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煙草廢水制備多色熒光碳量子點的方法

發布時間:2019-6-30 10:25:01  中國污水處理工程網

  申請日2019.04.16

  公開(公告)日2019.06.14

  IPC分類號C01B32/15; C09K11/65

  摘要

  本發明公開一種用煙草廢水制備多色熒光碳量子點的方法,屬于碳量子點制備技術領域。本發明將煙草廢水勻速升溫至200~300℃,并在此溫度范圍加熱反應1~3 h至有機物脫水、碳化、變色得到反應產物A;待反應產物A冷卻至室溫,將修飾劑加入到反應產物A中混合均勻得到混合溶液B;將混合溶液B攪拌5~10 min,再超聲處理5~10 min,靜置后取上層清液進行離心處理,再靜置,取上層清液即得分散于修飾劑中的多色熒光碳量子點。本發明以煙草廢水為碳源,通過簡單的熱解反應制備碳量子點,并分別以乙醇、去離子水、草酸和氫氧化鈉溶液作為修飾劑分散碳量子點,可將碳量子點的熒光發射波長從藍光區調至黃光區。

  

 

權利要求書

  1.一種用煙草廢水制備多色熒光碳量子點的方法,其特征在于,具體步驟如下:

  (1)將煙草廢水勻速升溫至200~300 ℃,并在此溫度范圍加熱反應1~3 h至有機物脫水、碳化、變色得到反應產物A;

  (2)將步驟(1)反應產物A冷卻至室溫,將修飾劑加入到反應產物A中混合均勻得到混合溶液B;

  (3)將步驟(2)的混合溶液B攪拌5~10 min,再超聲處理5~10 min,靜置后,取上層清液進行離心處理,再靜置,取上層清液即得分散于修飾劑中的多色熒光碳量子點。

  2.根據權利要求1所述的用煙草廢水制備多色熒光碳量子點的方法,其特征在于:步驟(2)所述的修飾劑為乙醇、去離子水、草酸溶液或氫氧化鈉溶液。

  3.根據權利要求2所述的用煙草廢水制備多色熒光碳量子點的方法,其特征在于:乙醇為分析純,草酸溶液的濃度為1 ~ 8 g/L,氫氧化鈉溶液的濃度為1 ~ 8 g/L。

  4.根據權利要求1所述的用煙草廢水制備多色熒光碳量子點的方法,其特征在于:步驟(2)所述的修飾劑與反應產物A的體積比為 (5~10): 1。

  5.根據權利要求1所述的用煙草廢水制備多色熒光碳量子點的方法,其特征在于:步驟(3)離心處理的轉速為8000~12000 r/min,離心時間為10~30 min。

  說明書

  一種用煙草廢水制備多色熒光碳量子點的方法

  技術領域

  本發明涉及一種用煙草廢水制備多色熒光碳量子點的方法,屬于碳量子點制備技術領域。

  背景技術

  碳量子點是尺寸小于20 nm的新型零維碳納米材料,具有優越的熒光特性,獨特的化學、電子和光學性質。與傳統的染料分子和半導體量子點相比,碳量子點具有高化學穩定性、低細胞毒性、生物相容性、獨特的電子和光學性能、抗代謝降解等優點。因此,碳量子點可作為高級熒光材料廣泛應用于光電子器件、能量轉換、光催化、傳感器、生物成像、細胞標記和藥物傳遞等諸多領域,而且應用潛力巨大、前景廣闊,倍受學術界和產業界關注,相關的研究及應用也迅速成為充滿生機并高速發展的新領域。

  由于碳量子點具有優異的物理化學性能和廣泛的應用前景,越來越多的制備方法被開發和采用。“自上而下”的方法主要包括利用高分辨率電子束對石墨微晶進行光刻、通過水熱切割、電化學途徑或化學氧化處理碳纖維和炭黑,這類方法均要求特殊設備、特殊合成條件、且制備得到的碳量子點產率低、難以控制尺寸分布。而“自下而上”的方法,主要是以各種有機物為碳源,通過熱處理使有機物碳化獲得碳量子點,包括水熱合成、熱解等方法,這些方法可控制碳量子點的形貌和尺寸分布,并可通過修飾劑對碳量子點進行表面改性以及鈍化處理,從而改善碳量子點的熒光特性和電學性能。人們在優化碳量子點制備方案的同時,還在尋找能獲得高產率熒光碳量子點并對環境友好的新碳源,比如利用秸稈、樹葉、水果皮、甘蔗渣等生物質作為碳源,或廢物利用,用工業廢水作碳源。

  煙草是茄科煙草屬植物,目前已鑒定出來的化合物有3000多種。煙梗是煙葉的粗梗葉脈,約占煙葉重量的1/3。煙梗的成分與煙葉基本一致,主要包括纖維素、木質素、戊聚糖、煙堿、果膠、煙草葉蛋白、茄尼醇、木糖等有機物質,還含有氮、鉀、氯和硫等元素。煙草企業在卷煙生產過程中會產生數量可觀的煙草廢水。據統計,我國多數煙草加工企業年廢水排放量達175~600 km3。在卷煙生產過程中,制絲工序需要用水對煙梗進行清洗和調整煙絲濕潤度、并采用蒸汽進行烘干和濕潤煙絲,從而產生數量可觀的煙草廢水。這些煙草廢水含有大量的細小懸浮物、木質素、煙堿、茄尼醇、糖類物質和芳香類等有機物質,其中木質素、纖維素和糖類物質相對含量較高。據測試,煙草廢水的化學耗氧量(COD)高達11000-13000mg/L,廢水溫度為45~70℃,含有大量的熱量,若不加處理直接排放,不僅造成資源、能源浪費,還會造成嚴重的環境污染。此外,由于煙草廢水中含有的物質結構穩定、復雜,使其用通常的工業廢水厭氧生化處理成為難題,不但達標排放難,而且難于達到再生回用水標準。

  發明內容

  針對現有技術中煙草廢水處理存在的問題,本發明提出一種用煙草廢水制備多色熒光碳量子點的方法,即以煙草廢水為碳源,通過簡單的熱解反應制備碳量子點,并分別以乙醇、去離子水、草酸和氫氧化鈉溶液作為修飾劑,調整碳量子點的熒光波長,以滿足實際應用需求。

  本發明的目的是把煙草廢水作為資源利用,采用簡單的制作工藝從源頭消除煙草廢水中有機物污染環境的隱患,同時獲得高附加值的碳量子點新材料,變廢為寶。

  由于本發明工藝簡單、成本低廉、節能省時、原料易得、資源豐富、適合于規模化生產,并且投資小,回報率高,見效快。因此,本發明可解決目前煙草加工企業的廢水處理問題。

  一種用煙草廢水制備多色熒光碳量子點的方法,具體步驟如下:

  (1)將煙草廢水勻速升溫至200~300 ℃,并在此溫度范圍加熱反應1~3 h至有機物脫水、碳化、變色得到反應產物A;

  (2)將步驟(1)反應產物A冷卻至室溫,將修飾劑加入到反應產物A中混合均勻得到混合溶液B;

  (3)將步驟(2)的混合溶液B攪拌5~10 min,再超聲處理5~10 min,靜置后取上層清液進行離心處理,再靜置,取上層清液即得分散于修飾劑中的多色熒光碳量子點。

  所述步驟(2)修飾劑為乙醇、去離子水、草酸溶液或氫氧化鈉溶液。

  所述乙醇為分析純,草酸溶液的濃度為1 ~ 8 g/L,氫氧化鈉溶液的濃度為1 ~ 8g/L。

  所述步驟(2)修飾劑與反應產物A的體積比為 (5~10): 1。

  所述步驟(3)離心處理的轉速為8000~12000 r/min,離心時間為10~30 min。

  本發明的有益效果:

  (1)本發明以煙草廢水為前驅體,通過簡單的熱解反應制備碳量子點,并分別采用乙醇、去離子水、草酸或氫氧化鈉溶液作修飾劑分散碳量子點,可調控碳量子點的熒光發射波長;

  (2)本發明用煙草廢水熱解制備碳量子點,從原料-制備過程-產品全程節能環保,可以資源化利用煙草廢水,實現零污染排放,有效減輕煙草企業的污水排放壓力;

  (3)本發明選用煙草廢水為碳源,熱解合成碳量子點,工藝簡單、成本低廉、節能省時、適合于規模化生產,并且原料易得、資源豐富、綠色環保、可達到節能減排的目的;

  (4)本發明以煙草廢水為碳源,利用熱解法制備碳量子點,能夠有效地降解煙草廢水中高濃度的有機物,并變廢為寶,生產出高附加值的碳量子點發光材料,同時產生經濟效益、生態效益和社會效益;

  (5)本發明采用熱解合成的碳量子點結晶度高、尺寸均勻、熒光量子效率高,水溶性、分散性和光穩定性好。由于碳量子點毒性低,可用于細胞標記、生物成像、藥物輸送、熒光探針、光催化、光致發光和電致發光薄膜及器件等諸多領域。

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