利用烟草废弃物制备同一波长下显现不同颜色碳点的方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种利用烟草废弃物制备同一波长下显现不同的颜色碳点方法及其应用，本发明专利技术以烟草废弃物为碳源，不同方法合成烟草衍生类碳点，通过FTIR、TEM、XPS、UV‑vis、荧光光谱等对碳点的结构和性能进行表征。结果表明烟草衍生类碳点主要由碳氮氧元素组成，表明具有氨基、羟基等活性基团，以烟草为碳源制备的生物质碳点的初探研究，可以得到不同结构、不同杂原子掺杂的碳点，为碳点结构与性质的多样化发展提供了可能。

【技术实现步骤摘要】
利用烟草废弃物制备同一波长下显现不同颜色碳点的方法及应用
本专利技术涉及碳点的制备方法，特别涉及一种利用烟草废弃物制备同一波长下显现不同的颜色碳点方法及应用。
技术介绍
碳点(Carbondots,CDs)作为一种新型的零维纳米材料，由于其良好的光学性能，优异的生物相容性、低毒性，优良的水溶性等优点引起了人们的广泛研究。目前，CDs一般被定义为表面钝化的小碳纳米颗粒，通常小于10nm，具有明亮的荧光。利用可再生、廉价、绿色的生物质资源为原料制备的碳点称为生物质碳点(BCDs)。由于原料的多样性可以得到具有不同性质和结构的生物质碳点。重要的是，首先，由于原材料的可再生性，有的是工农业的废弃物，使得大规模、低成本合成生物质碳点成为可能，这对生物质碳点的工业生产和应用以及可持续发展具有重要意义。第二，部分生物质材料含有除碳、氢、氧外其他元素，可以实现掺杂不同元素的碳点的合成，而无需额外添加杂原子源；第三，生物质碳点具有良好的生物相容性和低毒性，可以更好的应用于生物医学等领域。第四，碳点表面基团较多，具有良好的水溶性并易于功能化，为材料的进一步修饰提供了无限可能。因此，随着人们对于生物质碳点的深入研究，其一定会在环境、能源、生物医学、药物传输、发光器件等领域具有崭新的应用前景。生物质碳点主要由食品废弃物、植物废弃物、动物废弃物以及一些天然产物经过不同途径制备而成。目前研究中前驱体主要包括三种，含有大量的水、糖和各种维生素等成分的水果基碳点；蔬菜富含维生素、矿物质和其他有益成分的蔬菜基碳点；如草、银杏叶、淀粉、头发和花生壳其他生物质碳点等。烟草生物质来源稳定，储量丰富，适宜规模化合成碳点，且废弃烟草原料中特有的植物茄尼醇(0.3％～3％)、绿原酸(0.2％～5.4％)、芸香苷(≤2％)、烟叶蛋白(5％～15％)、苹果酸(8％～12％)、多糖(20％)等多种活性成分不但有望提高碳点的荧光性能，还可能赋予碳点新的性质与功能。目前，人们对利用生物质废弃物制备碳点进行了大量的研究。生物质废弃物有效转化为碳点，不仅实现了资源化利用，提供了有机废弃物管理，降低了危害性，甚至实现了多功能转化，缓解了资源短缺的压力，减少了生物质废弃物处理不当带来的环境污染。充分利用生物质废弃物可以促进人与自然的和谐发展，产生更大的经济效益、社会效益和生态效益，推动社会的可持续发展。同时现有的碳点通过改变激发波长可以观察到不同颜色的发光，但还未有在相同激发波长下具有多种发射颜色的碳点，故导致应用面受限。烟草废弃物是一种可再生的丰富资源，是制备碳点的优良原料，目前大多数烟草废弃物被直接丢弃到土壤中填埋或露天焚烧，这种处理不仅造成资源浪费，而且造成严重的环境问题，与环境可持续发展的要求相去甚远。故如何利用烟草废弃物来规模化制备碳点及制备一种在相同激发波长下具有多种发射颜色的碳点是本申请要解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种利用烟草废弃物制备同一波长下显现不同的颜色碳点的方法及应用，可以克服现有技术的不足。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术的有益效果是：利用烟草废弃物制备同一波长下显现不同颜色碳点的方法，所述的激发源为365nm紫外灯，所述的不同颜色为蓝色、黄色、绿色和红色，所述的蓝色、黄色、绿色和红色碳点的制备是采用烟粉，反应试剂邻苯二胺、甘氨酸、硫酸、磷酸、尿素、乙醇、苯二胺、纯水的其中一种或一种以上的组合物，采用水热法、将烟粉和反应试剂加入反应釜，安装好反应釜置于马弗炉中反应，达到预设温度200℃时开始计时，反应4-5h结束后自然冷却至室温，转移到50mL离心管中，4000r/min离心15分钟，取上清，过0.22μm滤膜，透析24小时，透析袋的分子截留量为500d，将透析液在70℃，低压下旋转蒸发掉多余的水，旋蒸至液体体积约为50-70mL后，冷冻干燥得到蓝色、黄色、绿色和红色碳点粉末；4摄氏度冰箱冷冻保存。前述的利用烟草废弃物制备同一波长下显现不同颜色碳点的方法是，蓝色碳点的制备方法为取烟粉5-6份置于水热反应釜中，在反应釜中加入邻苯二胺9-11份、甘氨酸19-24份的其中一种或组合，再加入1400-1600份的4mol/L或者0.5mol/L硫酸，安装好反应釜，置于马弗炉中反应，达到预设温度200℃时开始计时，反应4h结束后自然冷却至室温，转移到50mL离心管中，4000r/min离心15分钟，取上清，过0.22μm滤膜，透析24小时，透析袋的分子截留量为500d，将透析液在70℃，低压下旋转蒸发掉多余的水，旋蒸至液体体积约为50-70mL后，冷冻干燥得到蓝色碳点粉末；4摄氏度冰箱冷冻保存。前述的利用烟草废弃物制备同一波长下显现不同颜色碳点的方法是，黄色碳点的制备方法为是称取烟粉5-6份置于水热反应釜中，邻苯二胺18-22份，加入尿素19-21份，加入1000份的超纯水，超声20min，功率100％，安装好反应釜，置于马弗炉中反应，达到预设温度210℃时开始计时，反应5h结束后自然冷却至室温，转移到50mL离心管中，4000r/min离心15分钟，取上清，过0.22μm滤膜，透析24小时，透析袋的分子截留量为500-1000d，将透析液在70℃，低压下旋转蒸发掉多余的水，旋蒸7至液体体积约为50-70mL后，测定荧光强度，，冷冻干燥得到黄色碳点粉末，4摄氏度冰箱冷冻保存；前述的利用烟草废弃物制备同一波长下显现不同颜色碳点的方法是，绿色碳点的制备方法为(1)和(2)的其中一种，其中(1)是称取同种烟粉2-4份置水热反应釜中，加入100-150份，纯度50-95％的乙醇，安装好反应釜，置于马弗炉中反应，达到预设温度200℃时开始计时，反应5h结束后自然冷却至室温，转移到50mL离心管中，4000r/min离心15分钟，取上清，过0.22μm滤膜，透析袋的分子截留量为500d，透析至透析袋外溶液无荧光停止(具体透析时间未完成)，透析过程多换水，将透析袋内碳点溶液过0.22μm滤膜，转移到50mL离心管中，将透析袋外液在70℃，低压下旋转蒸发掉多余的水，旋蒸至液体体积约为50mL，用0.22μm滤膜过滤，抽取一部分看荧光颜色，测定荧光强度和吸光度，计算量子产率，再分两部分保持，一部分冷冻干燥得到碳点粉末，一部分保存原液，4摄氏度冰箱保存；(2)称取同种烟粉4-5份置于水热反应釜中，加入柠檬酸2份，加入150份的无水乙醇，均超声20min(100％)，安装好反应釜，置于马弗炉中反应，达到预设温度200℃时开始计时，反应5h结束后自然冷却至室温，转移到50mL离心管中，4000r/min离心15分钟，取上清，过0.22μm滤膜，透析袋的分子截留量为500d，透析至透析袋外溶液无荧光停止，透析过程多换水，将透析袋内碳点溶液过0.22μm滤膜，转移到50mL离心管中，将透析袋外液在70℃，低压下旋转蒸发掉多余的水，旋蒸至液体体积约为50mL，用0.22μm滤膜过滤，抽取一部分看荧光颜色，测定荧光强度和吸光度，计算量子产率，再分两部分保持，一部分冷冻干燥得到碳点粉末，一部分保存原液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用烟草废弃物制备同一波长下显现不同颜色碳点的方法，其特征在于：所述的激发源为365nm紫外灯，所述的不同颜色为蓝色、黄色、绿色和红色，所述的蓝色、黄色、绿色和红色碳点的制备是采用烟粉，反应试剂邻苯二胺、甘氨酸、硫酸、磷酸、尿素、乙醇、苯二胺、纯水的其中一种或一种以上的组合物，将规定量烟粉和反应试剂加入到反应釜，采用水热法、安装好反应釜置于马弗炉中反应，达到预设温度200℃时开始计时，反应4-5h结束后自然冷却至室温，转移到50mL离心管中，4000r/min离心15分钟，取上清，过0.22μm滤膜，透析24小时，透析袋的分子截留量为500d，将透析液在70℃，低压下旋转蒸发掉多余的水，旋蒸至液体体积约为50-70mL后，冷冻干燥得到蓝色、黄色、绿色和红色碳点粉末；4摄氏度冰箱冷冻保存。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用烟草废弃物制备同一波长下显现不同颜色碳点的方法，其特征在于：所述的激发源为365nm紫外灯，所述的不同颜色为蓝色、黄色、绿色和红色，所述的蓝色、黄色、绿色和红色碳点的制备是采用烟粉，反应试剂邻苯二胺、甘氨酸、硫酸、磷酸、尿素、乙醇、苯二胺、纯水的其中一种或一种以上的组合物，将规定量烟粉和反应试剂加入到反应釜，采用水热法、安装好反应釜置于马弗炉中反应，达到预设温度200℃时开始计时，反应4-5h结束后自然冷却至室温，转移到50mL离心管中，4000r/min离心15分钟，取上清，过0.22μm滤膜，透析24小时，透析袋的分子截留量为500d，将透析液在70℃，低压下旋转蒸发掉多余的水，旋蒸至液体体积约为50-70mL后，冷冻干燥得到蓝色、黄色、绿色和红色碳点粉末；4摄氏度冰箱冷冻保存。


2.根据权利要求1所述的利用烟草废弃物制备同一波长下显现不同颜色碳点的方法，其特征在于：所述蓝色碳点的制备方法为取烟粉5-6份置于水热反应釜中，在反应釜中加入邻苯二胺9-11份、甘氨酸19-24份的其中一种或组合，再加入1400-1600份的4mol/L或者0.5mol/L硫酸，安装好反应釜，置于马弗炉中反应，达到预设温度200℃时开始计时，反应4h结束后自然冷却至室温，转移到50mL离心管中，4000r/min离心15分钟，取上清，过0.22μm滤膜，透析24小时，透析袋的分子截留量为500d，将透析液在70℃，低压下旋转蒸发掉多余的水，旋蒸至液体体积约为50-70mL后，冷冻干燥得到蓝色碳点粉末；4摄氏度冰箱冷冻保存。


3.根据权利要求1所述的利用烟草废弃物制备同一波长下显现不同颜色碳点的方法，其特征在于：黄色碳点的制备方法为是称取烟粉5-6份置于水热反应釜中，邻苯二胺18-22份，加入尿素19-21份，加入1000份的超纯水，超声20min，功率100%，安装好反应釜，置于马弗炉中反应，达到预设温度210℃时开始计时，反应5h结束后自然冷却至室温，转移到50mL离心管中，4000r/min离心15分钟，取上清，过0.22μm滤膜，透析24小时，透析袋的分子截留量为500-1000d，将透析液在70℃，低压下旋转蒸发掉多余的水，旋蒸7至液体体积约为50-70mL后，测定荧光强度，，冷冻干燥得到黄色碳点粉末，4摄氏度冰箱冷冻保存。


4.根据权利要求1所述的利用烟草废弃物制备同一波长下显现不同颜色碳点的方法，其特征在于：绿色碳点的制备方法为(1)和(2)的其中一种，其中(1)是称取同种烟粉2-4份置水热反应釜中，加入100-150份纯度50-95％的乙醇，安装好反应釜，置于马弗炉中反应，达到预设温度200℃时开始计时，反应5h结束后自然冷却至室温，转移到50mL离心管中，4000r/min离心15分钟，取上清，过0.22μm滤膜，透析袋的分子截留量为500d，透析至透析袋外溶液无荧光停止，透析过程多换水，将透析袋内碳点溶液过0.22μm滤膜，转移到50mL离心管中，将透析袋外液在70℃，低压下旋转蒸发掉多余的水，旋蒸至液体体积约为50mL，用0.22μm滤膜过滤，抽取一部分看荧光颜色，测定荧光...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨慧，蔡立，严秀芳，苏贤坤，刘翠，张孝廉，
申请(专利权)人：贵州省烟草科学研究院，
类型：发明
国别省市：贵州;52