[發明專利]一種利用廢棄向日葵制備碳材料的方法

在審

• 申請號: 201711446703.7
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108059147A
• 公開（公告）日: 2018-05-22
• 發明（設計）人: 劉玉榮;張宗強
• 申請（專利權）人: 重慶文理學院
• 主分類號: C01B32/15
• 分類號: C01B32/15;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 重慶晶智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 50229
• 代理人: 李靖

一種利用廢棄向日葵制備碳材料的方法是將廢棄向日葵與超純水加入到水熱反應釜中并密封，然后放入烘箱或馬弗爐中進行水熱反應，水熱反應結束后，自然冷卻，然后倒出水熱反應釜中的反應液，再經過離心、過濾、冷凍干燥，即得碳量子點材料。本發明高效利用廢棄的生物質資源，以廢棄向日葵為原料，通過水熱法制備得到碳量子點材料，實現了廢棄生物質資源的高效利用。本發明制備方法具有成本低廉、綠色環保、操作簡單、對設備要求低、便于進行大規模的制備及工業化生產。所得碳量子點具有較好的水溶性、高純度、分散性、尺寸均一、高的穩定性等一系列優點。所得大孔碳材料具有三維相互連通的大孔孔道結構。

技術領域

本發明屬于材料合成技術領域，具體涉及一種利用廢棄向日葵制備碳材料的方法。

背景技術

碳量子點是繼富勒烯、碳納米管和石墨烯之后的一類新型碳納米材料，是一種類球形的尺寸在10納米以下的碳納米顆粒。碳量子點具有低生物毒性及環境友好性、良好的熒光性能、優異的分散性和化學穩定性、易修飾性和低成本等優點，在生物成像與生物標記、分析檢測、催化和光電子器件等領域有著廣泛的應用前景。

碳量子點的制備方法目前主要有自上而下法和自下而上法兩類方法。自上而下法是指利用一定的物理或化學的方法將大塊的碳材料刻蝕成幾納米的碳點，包括利用石墨粉、石墨電極、納米碳管、氧化石墨、富勒烯、活性炭、蠟燭或天然氣燃燒產生的煙灰、煤等進行激光轟擊、裂解等產生碳量子點。自下而上法是指將分子形態的碳源利用化學或物理的方法經過碳化、熱解等過程合成具有納米尺寸的碳量子點，主要包括燃燒法、微波法、超聲法、酸氧化法等。上述兩類方法都存在一定的缺陷，自上而下法通常需要嚴格的實驗條件，如特殊的能源，成本高，不易于開展研究和規模化生產；自下而上法選用的原料一般都是不可再生資源且需要嚴格的后處理工藝，所以也不利于持續并規模化生產碳量子點。這些都在很大程度上限制了碳量子點的大規模生產和實際應用。因此，探索利用廉價易得的碳源，利用簡單有效的方法制備碳量子點是非常必要的。

以生物質資源為原料，節能環保，且不含有重金屬離子等有毒成分，更有利于其在碳材料制備領域的應用。生物質資源在自然界中廣泛存在、價廉易得、取之不盡、用之不竭，將生物質資源用于碳納米材料的綠色制備，即拓展了生物質資源的應用領域，又保護了環境，因此具有廣闊的應用前景。目前，已經有一些關于生物質資源制備碳量子點的報道，如Advanced Materials, 2012, 24: 2037-2041; Analytical Chemistry, 2012, 84:5351-5357; Materials Letters, 2012, 66: 222-224; Catalysis Science andTechnology, 2013, 3: 1027-1035; Analytical Methods, 2013, 5: 3023+-3027;Analyst, 2013, 138: 6551-6557; Analytical Chemistry, 2014, 86: 8902-8905;Environmental Science and Technology Letters, 2014, 1: 87-91; ChemicalCommunications, 2015, 51: 16625-16628; Journal of Materials Science, 2016,51: 8108-8115等。

向日葵是一年生高大草本植物，具有粗壯直立的莖稈以及大大的花盤。其中，莖稈部位由皮層、木質部和海綿狀的莖髓組成，莖髓富含多糖、綠原酸、新綠原酸、4-咖啡酰基奎寧酸、栲利烯酸、環栲利酸、東茛菪苷、蘋果酸等物質。脫去向日葵籽的花盤含有大量的糖類、維生素類和蛋白質類等物質。然而，人們往往在收獲向日葵籽后，將向日葵的其他部分都統統廢棄掉或用作燃料燒掉，對于其在新型碳材料制備領域的應用從未開發過。

發明內容

本發明的第一個目的在于提供一種利用廢棄向日葵制備碳量子點材料的方法。

本發明的第二個目的在于有效利用上述碳量子點制備過程中產生的廢棄殘渣，制備大孔碳材料的方法。