专利号为cn95116025.7(专利名称为：酸性气体吸附纤维及其制备工艺和装置)的发明专利说明书中实施例1-3制备的吸附纤维或按照文献“弱碱性离子交换纤维的制备及对水杨酸的吸附性能”(高分子材料科学与工程，2015，31(1)：78-87)制备的吸附纤维。

根据上述的荧光碳纳米材料的纤维固载方法，步骤a中所述溶胀时间为6～24h。

根据上述的荧光碳纳米材料的纤维固载方法，步骤b中所述荧光碳纳米材料为碳量子点、氧化石墨烯量子点、石墨烯量子点或碳点。

根据上述的荧光碳纳米材料的纤维固载方法，步骤b中所述溶剂b为水、乙醇、甲醇、二氯乙烷、n，n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和硝基苯中的至少一种。

根据上述的荧光碳纳米材料的纤维固载方法，步骤c中反应时间为6～24h。

根据上述的荧光碳纳米材料的纤维固载方法，步骤c中加热升温的方式为油浴加热、水热反应釜加热、微波辅助加热或超声辅助加热。

根据上述的荧光碳纳米材料的纤维固载方法，步骤d中充分洗涤时所采用的溶剂为水、甲醇、乙醇和丙酮中的至少一种。

根据上述的荧光碳纳米材料的纤维固载方法，步骤d中所述真空干燥时真空度为0.08mpa，干燥温度为40～100℃，干燥时间为4～48h。

本发明的积极有益效果：

1、本发明首次利用功能纤维为基体，利用功能纤维上的氨基或者羧基与荧光碳纳米材料表面羧基或者氨基官能团的反应将荧光碳纳米材料有效的固载，并保持荧光碳纳米材料原有的荧光及催化性能。固载后得到的荧光碳纳米材料在使用过程中，荧光碳纳米材料可以通过简单的过滤或者离心就可以有效地分离，分离后的荧光碳纳米材料可以进一步再生循环使用。因此，本发明技术方案能够有效克服了荧光碳纳米材料在荧光探针、光催化等领域应用过程中的分离和循环使用难题、解决荧光碳纳米材料固载后的荧光淬灭问题。

2、本发明可以采用多种加热方式，实现荧光碳纳米材料的有效结合，通过加热方式和时间可以调控荧光碳纳米材料在功能纤维上的固载量。

3、本发明技术方案经过试验验证，成熟稳定、反应过程简单、操作方便、时间短、能耗低、易于处理、污染小。固载荧光碳纳米材料后的功能纤维不仅可以保持荧光碳纳米材料的荧光性能，还可以保持功能纤维形的形貌、结构和机械性能。

四、附图说明：

图1本发明实施例1所得负载荧光碳纳米材料的扫描电镜图片；

图1中：a)和c)为弱碱性离子交换纤维放大500和5000倍下的扫描电镜图片，b)和d)为制备的纤维固载的荧光碳量子点放大500和5000倍下的扫描电镜图片。从图1中可以看出：纤维直径在20μm左右，负载荧光碳量子点后的纤维整体形貌和形态没有明显的改变，说明纤维的稳定性和机械性能良好。

图2本发明实施例1荧光碳纳米材料(即碳量子点)与纤维负载后荧光碳纳米材料(即纤维固载的碳量子点)的激发光谱(em＝460nm)；

图3本发明实施例1负载荧光碳纳米材料的纤维(即所得纤维固载的碳量子点)在不同波长激发下的发射波谱。

由图3可以说明：荧光碳纳米材料负载到了纤维上，并保持荧光性能。

图4本发明功能纤维负载荧光碳纳米材料对不同浓度六价铬的荧光光谱。

从图4中可以看出，随着六价铬浓度的增加，负载荧光碳纳米材料的纤维的荧光强度逐渐下降。

五、具体实施方式：

以下结合实施例进一步阐述本发明，但并不限制本发明所保护的技术内容。

实施例1：