本發(fā)明涉及碳量子點(diǎn)，尤其涉及一種綠色快速合成碳量子點(diǎn)的方法、碳量子點(diǎn)及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、碳量子點(diǎn)，也稱為碳點(diǎn)或碳納米點(diǎn)，是一類具有顯著熒光性能的零維納米材料，這些納米顆粒由超細(xì)的、分散的、準(zhǔn)球形、尺寸低于10nm的碳納米顆粒組成，碳量子點(diǎn)具有優(yōu)秀的光學(xué)性質(zhì)、良好的水溶性、低毒性、環(huán)境友好、原料來源廣、成本低、生物相容性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，此外，它們還具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，能夠在不同的環(huán)境條件下保持其光學(xué)性能和穩(wěn)定性，碳量子點(diǎn)的這些特性使得它們在多個領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，如生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的成像和藥物傳遞，以及能源存儲和光電器件等領(lǐng)域，如太陽能電池和光電催化；

2、常用來合成碳量子點(diǎn)的方法有燃燒法、水熱合成法及電化學(xué)等方法，但是一般制備碳量子點(diǎn)所需的前驅(qū)物價格昂貴，操作過程復(fù)雜，量子產(chǎn)率低，制備的碳量子點(diǎn)需要消耗大量能量，不符合節(jié)能減排的要求，因此，本發(fā)明提出一種綠色快速合成碳量子點(diǎn)的方法、碳量子點(diǎn)及其應(yīng)用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明提出一種綠色快速合成碳量子點(diǎn)的方法、碳量子點(diǎn)及其應(yīng)用，該綠色快速合成碳量子點(diǎn)的方法整個合成過程低排放，具有顯著的環(huán)保效益，且上下層雙高溫?zé)嵩?，加速生物質(zhì)的碳化過程，提高了碳量子點(diǎn)的合成效率。

2、為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種綠色快速合成碳量子點(diǎn)的方法，其特征在于，包括以下步驟：

3、s1：選取廢棄生物質(zhì)作為原料，備用生物質(zhì)作為燃料；

4、s2：對原料進(jìn)行清洗、干燥、粉碎處理，獲得生物質(zhì)粉末；

5、s3：將生物質(zhì)粉末放到鍋體中，將鍋體放在容器上，容器容納燃料進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生熱量至鍋體；

6、s4：通過聚光裝置、反應(yīng)腔體和熱隔離層構(gòu)建太陽能聚焦合成裝置，將太陽光聚焦至焦點(diǎn)上，產(chǎn)生高溫?zé)嵩矗?/p>

7、s5：將聚焦點(diǎn)置于生物質(zhì)粉末上方，使高溫?zé)嵩粗苯幼饔糜谏镔|(zhì)粉末，引發(fā)其碳化并生成碳量子點(diǎn)；

8、s6：將燃料燃燒的煙灰與酸混合，經(jīng)過超聲處理和加熱處理后，得到碳量子點(diǎn)；

9、s7：收集生成的碳量子點(diǎn)，并利用離心、過濾、洗滌去除雜質(zhì)，得到純凈的碳量子點(diǎn)。

10、進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述s1中，選取廢棄生物質(zhì)，包括農(nóng)作物秸稈、果殼、樹葉，選取備用生物質(zhì)，包括橘皮、榴蓮殼、椰殼、椰肉。

11、進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述s2包括以下步驟：

12、使用清水和洗滌劑對原料進(jìn)行沖洗，去除表面的泥土、沙粒等可見雜質(zhì)；

13、使用稀酸或消毒劑進(jìn)行浸泡處理，然后通過多次漂洗的方式去除殘留；

14、使用熱風(fēng)干燥機(jī)或烘箱，通過加熱空氣并強(qiáng)制對流的方式，加速原料中水分的蒸發(fā)；

15、使用球磨機(jī)對原料進(jìn)行粉碎，通過篩分設(shè)備將不同粒徑的顆粒進(jìn)行分離，以獲得符合要求的原料顆粒。

16、進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述s3包括以下步驟：

17、將處理好的生物質(zhì)粉末放入鍋體中，鍋體選用耐高溫、耐腐蝕的材料；

18、將裝有生物質(zhì)粉末的鍋體放置在容器上，在容器內(nèi)部放置燃料；

19、在容器內(nèi)放置聚火罩，使得燃料燃燒的范圍控制在鍋體內(nèi)對應(yīng)生物質(zhì)粉末的區(qū)域；

20、點(diǎn)燃燃料，使用紅外測溫儀監(jiān)測鍋體的溫度，確保溫度處于所需范圍內(nèi)。

21、進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述s4中，聚光裝置采用透鏡或反射鏡，將太陽光聚焦至反應(yīng)腔體內(nèi)，反應(yīng)腔體內(nèi)部設(shè)有均勻分布的反射鏡，對聚焦的太陽光進(jìn)行多次聚焦，直至形成最終的焦點(diǎn)，所述熱隔離層為隔熱套，隔熱套設(shè)在在反應(yīng)腔體的外側(cè)，操作人員手持反應(yīng)腔體進(jìn)行太陽光聚集。

22、進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述s5包括以下步驟：

23、在燃燒燃燒對生物質(zhì)粉末預(yù)熱1-2min后；

24、將聚焦點(diǎn)直接作用于生物質(zhì)粉末的上方，從上下方同步進(jìn)行加熱；

25、使用紅外測溫儀實(shí)時監(jiān)測生物質(zhì)粉末的溫度，在引發(fā)碳化反應(yīng)并促進(jìn)碳量子點(diǎn)的生成后，停止加熱。

26、進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述s6包括以下步驟：

27、收集燃料燃燒后的煙灰，將硝酸加入煙灰中，硝酸和煙灰的質(zhì)量比為1∶90-1∶95，超聲處理1h-5h得到煙灰液；

28、將煙灰液在80-110℃加熱處理10-30,自然冷卻到室溫，加入超純水?dāng)嚢?，再用kzco3調(diào)至中性，得到混合品；

29、將混合品離心濾出沉淀，然后用透析袋對濾液進(jìn)行分級滲析，得到碳量子點(diǎn)溶液。

30、進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述s7包括以下步驟：

31、收集s5、s6得到的碳量子點(diǎn)，混合轉(zhuǎn)移到離心管中，利用離心機(jī)進(jìn)行離心分離，形成一層均勻的沉淀在離心管底部，而上層則是含有顆粒和雜質(zhì)的上清液；

32、使用尼龍膜、聚四氟乙烯膜制作過濾器，并將其安裝在過濾裝置上，將離心后的上清液緩慢倒入過濾裝置中，液體通過過濾器，而固體顆粒則被截留在濾紙上，為碳量子點(diǎn)；

33、使用乙醇、水的混合物將過濾后的碳量子點(diǎn)重新分散，通過重復(fù)離心和過濾的步驟，用洗滌溶劑多次洗滌碳量子點(diǎn)，直至洗滌液變得清澈；

34、將洗滌后的碳量子點(diǎn)轉(zhuǎn)移到干燥容器中，進(jìn)行真空干燥和冷凍干燥；

35、干燥結(jié)束后，將純凈的碳量子點(diǎn)收集并儲存在干燥、避光、密封的容器中。

36、一種碳量子點(diǎn)，采用上述的一種綠色快速合成碳量子點(diǎn)的方法制得。

37、一種碳量子點(diǎn)的應(yīng)用，包括所述的一種碳量子點(diǎn)在航天、航空、汽車、電子、機(jī)械、化工領(lǐng)域中的應(yīng)用。

38、進(jìn)一步改進(jìn)在于：。

39、本發(fā)明的有益效果為：

40、1、本發(fā)明采用廢棄生物質(zhì)作為原料制備生物質(zhì)粉末，采用備用生物質(zhì)作為燃料，從下方燃燒對原料進(jìn)行加熱，利用太陽能聚焦合成裝置收集太陽能作為熱源，從上方對生物質(zhì)粉末進(jìn)行加熱，從而引發(fā)其碳化并生成碳量子點(diǎn)，整個合成過程低排放，具有顯著的環(huán)保效益，且上下層雙高溫?zé)嵩?，加速生物質(zhì)的碳化過程，提高了碳量子點(diǎn)的合成效率，廢棄生物質(zhì)價格低廉且易于獲取，太陽能作為清潔能源無需額外費(fèi)用，降低了生產(chǎn)成本。

41、2、本發(fā)明將備用生物質(zhì)燃燒的煙灰與酸混合，經(jīng)過超聲處理和加熱處理后，得到碳量子點(diǎn)，有利于廢物利用，在獲取其燃燒熱量的同時，增加碳量子點(diǎn)的產(chǎn)量。

42、3、本發(fā)明采用高透光率、高聚焦比的透鏡或反射鏡，將太陽光高效聚焦至反應(yīng)腔體內(nèi)，反應(yīng)腔體內(nèi)部設(shè)有均勻分布的反射鏡，對聚焦的太陽光進(jìn)行多次聚焦，直至形成最終的焦點(diǎn)，確保生物質(zhì)粉末在光熱轉(zhuǎn)換過程中受熱均勻，避免局部過熱或溫度不足導(dǎo)致的合成效果不佳。

技術(shù)特征：

1.一種綠色快速合成碳量子點(diǎn)的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種綠色快速合成碳量子點(diǎn)的方法，其特征在于：所述s1中，選取廢棄生物質(zhì)，包括農(nóng)作物秸稈、果殼、樹葉，選取備用生物質(zhì)，包括橘皮、榴蓮殼、椰殼、椰肉。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種綠色快速合成碳量子點(diǎn)的方法，其特征在于：所述s2包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種綠色快速合成碳量子點(diǎn)的方法，其特征在于：所述s3包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種綠色快速合成碳量子點(diǎn)的方法，其特征在于：所述s4中，聚光裝置采用透鏡或反射鏡，將太陽光聚焦至反應(yīng)腔體內(nèi)，反應(yīng)腔體內(nèi)部設(shè)有均勻分布的反射鏡，對聚焦的太陽光進(jìn)行多次聚焦，直至形成最終的焦點(diǎn)，所述熱隔離層為隔熱套，隔熱套設(shè)在在反應(yīng)腔體的外側(cè)，操作人員手持反應(yīng)腔體進(jìn)行太陽光聚集。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種綠色快速合成碳量子點(diǎn)的方法，其特征在于：所述s5包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種綠色快速合成碳量子點(diǎn)的方法，其特征在于：所述s6包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種綠色快速合成碳量子點(diǎn)的方法，其特征在于：所述s7包括以下步驟：

9.一種碳量子點(diǎn)，其特征在于：采用上述權(quán)利要求1-8中任意一項所述的一種綠色快速合成碳量子點(diǎn)的方法制得。

10.一種碳量子點(diǎn)的應(yīng)用，其特征在于：包括如權(quán)利要求9所述的一種碳量子點(diǎn)在航天、航空、汽車、電子、機(jī)械、化工領(lǐng)域中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種綠色快速合成碳量子點(diǎn)的方法、碳量子點(diǎn)及其應(yīng)用，涉及碳量子點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：S1：選取廢棄生物質(zhì)作為原料，備用生物質(zhì)作為燃料；S2：對原料進(jìn)行清洗、干燥、粉碎處理，獲得生物質(zhì)粉末；S3：將生物質(zhì)粉末放到鍋體中，將鍋體放在容器上，容器容納燃料進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生熱量至鍋體；本發(fā)明采用廢棄生物質(zhì)作為原料制備生物質(zhì)粉末，采用備用生物質(zhì)作為燃料，從下方燃燒對原料進(jìn)行加熱，利用太陽能聚焦合成裝置收集太陽能作為熱源，從上方對生物質(zhì)粉末進(jìn)行加熱，從而引發(fā)其碳化并生成碳量子點(diǎn)，整個合成過程低排放，具有顯著的環(huán)保效益，且上下層雙高溫?zé)嵩矗岣吡颂剂孔狱c(diǎn)的合成效率。

技術(shù)研發(fā)人員：吳則一,吳則昀,朱光華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京天中樹科技發(fā)展有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10