本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，特別涉及碳量子點(diǎn)的阻垢應(yīng)用及阻垢劑。

背景技術(shù)：

工業(yè)循環(huán)冷卻水處理中往往會(huì)生成垢，嚴(yán)重影響儀器設(shè)備的運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生爆炸，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

為了防止垢的生成，往往是在里面加入阻垢劑來阻止垢的生成。目前阻垢劑大致可分為磺酸類阻垢劑、含磷類阻垢劑、綠色環(huán)保型阻垢劑和羧酸類阻垢劑四種，磺酸類阻垢劑由于其降解性差正逐漸被人們所摒棄，而含磷類阻垢劑雖然具有優(yōu)良的阻垢性能，但隨著國家對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，其使用受到了嚴(yán)格的限制，綠色環(huán)保型阻垢劑雖然符合當(dāng)今時(shí)代的要求，但其價(jià)格昂貴因此應(yīng)用范圍窄，結(jié)合以上所述情況，羧酸類阻垢劑由于其低造價(jià)、高性能和高環(huán)保性的特色，正在備受人們的關(guān)注。另外，隨著社會(huì)的發(fā)展，量子點(diǎn)由于其特殊的性能優(yōu)點(diǎn)逐漸在醫(yī)藥、電池、傳感等領(lǐng)域得到了巨大的發(fā)展，但從未有人將其應(yīng)用在阻垢方面。

因此，將以上兩個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)相結(jié)合以期實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的技術(shù)效果，此類研究目前仍屬空白。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為解決以上問題，本發(fā)明提供碳量子點(diǎn)的阻垢應(yīng)用及阻垢劑。本發(fā)明的技術(shù)方案是通過以下實(shí)現(xiàn)的。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面提供碳量子點(diǎn)在阻垢領(lǐng)域的應(yīng)用。

其中，阻垢領(lǐng)域具體包括水處理、設(shè)備阻垢、采油阻垢和脫鹽阻垢多個(gè)領(lǐng)域。

其中，該碳量子點(diǎn)通過利用檸檬酸和氫氧化鈉通過高溫?zé)峤夥ㄖ苽洹?/p>

其中，該碳量子點(diǎn)的粒徑位于2～50nm之間。

其中，高溫?zé)峤夥ň唧w包括以下步驟：

(1)將單體檸檬酸高溫處理，得到粘稠狀液體；

(2)將粘稠狀液體冷卻至室溫，加入去離子水，形成固液混合體系；

(3)向固液混合體系中加入氫氧化鈉溶液，至固體溶解，形成ph值為6.2～8.1的溶液；

(4)對(duì)溶液進(jìn)行冷凍干燥，形成碳量子點(diǎn)。

其中，步驟(1)包括：高溫處理方式為油浴，油浴的加熱溫度為150～200℃，加熱時(shí)間為20～50h。

步驟(2)包括：加入的去離子水與單體檸檬酸的質(zhì)量比為45～65:55～35。

步驟(3)包括：分多次加入氫氧化鈉溶液中和，加入的氫氧化鈉溶液的濃度為5mol/l。

其中，步驟(1)包括：加熱時(shí)間為36～45h。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面提供一種阻垢劑，包含該碳量子點(diǎn)。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面提供該阻垢劑在水處理、設(shè)備阻垢、采油阻垢和脫鹽阻垢領(lǐng)域的應(yīng)用。

其中，該設(shè)備為管道、換熱器、反滲透膜、微濾膜、納濾膜、超濾膜中的一種。

碳量子點(diǎn)是碳納米粒子表面覆蓋一種特殊的聚合物的納米粒子，可采用“自上而下”和“自下而上”兩種方法合成，由于碳量子點(diǎn)的表面含有大量羧酸基團(tuán)和羥基基團(tuán)，能夠與金屬離子絡(luò)合，產(chǎn)生極易溶于水的絡(luò)合物，因此能夠阻止水垢的形成。采用“自下而上”的檸檬酸單體與氫氧化鈉的高溫?zé)峤夥ê铣商剂孔狱c(diǎn)時(shí)，高溫能夠使檸檬酸分子內(nèi)的鍵斷開然后再與其它斷鍵的檸檬酸分子聚合，形成特定長度的碳包骨架，該碳包骨架在一定程度上能夠顯化羧酸基團(tuán)和羥基基團(tuán)的性能，加劇其與金屬離子的絡(luò)合。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，用這種方法合成出來碳量子點(diǎn)，其阻垢能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于相同濃度的其原料(檸檬酸)。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1.本發(fā)明開創(chuàng)性地將量子點(diǎn)技術(shù)應(yīng)用于阻垢領(lǐng)域，其作為阻垢成份，具有合成工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，綠色無毒易降解等特點(diǎn)，符合環(huán)保的整體趨勢(shì)要求。

3.本發(fā)明通過實(shí)驗(yàn)證明，單體檸檬酸和氫氧化鈉通過高溫?zé)峤夥ê铣傻奶剂孔狱c(diǎn)，其阻垢功能強(qiáng)大，遠(yuǎn)超過同濃度的檸檬酸。

附圖說明

通過閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。而且在整個(gè)附圖中，用相同的參考符號(hào)表示相同的部件。在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式碳量子點(diǎn)的阻垢應(yīng)用及阻垢劑的碳量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的碳量子點(diǎn)的阻垢應(yīng)用及阻垢劑的碳量子點(diǎn)與檸檬酸的紅外光譜對(duì)比圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的碳量子點(diǎn)的阻垢應(yīng)用及阻垢劑的碳量子點(diǎn)與檸檬酸的阻垢效率對(duì)比示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的示例性實(shí)施方式。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實(shí)施方式，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施方式所限制。相反，提供這些實(shí)施方式是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將通過具體實(shí)施例的形式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的解釋。

實(shí)施例1高溫?zé)峤夥ê铣傻奶剂孔狱c(diǎn)x1

將單體檸檬酸加入到三口燒瓶中，將燒瓶放入油浴溫度為200℃的油浴鍋中高溫處理20h，待燒瓶冷卻至室溫后，加入與單體檸檬酸的質(zhì)量比為45:55的去離子水，將三口燒瓶放在磁力攪拌器上攪拌，并分三次逐次加入濃度為5mol/l的氫氧化鈉溶液，直到固體全部溶解且溶液的ph為6.2，將該接近中性的溶液放入冷凍干燥器冷凍干燥，最后得到碳量子點(diǎn)x1。

檢測(cè)結(jié)果：

1.經(jīng)測(cè)定，碳量子點(diǎn)x1為黃褐色固體形態(tài)，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.使用紅外光譜儀對(duì)碳量子點(diǎn)x1和檸檬酸進(jìn)行比較檢測(cè)，如圖2的紅外圖譜所示，碳量子點(diǎn)x1的紅外譜圖中，在1568cm^-1和1398cm^-1處有兩明顯的峰，其分別為c＝o和c-h的伸縮振動(dòng)峰，因此證明碳量子點(diǎn)x1含有羧酸基團(tuán)和羥基集團(tuán)，另外兩個(gè)伸縮振動(dòng)峰的吸收度均小于檸檬酸的振動(dòng)峰，因此證明碳量子點(diǎn)x1內(nèi)含有特定長度的碳包骨架。

3.根據(jù)國標(biāo)gb/t16632-2008進(jìn)行阻垢效率檢測(cè)，當(dāng)測(cè)試溫度為80℃時(shí)，加入碳量子點(diǎn)x1的濃度為350ppm時(shí)，其對(duì)硫酸鈣的阻垢效率可達(dá)到94％；當(dāng)測(cè)試溫度為60℃時(shí)，加入碳量子點(diǎn)x1的濃度為100ppm時(shí)，其對(duì)硫酸鈣的阻垢效率可達(dá)到96％。

實(shí)施例2高溫?zé)峤夥ê铣傻奶剂孔狱c(diǎn)x2

將單體檸檬酸加入到三口燒瓶中，將燒瓶放入油浴溫度為180℃的油浴鍋中高溫處理50h，待燒瓶冷卻至室溫后，加入與單體檸檬酸的質(zhì)量比為65:35的去離子水，將三口燒瓶放在磁力攪拌器上攪拌，并分四次逐次加入濃度為5mol/l的氫氧化鈉溶液，直到固體全部溶解且溶液的ph為6.8，將該接近中性的溶液放入冷凍干燥器冷凍干燥，最后得到碳量子點(diǎn)x2。

檢測(cè)結(jié)果：

根據(jù)國標(biāo)gb/t16632-2008進(jìn)行阻垢效率檢測(cè)，當(dāng)測(cè)試溫度為80℃時(shí)，加入碳量子點(diǎn)x2的濃度為300ppm時(shí)，其對(duì)硫酸鈣的阻垢效率可達(dá)到92％；當(dāng)測(cè)試溫度為60℃時(shí)，加入碳量子點(diǎn)x2的濃度為100ppm時(shí)，其對(duì)硫酸鈣的阻垢效率可達(dá)到95％。

實(shí)施例3高溫?zé)峤夥ê铣傻奶剂孔狱c(diǎn)x3

將單體檸檬酸加入到三口燒瓶中，將燒瓶放入油浴溫度為190℃的油浴鍋中高溫處理40h，待燒瓶冷卻至室溫后，加入與單體檸檬酸的質(zhì)量比為50:45的去離子水，將三口燒瓶放在磁力攪拌器上攪拌，并分二次逐次加入濃度為5mol/l的氫氧化鈉溶液，直到固體全部溶解且溶液的ph為7，將該中性的溶液放入冷凍干燥器冷凍干燥，最后得到碳量子點(diǎn)x3。

檢測(cè)結(jié)果：

根據(jù)國標(biāo)gb/t16632-2008進(jìn)行阻垢效率檢測(cè)，當(dāng)測(cè)試溫度為80℃時(shí)，加入碳量子點(diǎn)x3的濃度為250ppm時(shí)，其對(duì)硫酸鈣的阻垢效率可達(dá)到92％；當(dāng)測(cè)試溫度為60℃時(shí)，加入碳量子點(diǎn)x3的濃度為100ppm時(shí)，其對(duì)硫酸鈣的阻垢效率可達(dá)到100％。

實(shí)施例4高溫?zé)峤夥ê铣傻奶剂孔狱c(diǎn)x4

將單體檸檬酸加入到三口燒瓶中，將燒瓶放入油浴溫度為150℃的油浴鍋中高溫處理36h，待燒瓶冷卻至室溫后，加入與單體檸檬酸的質(zhì)量比為60:40的去離子水，將三口燒瓶放在磁力攪拌器上攪拌，并分四次逐次加入濃度為5mol/l的氫氧化鈉溶液，直到固體全部溶解且溶液的ph為7.5，將該中性的溶液放入冷凍干燥器冷凍干燥，最后得到碳量子點(diǎn)x4。

檢測(cè)結(jié)果：

根據(jù)國標(biāo)gb/t16632-2008進(jìn)行阻垢效率檢測(cè)，當(dāng)測(cè)試溫度為80℃時(shí)，加入碳量子點(diǎn)x4的濃度為250ppm時(shí)，其對(duì)硫酸鈣的阻垢效率可達(dá)到92％；當(dāng)測(cè)試溫度為60℃時(shí)，加入碳量子點(diǎn)x4的濃度為100ppm時(shí)，其對(duì)硫酸鈣的阻垢效率可達(dá)到98％。

實(shí)施例5激光銷蝕法合成的碳量子點(diǎn)x5

將碳粉與黏合劑制成碳靶，以氬氣為載氣，在高溫(900℃)水蒸氣環(huán)境中，通過激光銷蝕碳靶而得到碳前驅(qū)體，然后將其置于硝酸水溶液中加熱回流，再以聚乙二醇1500n進(jìn)行表面修飾，從而獲得碳量子點(diǎn)x5。

檢測(cè)結(jié)果：

根據(jù)國標(biāo)gb/t16632-2008進(jìn)行阻垢效率檢測(cè)，當(dāng)測(cè)試溫度為80℃時(shí)，加入碳量子點(diǎn)x5的濃度為250ppm時(shí)，其對(duì)硫酸鈣的阻垢效率可達(dá)到27％；當(dāng)測(cè)試溫度為60℃時(shí)，加入碳量子點(diǎn)x5的濃度為100ppm時(shí)，其對(duì)硫酸鈣的阻垢效率可達(dá)到32％。

實(shí)驗(yàn)例1阻垢能力比較

以碳量子點(diǎn)x1～x5作為檢測(cè)對(duì)象，測(cè)試其阻垢能力，并與相同濃度的檸檬酸進(jìn)行對(duì)比。以碳量子點(diǎn)x1為例，其與同濃度的檸檬酸的對(duì)比結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，以檸檬酸作為原料合成的碳量子點(diǎn)x1，其阻垢效率要明顯高于相同濃度的檸檬酸，并且檸檬酸作為阻垢劑時(shí)，隨著量的增多，其阻垢效率維持在20％左右恒定不變，而碳量子點(diǎn)x1作為阻垢劑時(shí)，隨著量的增多，其在400ppm時(shí)達(dá)到99％。

實(shí)驗(yàn)例2阻垢影響因素測(cè)定

同樣以碳量子點(diǎn)x1為檢測(cè)對(duì)象，測(cè)定影響其阻垢效率的因素，對(duì)其在60℃和80℃的環(huán)境不同濃度下的阻垢效率進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表1和表2所示。

表1.80℃下碳量子點(diǎn)的阻垢效率

表2.60℃下碳量子點(diǎn)的阻垢效率

通過將表1和表2對(duì)比可推知，溫度和濃度是影響碳量子點(diǎn)阻垢效率的兩個(gè)因素，相同溫度條件下，碳量子點(diǎn)的阻垢效率隨著濃度的增大而升高，相同濃度條件下，碳量子點(diǎn)在60℃環(huán)境下的阻垢效率要遠(yuǎn)高于80℃環(huán)境下。

綜上，本發(fā)明提供了將該碳量子點(diǎn)應(yīng)用在阻垢領(lǐng)域的全新的想法，與現(xiàn)有的阻垢技術(shù)相比，碳量子點(diǎn)具有合成工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、原料易得、合成產(chǎn)物綠色無毒易降解且原料成本低廉等特點(diǎn)。此外，單體檸檬酸和氫氧化鈉通過高溫?zé)峤夥ê铣傻奶剂孔狱c(diǎn)，其阻垢效率評(píng)價(jià)結(jié)果可以達(dá)到95％以上，在適當(dāng)?shù)臏囟群蜐舛认拢渥韫感噬踔聊軌蜻_(dá)到百分之百。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。