一種利用玉米芯制備碳納米顆粒的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于碳納米顆粒的制備方法領(lǐng)域，特別涉及一種利用玉米芯制備碳納米顆粒的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳納米顆粒的定義:至少在一個(gè)維度上尺寸小于100納米的碳顆粒。由于碳納米顆粒具有無(wú)毒、生物相容性好、成本低廉等特點(diǎn)，該材料被廣泛的應(yīng)用于生物標(biāo)記、金屬離子檢測(cè)、催化降解等領(lǐng)域。目前，碳納米顆粒的制備原料品種繁多，主要是一些碳水化合物(如葡萄糖、殼聚糖)，含碳的小分子(如，檸檬酸鈉和三聚氰胺)，植物及植物提取物(如，蓖麻油，西瓜皮，橘子汁)，石化產(chǎn)品(如，煤和石墨)等。隨著石油等自然資源的日益枯竭，可再生資源作為替代品引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。印度科學(xué)家SahU等人使用橘子汁作為反應(yīng)原料，利用水熱法合成了顆粒均勾的碳納米顆粒(Sahu S.,Behera B, Maiti T.K., etal.Simple one-step synthesis of highly luminescent carbon dots from orangejuice:applicat1n as excellent b1-1maging agents, 2012，48，8835-8837.)。印度科學(xué)家Muthukumar等人使用蓖麻油作為原料，利用燃燒法搜集蓖麻油燃燒所產(chǎn)生的煙制備碳納米顆粒(Muthukumar T., Prabhavathi S., Chamundeeswari M., et al.B1-modifiedcarbon nanoparticles loaded with methotrexate possible carrier for anticancerdrug delivery, Materials Science and Engineering C, 2014, 36, 14-19.)。此外，被使用生物質(zhì)材料還有草莓汁、橘子皮等材料。盡管上述的生物質(zhì)材料都是可再生能源，但是大部分是本身可以食用的。即便是廢棄物，如橘子皮本身的產(chǎn)量有限，并且原料對(duì)儲(chǔ)存條件的要求高。玉米芯作為可再生原料，本身的產(chǎn)量非常大并且儲(chǔ)存條件要求不高。最終得到的產(chǎn)物分離提純?nèi)菀?，且顆粒均勻；不需要使用透析袋，無(wú)機(jī)濾膜等裝置進(jìn)行分離提純，工藝簡(jiǎn)單。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種利用玉米芯制備碳納米顆粒的方法，該方法產(chǎn)率高，適合工業(yè)化生產(chǎn)，得到的碳納米顆粒顆粒尺寸均勻，具有應(yīng)用于熒光粉、生物標(biāo)記等各個(gè)領(lǐng)域的潛力。
[0004]本發(fā)明的一種利用玉米芯制備碳納米顆粒的方法，包括:
[0005](I)將玉米芯烘干，放入瓷舟中送入管式爐中，然后在惰性氣體保護(hù)下煅燒；
[0006](2)煅燒結(jié)束后，自然冷卻，取出樣品，研磨，得到粉體；
[0007](3)將步驟(2)中得到的粉體放入濃硫酸和濃硝酸的混合溶劑中，80°C?120°C反應(yīng)6h?48h，降至室溫，得到混合液；
[0008](4)將超純水1ml?10ml倒入步驟(3)中的混合液中，反應(yīng)I?60min，加入超純水結(jié)束反應(yīng)；
[0009](5)將步驟(4)中結(jié)束反應(yīng)后的反應(yīng)液靜置，取下層沉淀，離心，然后加入超純水，超聲，離心，至上層清液透明，取下層粉體真空冷凍干燥，得到碳納米顆粒。
[0010]所述步驟(I)中瓷舟為氧化鋁或者石英等耐高溫的材質(zhì)制得；管式爐中的反應(yīng)管為石英玻璃材質(zhì)或氧化鋁材質(zhì)。
[0011]所述步驟(I)中玉米芯烘干是指玉米芯放入烘箱中烘至玉米芯重量不再隨著時(shí)間的變化而變化；烘干的溫度為60?100°C，時(shí)間為6?24h。
[0012]所述步驟(I)中惰性氣體為氮?dú)饣蛘邭鍤狻?br>[0013]所述步驟⑴中煅燒的條件為:升溫速度為0.1?20°C /min,溫度升至500?2400 °C，保溫 0.1 ?48h。
[0014]所述步驟(2)中研磨時(shí)加入酒精，研磨結(jié)束后烘干；其中，研磨時(shí)先在瑪瑙研磨罐中粗磨，隨后放入行星式球磨機(jī)中研磨。
[0015]所述步驟(3)中濃硫酸與濃硝酸的摩爾質(zhì)量比為10:1?1:10 ;濃硫酸與濃硝酸的總量與粉體的體積質(zhì)量比為I?1000:1。
[0016]所述濃硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95 %?98 %，濃硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65 %?68 %。
[0017]所述步驟(4)中結(jié)束反應(yīng)時(shí)超純水與步驟(3)所使用的酸的質(zhì)量比為I?1000:
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[0018]所述步驟(5)中靜置的時(shí)間為Ih?15d。
[0019]所述步驟(5)中離心速度為10000轉(zhuǎn)/min?24000轉(zhuǎn)/min，離心時(shí)間為30min?1h ;超聲的時(shí)間為1min?6h。
[0020]所述步驟(5)中離心和超聲為重復(fù)操作過(guò)程，至上層清液完全透明為止。
[0021]所述步驟(5)中真空冷凍干燥的真空度小于20pa，溫度為_(kāi)40°C，時(shí)間為6?48。
[0022]有益效果
[0023](I)本發(fā)明的方法使用可再生的廢棄物玉米芯為原材料，具有容易存放和不易變質(zhì)的特點(diǎn)；
[0024](2)本發(fā)明的方法適合工業(yè)化生產(chǎn)，制備得到的碳納米顆粒具有產(chǎn)率高、顆粒尺寸均勻的優(yōu)點(diǎn)，以及應(yīng)用于熒光粉、生物標(biāo)記等各個(gè)領(lǐng)域的潛力。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為實(shí)施例1中得到煅燒后的玉米芯的拉曼光譜；
[0026]圖2為實(shí)施例1中得到碳納米顆粒的透射電鏡照片；
[0027]圖3為實(shí)施例1中得到碳納米顆粒的X射線衍射光譜；
[0028]圖4為實(shí)施例1中得到碳納米顆粒的紅外光譜；
[0029]圖5為實(shí)施例1中得到碳納米顆粒的X射線光電子能譜的全譜；
[0030]圖6為實(shí)施例1中得到碳納米顆粒的X射線光電子能譜的C Is譜；
[0031]圖7為實(shí)施例1中得到碳納米顆粒的熒光光譜；
[0032]圖8為實(shí)施例1中得到碳納米顆粒的上轉(zhuǎn)換熒光光譜；
[0033]圖9為實(shí)施例1中得到碳納米顆粒的可見(jiàn)-紫外吸收光譜；
[0034]圖10為實(shí)施例1中得到碳納米顆粒的拉曼光譜。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
[0036]實(shí)施例1
[0037]取玉米芯放入60°C的烘箱內(nèi)烘烤24h。將烘干后發(fā)脆的玉米芯放入石英管式爐中，在氬氣氣氛的保護(hù)下高溫煅燒。(參數(shù):5°C /min升溫至1000°C，并在1000°C保溫4小時(shí)后自然冷卻。)
[0038]將煅燒后的玉米芯和酒精放入帶有瑪瑙球的瑪瑙研磨罐中粗磨，隨后放入行星式球磨機(jī)中研磨2h。取出研磨后的磨料，將其連酒精一起倒入玻璃燒杯內(nèi)。在60°C的條件下烘烤12小時(shí)，對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行除水處理。
[0039]用分析天平稱(chēng)取Ig研磨后的產(chǎn)物，與30ml濃HN03，90ml濃H2SO4+起置于帶回流冷凝的加熱裝置中以95°C的條件下加熱回流24h。待反應(yīng)液冷卻之后，將其傾倒入5000ml的玻璃燒杯中，隨后加入50ml超純水反應(yīng)15min，最后加入100ml超純水終止反應(yīng)。
[0040]將反應(yīng)液靜置7天，輕輕倒掉上層清液。取下層沉淀在12000轉(zhuǎn)/min的速度下離心2小時(shí)取沉淀。隨后用超純水清洗后再次離心，如此重復(fù)操作十次，至上