摘  要：本發(fā)明公開了劍麻纖維基熒光碳點及制備方法和在染料吸附中的應用，其包括步驟一、將劍麻纖維加入次氯酸鈉、TEMPO、溴化鈉和去離子水組成的混合溶液中，調(diào)節(jié)pH至910，室溫下反應4h，然后用乙醇淬滅反應，所得混合物用自來水洗滌以中和，再用去離子水洗滌，干燥，得到羧酸化劍麻纖維；步驟二、以羧酸化劍麻纖維為碳源，加入聚乙烯亞胺為氮源，通過微波處理得到劍麻纖維基熒光碳點。本發(fā)明以簡單的微波法在SF上原位生長CDs，得到高強度、表面富官能團、高孔結(jié)構的SFNCDs材料，可顯著提高其對甲基藍染料的吸附能力。

 

權利要求書

1.劍麻纖維基熒光碳點的制備方法，其特征在于，包括：步驟一、將劍麻纖維加入次氯酸鈉、TEMPO、溴化鈉和去離子水組成的混合溶液中，調(diào)節(jié)pH至910，室溫下反應4h，然后用乙醇淬滅反應，所得混合物用自來水洗滌以中和，再用去離子水洗滌，干燥，得到羧酸化劍麻纖維；步驟二、以羧酸化劍麻纖維為碳源，加入聚乙烯亞胺為氮源，通過微波處理得到劍麻纖維基熒光碳點。

2.如權利要求1所述的劍麻纖維基熒光碳點的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，以羧酸化劍麻纖維為碳源，加入聚乙烯亞胺為氮源，通過微波處理的方法包括：將聚乙烯亞胺加入到去離子水中并完全溶解；然后加入羧酸化劍麻纖維混合，將混合物置于80100℃、600W的微波中回流4060分鐘；然后用自來水洗滌產(chǎn)物以中和pH值，再用去離子水洗滌產(chǎn)物并干燥，獲得劍麻纖維基熒光碳點。

3.如權利要求1所述的劍麻纖維基熒光碳點的制備方法，其特征在于，所述驟二中，所述羧酸化劍麻纖維與聚乙烯亞胺的重量比為2：0.51。

4.如權利要求1所述的劍麻纖維基熒光碳點的制備方法，其特征在于，所述驟一中，所述劍麻纖維：TEMPO：次氯酸鈉：溴化鈉的重量比為8：0.010.03：57：0.10.3。

5.劍麻纖維基熒光碳點，其特征在于，其由權利要求14任一項所述的制備方法制備得到。

6.劍麻纖維基熒光碳點在染料吸附中的應用，其特征在于，將權利要求14任一項所述的制備方法制備得到的劍麻纖維基熒光碳點對甲基藍染料吸附。

7.如權利要求6所述的劍麻纖維基熒光碳點在染料吸附中的應用，其特征在于，所述劍麻纖維基熒光碳點采用0.1M的NaOH溶液作為洗脫試劑能再生循環(huán)吸附甲基藍染料。

8.如權利要求6所述的劍麻纖維基熒光碳點在染料吸附中的應用，其特征在于，所述劍麻纖維基熒光碳點用于在甲基藍、羅丹明B和/或藏紅T的混合染料中分離吸附甲基藍染料。

 

技術領域

本發(fā)明涉及碳納米材料技術領域。更具體地說，本發(fā)明涉及劍麻纖維基熒光碳點 及制備方法和在染料吸附中的應用。

 

背景技術

SF是一種出色的天然木質(zhì)纖維素纖維，具有高纖維素含量、化學官能團和孔隙結(jié)構。它還具有價格低廉、堅固耐用、易于回收等特點，因此成為吸附用途的首選。例如，DosSantos等人使用SF吸附水中的鎘(II)和鉛(II)，吸附容量分別達到1.85毫克/克和1.34毫克/克。Vargas等人證實了SF對亞甲基藍(MB)和活性黑5(RB5)染料的卓越去除能力。此外，Teklu等人將聚苯胺沉積在劍麻纖維表面，用于去除水中的Pb²⁺離子，最大吸附容量為6.53mg/g。這些研究表明，SF可以吸附和去除廢水中的染料或金屬離子。然而，大多數(shù)改性SF復合材料仍存在吸附能力低的缺點，制備吸附效率高的SF基復合材料對其實際應用具有重要意義。

 

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。

本發(fā)明的一個目的是提供一種劍麻纖維基熒光碳點及制備方法和在染料吸附中的應用，其采用簡單的微波法在SF上原位生長CDs，制備了高強度、表面富官能團(氨基、羧基、羥基)、高孔結(jié)構的劍麻纖維基碳點材料(SFNCDs)，并將其應用于甲基藍染料的吸附。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了一種劍麻纖維基熒光碳點的制備方法，包括：

步驟一、將劍麻纖維加入次氯酸鈉、TEMPO、溴化鈉和去離子水組成的混合溶液中，調(diào)節(jié)pH至910，室溫下反應4h，然后用乙醇淬滅反應，所得混合物用自來水洗滌以中和，再用去離子水洗滌，干燥，得到羧酸化劍麻纖維；

步驟二、以羧酸化劍麻纖維為碳源，加入聚乙烯亞胺為氮源，通過微波處理得到劍麻纖維基熒光碳點。

優(yōu)選的是，所述步驟二中，以羧酸化劍麻纖維為碳源，加入聚乙烯亞胺為氮源，通過微波處理的方法包括：將聚乙烯亞胺加入到去離子水中并完全溶解；然后加入羧酸化劍麻纖維混合，將混合物置于80100℃、600W的微波中回流4060分鐘；然后用自來水洗滌產(chǎn)物以中和pH值，再用去離子水洗滌產(chǎn)物并干燥，獲得劍麻纖維基熒光碳點。

優(yōu)選的是，驟二中，所述羧酸化劍麻纖維與聚乙烯亞胺的重量比為2：0.51。

優(yōu)選的是，驟一中，所述劍麻纖維：TEMPO：次氯酸鈉：溴化鈉的重量比為8：0.010.03：57：0.10.3。

本發(fā)明還提供了一種劍麻纖維基熒光碳點劍麻纖維基熒光碳點，其由上述的制備方法制備得到。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明提供了一種劍麻纖維基熒光碳點在染料吸附中的應用，用于對甲基藍染料吸附。

優(yōu)選的是，劍麻纖維基熒光碳點采用0.1M的NaOH溶液作為洗脫試劑能再生循環(huán)吸附甲基藍染料。[0014]優(yōu)選的是，劍麻纖維基熒光碳點用于在甲基藍、羅丹明B和/或藏紅T的混合染料中分離吸附甲基藍染料。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：

本發(fā)明以去離子水為分散介質(zhì)，以生物質(zhì)劍麻纖維(SF)為基體材料，采用簡便環(huán)保的微波合成成功制備了一種發(fā)出黃色熒光的劍麻纖維基熒光碳點材料。熒光碳點的引入，在SF表面引入了豐富的OH、NH₂、COOH等極性基團，大大增加了材料的吸附位點。該劍麻纖維基碳點材料對甲基藍染料具有優(yōu)異的吸附性能，最大吸附量高達到619.7mg/g，約為未加工SF吸附量的3.9倍。此外，該碳點材料采用0.1M的NaOH溶液作為洗脫試劑，表現(xiàn)出良好的再生性能，易于洗脫，經(jīng)過六次吸附再生循環(huán)后，去除率保持在70％以上。此外，該碳點材料還能將甲基藍染料從羅丹明B、藏紅T染料混合液中分離出來，是一類理想的選擇性吸附材料。并且該劍麻纖維基碳點材料合成方法簡單、無需有機溶劑，易于工業(yè)化生產(chǎn)，可至少循環(huán)使用6次，成本更加低廉。因此，該吸附材料在廢水處理領域的實際應用前景十分廣闊。本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。

 

附圖說明

圖1為本申請實施例1中劍麻纖維(SF)、羧酸化劍麻纖維(SFCOOH)和劍麻纖維基熒光碳點(SFNCDs)的FTIR光譜圖；從圖中可以看出SF在3334cm1處的寬特征帶可歸因于纖維素、半纖維素和單糖中的OH伸縮。在引入COOH基團后，SFCOOH的紅外光譜在1731cm1處表現(xiàn)出C＝O特征峰的明顯變尖銳化。當SFCOOH與PEI反應后，SFNCDs的紅外光譜中羧酸鹽C＝O伸縮振動峰消失，在1467cm1處出現(xiàn)了一個新的吸收峰，表明酰胺中的特征C＝O峰。因此，數(shù)據(jù)證實了在SF上成功引入氮摻雜CDs。

  

圖1

圖2為本申請實施例1中劍麻纖維(SF)、羧酸化劍麻纖維(SFCOOH)和劍麻纖維基熒光碳點(SFNCDs)的XRD光譜圖。從圖可以看出SFCOOH和SFNCDs與原料SF表現(xiàn)出相似的XRD圖譜，但SFNCDs表現(xiàn)出最高的強度。這種強度可歸因于CDs的結(jié)晶峰與SF的結(jié)晶峰的疊加。

  

圖2

圖3為測試不同pH值對SFNCDs吸附甲基藍的影響。

  

圖3

圖4為SFNCDs、SFCOOH、SF對甲基藍吸附量的影響。

  

圖4

圖5為不同吸附時間對SFNCDs吸附甲基藍的影響。

  

圖5

圖6為不同染料濃度對SFNCDs吸附性能的影響。

  

圖6

圖7為SFNCDs重復使用效果。

  

圖7

圖8為溫度對SFNCDs吸附甲基藍染料的影響。

  

圖8

圖9為SFNCDs的選擇性吸附的數(shù)碼照片示意圖。

  

圖9

圖10為SFNCDs的選擇性吸附效果。

  

圖10

 

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。

需要說明的是，下述實施方案中所述實驗方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法，所述試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。

本申請?zhí)峁┝藙β槔w維基熒光碳點的制備方法，包括：

步驟一、將劍麻纖維加入TEMPO、次氯酸鈉、溴化鈉、去離子水組成的混合溶液中，調(diào)節(jié)pH至910，室溫下反應4h，然后用乙醇淬滅氧化來終止反應，所得混合物用自來水洗滌以中和，再用去離子水洗滌，干燥，得到羧酸化劍麻纖維。其中，劍麻纖維：TEMPO：次氯酸鈉：溴化鈉的重量比為8：0.010.03：57：0.10.3；

步驟二、以羧酸化劍麻纖維為碳源，加入聚乙烯亞胺為氮源，通過微波處理得到劍麻纖維基熒光碳點。

其中，步驟二中，以羧酸化劍麻纖維為碳源，加入聚乙烯亞胺為氮源，通過微波處理的方法包括：將聚乙烯亞胺加入到去離子水中并完全溶解；然后加入羧酸化劍麻纖維混合，將混合物置于80100℃、600W的微波中回流4060分鐘；然后用自來水洗滌產(chǎn)物以中和pH值，再用去離子水洗滌產(chǎn)物并干燥，獲得劍麻纖維基熒光碳點。其中，羧酸化劍麻纖維與聚乙烯亞胺的重量比為2：0.51。

具體實施例1：

步驟一、將8克劍麻纖維(SF)加入0.02克TEMPO、6.5克次氯酸鈉、0.2克溴化鈉、700毫升去離子水組成的混合溶液中，用2MNaOH調(diào)節(jié)pH至10左右，室溫下攪拌反應4h，然后用4mL乙醇淬滅氧化來終止反應，所得混合物用自來水洗滌至中性，再用去離子水洗滌，自然干燥，得到羧酸化劍麻纖維(SFCOOH)；

步驟二、將1.0克聚乙烯亞胺加入到150毫升去離子水中并完全溶解；然后加入2克羧酸化劍麻纖維混合，將混合物置于100℃、600W的微波中回流50分鐘；然后用自來水洗滌產(chǎn)物以中和pH值，再用去離子水洗滌產(chǎn)物并自然干燥，獲得劍麻纖維基熒光碳點材料(SFNCDs)。

吸附試驗1

配制甲基藍染料濃度為200mg/L,體積為20mL，然后用0.1M鹽酸和0.1MnaOH調(diào)節(jié)染料溶液的pH值，添加SFNCDs 30mg,在25℃條件下，搖床搖動吸附12h。測試不同pH值對SFNCDs吸附甲基藍的影響，結(jié)果如圖3所示，從圖中可以看出在中性條件下，SFNCDs對甲基藍染料吸附量最佳。

吸附試驗2

甲基藍染料濃度為800mg/L，體積為15mL，加入三種吸附劑SFNCDs、SFCOOH、SF，置于搖床中振蕩200min，測試其吸附量，考察吸附劑對甲基藍吸附量的影響，結(jié)果如圖4所示，可以看出，原料SF吸附量最低，在SF引入熒光碳點后，吸附量為619.7mg/g，約為SF吸附量的3.9倍，可見在SF引入含有大量極性官能團的碳點后，吸附量大大提高。

吸附試驗3

配制甲基藍染料濃度為50mg/L,體積為50mL,室溫下，添加SFNCDs 30mg,磁力攪拌，轉(zhuǎn)速為150rpm條件下測試不同吸附時間對SFNCDs吸附甲基藍的影響，結(jié)果如圖5所示，可以看出在吸附200分鐘，吸附基本達到吸附平衡，繼續(xù)延長時間，吸附量增加較少，可見SFNCDs對甲基藍染料吸附速率較快。

吸附試驗4

配制不同濃度甲基藍染料，體積為15mL,添加SFNCDs 10mg,25℃條件下在搖床中振動(150r/min)，吸附時間為300min，用紫外分光光度計進行測量上清液的吸光度，考察不同染料濃度對吸附性能的影響，結(jié)果如圖6所示，當染料的初始濃度為800mg/L時，SFNCDs對甲基藍的吸附量最大達到619.7mg/g。

吸附試驗5

配制甲基藍染料200mg/L，15mL，加入SFNCDs 20mg，室溫下置于搖床中振動吸附200min，測試上清液吸光度計算其去除率，然后將吸附甲基藍染料的劍麻纖維然后用0.1MnaOH溶液15mL脫吸附，搖床搖動1小時，染料脫吸附后再次加入相同濃度體積的甲基藍染料中進行吸附，按照該方法考察了SFNCDs的重復使用次數(shù)，結(jié)果如圖7所示，結(jié)果表明，該SFNCDs可至少重復使用6次，仍可以保持較好的去除率，即使在連續(xù)六次吸附再生循環(huán)利用去除效率仍保持在70.9％。

吸附試驗6

考察了不同溫度對最大吸附量的影響，配制甲基藍染料15mL，加入20mgSFNCDs，于不同溫度條件下振動200min，測試上清液吸光度，技術其吸附量，考察了三種溫度情況下，即25℃、35℃、45℃條件下最大吸附量，結(jié)果如圖8所示，可以看出SFNCDs對甲基藍染料的吸附量隨著溫度的升高而增加。

吸附試驗7

研究了SFNCDs對染料的選擇性吸附性能，選擇了羅丹明B和藏紅T作為混合體系，配制了甲基藍(MeB)、羅丹明B(RhB)和藏紅T(ST)三種染料，濃度均為10mg/L，各10mL，然后將甲基藍分別與羅丹明B和藏紅T進行混合，在兩種混合染料中分別加入20mg SF和20mg SFNCDs，室溫下將其置于搖床中振動200min，首先通過目視觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)SF選擇性很差，顏色變化不大，而SFNCDs具有良好的選擇性，其數(shù)碼照片如圖9所示，當吸附后，ST和RhB的顏色被還原，而SFNCDs則附著藍色。通過紫外分光光度計進一步驗證了SFNCDs具有良好的選擇性，其測試結(jié)果如圖10所示，在吸附后的混合物染料溶液中檢測不到MeB，這說明SFNCDs在分離MeB與ST和RhB時具有很高的選擇性。

盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的實施例。

 

文章摘自國家發(fā)明專利，劍麻纖維基熒光碳點及制備方法和在染料吸附中的應用，發(fā)明人：于淑娟，牟啟英，鄧才龍，孫家祥，沈亞龍，申請?zhí)?/font>：202411692781.5，申請日：2024.11.25