一种利用邻苯二甲酸二甲酯制备碳量子点的方法

1.本发明涉及碳纳米材料技术领域，特别是利用邻苯二甲酸二甲酯制备碳量子点的方法。


背景技术：

2.邻苯二甲酸二甲酯(dmp)作为一种增塑剂，广泛添加于如玩具、食品包装、润滑油、指甲油等数百种产品中，成为人类必不可少的化工添加原料。但因其低分子量和特殊的物化性质，dmp可以在水体、土壤中有着良好的溶解性，并持久存在，被列为水环境重点污染物黑名单，对人体可以造成器官损伤，扰乱内分泌，造成出生缺陷等危害。
3.大量研究均在努力去除它对环境、人体的危害，如从传统工艺出发，采用混凝、絮凝、沉淀、微滤、超滤等方法，但对这一类久性有机化合物的去除效果较差；在进一步研究中，采用高级氧化工艺，如臭氧化、光芬顿、光催化等工艺替代传统工艺，获得一定的效果。
4.2007年，首次通过有机物合成功能性材料碳量子点，开创了“自下而上”的碳量子点纳米材料制备方法，为有机物，尤其是有机污染物的资源化利用提供了一种选择。碳量子点作为0维材料，具有独特的光电特性，在荧光材料、光催化、储能等领域都有着广阔地前景。由于其原料易得，制备工艺简单，性能优异，对环境友好等特点为碳量子点的制备和实际应用提供可行性条件。然而，如何将其变废为宝，追求污染物的资源化利用，成为一道难题。


技术实现要素：

5.常见的dmp污染物处理方法主要有萃取、吸附、芬顿氧化法、紫外线氧化法等，却没有将其变为新材料，使其资源化二次利用，变废为宝，本发明提供以dmp为原料的碳量子点制备方法。
6.为制备污染物基碳量子点，本发明按以下技术方案实施：将邻苯二甲酸二甲酯置于水和乙醇的混合溶剂中，进行微波反应；将反应后的碳点溶液离心分离，取上层清液过透析膜，收集渗析液获得碳量子点。
7.其中，以水体污染物dmp为原料，采用微波法制备功能性纳米材料——dmp-碳量子点。
8.优选的：dmp用量为0.5～2.5g；
9.优选的：微波功率范围为300～800w；
10.优选的：微波反应时间为1～20min；
11.优选的：水与乙醇的混合溶剂，乙醇含量为0～100％；
12.所述该技术方案还包括碳量子点的分离、提纯和干燥：将微波后的碳量子点溶液进行高速离心，取上层清液进行过滤和透析，取透析液，获得一种污染物基的碳量子点。
13.本发明的有益效果：针对现有邻苯二甲酸类污染物处理技术缺乏资源化利用，本发明以环境污染物dmp为碳源，利用工艺简单、能耗低的一步法制备高性能dmp-碳量子点，
将环境问题转化为环境资源，为解决废弃污染物和功能化碳量子点的合成提供一种新思路。
14.以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
15.图1为本发明实施例1的dmp-碳量子点的高倍透射电镜图，附图为dmp-碳量子点的晶格条纹图。
16.图2为本发明实施例2的dmp-碳量子点的粒径尺寸分布图。
17.图3为本发明实施例3的dmp-碳量子点紫外吸收可见光谱图。
18.图4为本发明实施例4的dmp-碳量子点荧光光谱图。
19.图5为本发明实施例5的dmp-碳量子点上转换荧光光谱图。
具体实施方式
20.为使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本技术作进一步详细说明。
21.实施例1
22.一种利用邻苯二甲酸二甲酯制备碳量子点的方法，具体步骤如下：
23.分别称取0.5g、1.0g、1.5g、2.0gdmp，放入干燥的刚玉坩埚中，微波反应10min，微波反应功率500w，加无水乙醇溶剂20ml，边加边搅，静置取上清液，以8000r/min的速度离心分离20min，取上层清液，透析24h，得碳量子点，发现当dmp初始质量大于等于1.5g时，产率不再进一步明显增加，因此该方法优选的dmp初始质量为1.0g。
24.图1为本发明实施例1中，dmp初始质量为1.0g时所制备的dmp-碳量子点高倍透射电镜图，附图为碳量子点的晶格条纹图，利用该方法制备出的样品可以看出具有石墨相的碳量子点晶格条纹，表明该方法可以成功制备出dmp-碳量子点。
25.实施例2
26.一种利用邻苯二甲酸二甲酯制备碳量子点的方法，具体步骤如下：
27.称取1.0g dmp，放入干燥的刚玉坩埚中，微波反应10min，微波反应功率分别为200w、400w、500w、600w、800w，加无水乙醇溶剂20ml，边加边搅，静置取上清液，以8000r/min的速度离心分离20分钟，取上层清液，透析24h，得dmp-碳量子点，随着微波功率的增加dmp-碳量子点的产率增加，500w时，产率达到最高，后逐步下降，因此该方法优选的微波反应功率为500w。
28.图2为本发明实施例2中微波反应功率为500w时所制得的dmp-碳量子点的粒径尺寸分布图，粒径尺寸为2.29
±
0.39nm，证明该方法能够得到粒径均匀的dmp-碳量子点。
29.实施例3
30.一种利用邻苯二甲酸二甲酯制备碳量子点的方法，具体步骤如下：
31.称取1.0g dmp，放入干燥的刚玉坩埚中，微波反应时间分别为1min、5min、10min、15min、20min，微波反应功率500w，加无水乙醇溶剂20ml，边加边搅，静置取上清液，以8000r/min的速度离心分离20分钟，取上层清液，透析24h，得dmp-碳量子点，随着微波时间的增加dmp-碳量子点的产率增加，10min时，产率达到最高，后逐步下降，因此该方法优选的
微波反应时间为10min。
32.图3为本发明实施例3中微波反应时间为10min时所制得的dmp-碳量子点紫外吸收可见光谱图，从图可以看出dmp-碳量子点在紫外光区具有三个明显的吸收带，这一性质有望用于光电转换器件上。
33.实施例4
34.一种利用邻苯二甲酸二甲酯制备碳量子点的方法，具体步骤如下：
35.称取1.0g dmp，放入坩埚中，微波反应10min，功率500w，加水-乙醇溶剂(乙醇浓度分别为0％、20％、40％、60％、80％、100％)20ml，边加边搅，静置取上清液，以8000r/min的速度离心分离20分钟，取上层清液，透析24h，得dmp-碳量子点，随着乙醇的含量增加，dmp-碳量子点的产率也随之增加，直到乙醇含量为100％，因此该方法优选的溶剂为无水乙醇。
36.图4为本发明实施例4中溶剂采用无水乙醇时所制得的dmp-碳量子点荧光光谱图，利用该方法制备出的dmp-碳量子点在300nm-440nm激发时均有发射，激发依赖不明显，最大发射峰位于510nm附近，最大激发在320nm。这一性质有望应用于指纹检测、照明等领域。
37.实施例5
38.一种利用邻苯二甲酸二甲酯制备碳量子点的方法，具体步骤如下：
39.称取1.0g dmp，放入坩埚中，微波反应10min，功率500w，分别加入无水乙醇溶剂10ml、20ml、30ml，边加边搅，静置取上清液，以8000r/min的速度离心分离20分钟，取上层清液，透析24h，得dmp-碳量子点，实验结果显示溶剂不同体积并未对dmp-碳量子点的产率造成影响，因此溶剂体积在10-30ml之间不影响该方法的实际效果。
40.图5为本发明实施例5的dmp-碳量子点上转换荧光光谱图，利用该方法制备出的dmp-碳量子点可将700-900nm的低能量红光转换为505nm的高能量光，这一性质有利于其在转光特性期间、光催化、光伏材料上的应用。
41.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术保护的范围之内。