[發明專利]一種多功能碳量子點作為熒光增白劑的應用

有效

• 申請號: 201410217228.6
• 申請日: 2014-05-21
• 公開（公告）號: CN103993504A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 汪鵬飛;藍敏煥;張文軍;劉衛敏;葛介超
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: D21H21/30
• 分類號: D21H21/30;C11D3/42;C11D9/44;C09D7/12;C09D5/22;D06P1/00;D06P3/60;D06M11/74;C08L27/06;C08K3/04;C01B31/02;C09K11/65
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張文祎

技術領域

本發明涉及熒光增白劑的技術領域。更具體地，涉及一種多功能碳量子點作為熒光增白劑的應用。

背景技術

白色物品(如織物，紙張，白色塑料等)由于其本身所含有的有機化合物，可以吸收可見光中的藍光(350～500nm)，使其略顯黃色，同時，反射光的減少使人感覺顏色暗淡。通常用以下兩種方法進行表面增白，一是向物品中加入少量藍色染料，利用增加藍色與基體的微黃色互補原理，以達到增白的目的。雖然這種方法可以增白，但是由于總的反射光量減少，導致物品色澤暗淡發灰，效果不好。另外一種方法是化學漂白，即利用強氧化劑，如次氯酸鈉，雙氧水等，通過與有機化合物的氧化還原反應，使帶有顏色的織物褪色。但這種方法很容易破壞基質的化學結構。而熒光增白劑則彌補了上述兩種方法的缺陷，既有明顯的增白效果，又不破壞基質的化學結構，因此，用途廣泛。

熒光增白劑的增白原理是，熒光增白劑吸收了太陽光中的紫外光后，發出藍色熒光，與織物發出的黃光進行疊加，互補形成白光，從而使織物發出的白光增加，肉眼感覺到織物明顯變得亮白。熒光增白劑是一種無色的熒光染料，其應用領域包括紡織印染、洗滌劑、造紙、塑料、皮革、涂料等行業。我國已發展成為世界上生產和消費熒光增白劑的大國，目前廣泛應用的熒光增白劑主要有：4，4-二氨基-2，2’-茋二磺酸(黃酮酸)，4，4’-聯苯乙烯基亞聯苯基、香豆素、二氫喹啉酮、1，3-二芳基吡唑啉、萘二甲酰亞胺、苯并噁唑、苯并異噁唑和苯并咪唑的衍生物，以及雜環取代的芘衍生物。盡管目前的熒光增白劑可以產生較好的增白效果，但也顯示出日趨嚴重的弊端。第一，從分子結構上看，這些熒光增白劑都是帶有芳香基團的有機化合物，水溶性差，與其他染料的互溶性不好，容易生成沉淀；第二，熒光強度隨pH變化影響較大，應用范圍窄；第三，結構穩定性差，容易發生光致異構現象，導致耐光性較差；第四，其合成過程中大量使用化工原料并產生大量粉塵，能耗大，污染嚴重。目前，國內外雖然有一些環保型的有機熒光增白劑上市，但由于合成技術難度較大、成本造價高等原因，難以普及推廣。因此，開發廉價容易合成，環境友好、適用范圍廣，耐光性好，水溶性和增白效果好的新型熒光增白劑產品，具有重要的科研意義及一定的經濟價值和社會價值，對我國紡織印染、洗滌劑、造紙、塑料、皮革、涂料等行業的快速發展，對推動我國精細化工領域的競爭和替代國外進口產品方面有著積極的作用。

碳元素是地球上所有已知生命的基礎，由于其具有多樣的電子軌道特性(sp¹、sp²、sp³)，因此形成許多結構和性質奇特的物質。碳量子點是碳納米材料家族中的新成員，具有發光可調、熒光量子效率高、抗光漂白性能好、生物相容性好、無毒性、易于功能化、能夠高產率制備等特性，在光電子器件、納米催化劑、生物分析、熒光成像等技術領域顯示其廣闊的應用前景。而高熒光量子產率的藍色熒光的碳量子點，在熒光增白劑領域有其獨特的優勢。因此，探索開發可宏量制備的廉價的藍色熒光碳量子點作為新型熒光增白劑對解決能源危機和環境污染兩個重大問題都具有及其重要的意義。

發明內容

本發明要解決的第一個技術問題是提供一種多功能碳量子點作為熒光的增白劑在紡織印染、洗滌劑、造紙、塑料、皮革或涂料等領域中的應用；

所述多功能碳量子點是以廉價的生物質為碳源，經過高溫碳化過程制備得到的，通過改變不同的生物質種類，可以制備具有不同功能的碳量子點。

所述多功能碳量子點，吸收光譜在250～450nm，熒光發射在360nm～500nm，熒光量子效率達20％～95％；

所述多功能碳量子點在太陽光照射下，吸收太陽光中的紫外線，并發出藍色熒光；

所述多功能碳量子點吸收紫外光后，產生活性氧自由基后殺死細菌。

本發明提供一種上述多功能碳量子的制備方法，包括如下步驟：

1)向生物質中加入0.01～1000倍生物質質量、0～10mol/L的酸或堿的水溶液，或加入一定量的有機溶劑，混合均勻，得到反應液；

2)將反應液加熱到80℃～500℃，反應10分鐘～48小時；

3)反應完全后冷卻到室溫，收集反應液，分離提純，得到碳量子點。

優選地，步驟1)中，所述生物質選自如：海藻、樹葉、玉米、青草、秸稈、馬鈴薯、柑橘、榴蓮、大豆中的一種或者多種混合物。