[發(fā)明專利]一種基于皮革廢棄物的石墨烯量子點(diǎn)的制備方法

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• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107324315A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張文博;馬建中;衛(wèi)林峰;鮑艷;王轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;C09K11/65
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司61200
• 代理人: 徐文權(quán)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于皮革廢棄物的石墨烯量子點(diǎn)的制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯量子點(diǎn)是熒光材料中的一種，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、抗光漂白、生物相容性等特點(diǎn)。石墨烯量子點(diǎn)除了自身的上述特點(diǎn)引起了化學(xué)、材料、物理和生物學(xué)等領(lǐng)域的廣泛關(guān)注外，其制備方法也成為研究的熱點(diǎn)。石墨烯量子點(diǎn)的制備方法主要分為兩類：自上而下法和自下而上法。自上而下法是通過化學(xué)刻蝕、電化學(xué)氧化剝離、氧等離子體處理等方法切割石墨烯、碳纖維等碳材料來制備石墨烯量子點(diǎn)。自下而上法是通過合成含一定數(shù)量的共軛碳原子的結(jié)構(gòu)，再制備石墨烯片段，包括開籠富勒烯法和以分子為前驅(qū)體制備石墨稀量子點(diǎn)的溶液化學(xué)法等。后者與碳點(diǎn)自下而上制備方法類似，Xinyun Zhai(Xinyun Zhai,et al.Chemical Communications,2012,48(64):7955.)等通過檸檬酸的熱解成功制備出了熒光碳點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，Yongqiang Dong等(Yongqiang Dong,et al.Carbon,2012,50(12):4738.)通過調(diào)節(jié)檸檬酸的碳化程度等方法制備出了石墨烯量子點(diǎn)和氧化石墨烯。碳點(diǎn)的自下而上法制備的原料中有鄰苯二酚、西瓜皮、柑橘檸檬汁、雞蛋、明膠等。這意味著，基于雞蛋、明膠等原料的碳點(diǎn)的成功制備證明了含有氨基酸的天然物質(zhì)是可以制備成含有sp²和sp³雜化無定型結(jié)構(gòu)的碳材料量子點(diǎn)的。

皮革的基本構(gòu)成單元為氨基酸。從氨基酸的結(jié)構(gòu)式中可知，所有氨基酸均含有碳元素和氮元素。碳元素可作為制備石墨烯量子點(diǎn)的碳源，氮元素可作為摻雜元素，提高石墨烯量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)。諸如脯氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸、組氨酸等還含有五元氮雜環(huán)、六元環(huán)結(jié)構(gòu)，也有利于石墨烯量子點(diǎn)的制備。此外，半胱氨酸、蛋氨酸等氨基酸中所含的硫，也可進(jìn)入石墨烯量子點(diǎn)的晶格中，實(shí)現(xiàn)對石墨烯量子點(diǎn)的摻雜及性能的調(diào)控。

而對于皮革行業(yè)來講，傳統(tǒng)制革工藝中，僅有20％的原料皮通過一系列的加工轉(zhuǎn)化為成品革，中國每年會(huì)產(chǎn)生140多萬噸的皮革廢棄物，這不僅造成了資源浪費(fèi)，同時(shí)也污染了環(huán)境。

基于此，本發(fā)明提出了一種基于皮革廢棄物的石墨烯量子點(diǎn)的低成本制備方法。本發(fā)明通過皮革廢棄物的水熱反應(yīng)制備石墨烯量子點(diǎn)，利用皮革膠原纖維含碳、含氮的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了摻雜石墨烯量子點(diǎn)的一步水熱法制備，同時(shí)以皮革廢棄物為原料，實(shí)現(xiàn)了石墨烯量子點(diǎn)的低成本化制備，制得的石墨烯量子點(diǎn)水溶性好且具有非常強(qiáng)的藍(lán)色和黃色熒光性能，在生物熒光標(biāo)記、太陽能電池、熒光防偽等應(yīng)用領(lǐng)域有著非常好的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于皮革廢棄物的石墨烯量子點(diǎn)的制備方法；利用皮革膠原纖維含碳、氮的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了摻雜石墨烯量子點(diǎn)的水熱制備，同時(shí)以皮革廢棄物為原料，實(shí)現(xiàn)了石墨烯量子點(diǎn)的低成本制備。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于皮革廢棄物的石墨烯量子點(diǎn)的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，將皮革廢棄物進(jìn)行粉碎處理，得到碎屑；

步驟2，按質(zhì)量份數(shù)取碎屑1-6份，將其放入質(zhì)量份數(shù)為100-300份的蒸餾水中，蒸餾水中再加入質(zhì)量份數(shù)為2-4份的水合肼，并進(jìn)行超聲處理，得到分散液；

步驟3，將分散液置于聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到產(chǎn)物A；

步驟4，對產(chǎn)物A進(jìn)行抽濾，得到石墨烯量子點(diǎn)水分散液。

更進(jìn)一步的，本發(fā)明的特點(diǎn)還在于：

其中步驟4中還包括對石墨烯量子點(diǎn)水分散液進(jìn)行透析干燥，得到石墨烯量子點(diǎn)。

其中步驟4中干燥的方式為冷凍干燥。

其中步驟4中使用0.22μm的濾膜進(jìn)行抽濾。

其中步驟1中的皮革廢棄物為原皮、脫灰皮、藍(lán)皮和成品皮中的一種或幾種。

其中步驟2中水合肼的質(zhì)量濃度為80wt％。

其中步驟2中超聲處理的功率為300-500W，時(shí)間為10-20min。

其中步驟3中水熱反應(yīng)的溫度為180-230℃，時(shí)間為3-6h。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：該方法通過皮革廢棄物的水熱反應(yīng)制備石墨烯量子點(diǎn)，利用皮革膠原纖維含碳、含氮的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了摻雜石墨烯量子點(diǎn)的一步水熱法制備，同時(shí)以皮革廢棄物為原料，實(shí)現(xiàn)了石墨烯量子點(diǎn)的低成本化制備，制得的石墨烯量子點(diǎn)水溶性好且具有非常強(qiáng)的藍(lán)色和黃色熒光性能，在生物熒光標(biāo)記、太陽能電池、熒光防偽等應(yīng)用領(lǐng)域有著非常好的應(yīng)用前景。

具體實(shí)施方式