CN107663453A - 一种木质素荧光碳纳米粒子的制备方法 - Google Patents

一种木质素荧光碳纳米粒子的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107663453A
CN107663453A CN201610604978.8A CN201610604978A CN107663453A CN 107663453 A CN107663453 A CN 107663453A CN 201610604978 A CN201610604978 A CN 201610604978A CN 107663453 A CN107663453 A CN 107663453A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lignin
fluorescent carbon
carbon nano
particles
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610604978.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107663453B (zh
Inventor
李淑君
牛娜
刘守新
李坚
任世学
张馨月
马灼明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northeast Forestry University
Original Assignee
Northeast Forestry University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northeast Forestry University filed Critical Northeast Forestry University
Priority to CN201610604978.8A priority Critical patent/CN107663453B/zh
Publication of CN107663453A publication Critical patent/CN107663453A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107663453B publication Critical patent/CN107663453B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/65—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/60—Optical properties, e.g. expressed in CIELAB-values

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Compounds Of Unknown Constitution (AREA)

Abstract

本发明属于荧光碳纳米粒子技术领域，涉及以木质素为原料制备荧光碳纳米粒子的制备方法。本发明荧光碳纳米粒子的制备原料木质素来源丰富，是世界第二位最丰富、可再生的有机物，仅次于纤维素。本发明不仅可使木质素资源高值利用，还大大简化了荧光碳纳米粒子的制备方法。木质素固有的苯环结构符合共轭体系的要求，无需碳水化合物的脱水、炭化、芳构化过程，就能够吸收激发光并产生一定的荧光释放，从而使荧光碳纳米粒子的制备过程大大简化。本发明木质素荧光碳纳米粒子的制备方法为：将木质素精制，减少杂质干扰；将精制木质素用溶剂进行溶解分散；将木质素溶液用离心或透析的方法进行分离，即可获得木质素荧光碳纳米粒子溶液。

Description

一种木质素荧光碳纳米粒子的制备方法
技术领域
本发明属于荧光碳纳米粒子技术领域，涉及以木质素为原料制备荧光碳纳米粒子的制备方法。
背景技术
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)的材料，因其尺寸效应带来的特殊性质，已成为全世界研究热点。纳米颗粒是三个维度的尺寸都在100纳米(nm)以下，荧光碳纳米粒子则具有独特的光学性质，受激发可发出荧光。荧光碳纳米粒子的光稳定性好，不容易被分解破坏。它们的荧光谱峰极窄，互不交叉重叠，用于生物荧光标记时易于识别，并且由于尺寸的可调谐性，使之可以同时对不同物质进行标记。
传统的半导体荧光纳米粒子尽管拥有许多优秀的性质，但其含有重金属离子，对细胞的毒性作用也不容忽视，以致其在生物标记等方面的应用受到限制。不仅如此，随着全球矿产资源日益枯竭，寻找可替代的原料成为研究者关注的重点。荧光碳纳米粒子是一种可发光的碳纳米材料，与半导体荧光纳米粒子和有机染料相比，具有荧光稳定性好、无光闪烁、生物相容性好、低毒等优点，在生物分子标记、活体成像、传感、光电等领域具有广阔的应用前景。
常见的合成荧光碳纳米粒子的方法大概分为物理和化学两类。物理法有电弧放电、激光消融法；化学法主要有电化学法、微波法、支持合成法、溶剂热法、燃烧法、微乳液法、溶胶-凝胶法等。目前化学法发展较快，应用的较为广泛。生物质资源储量大，可再生且对环境友好，是制备荧光碳纳米粒子的理想原料。由此制备出的荧光碳纳米粒子与传统的荧光纳米粒子相比，对生物体及环境的毒害作用减小，且具有优秀的光稳定性，强化学惰性，良好的生物相容性，高水溶性，耐光漂白和易于功能化等优势。
目前已实现用碳水化合物(葡萄糖、蔗糖、淀粉或纤维素)、柳树枝等生物质原料制备荧光碳纳米粒子。在制备过程中都需要有高能或高温处理，使其中的碳水化合物脱水、炭化、芳构化，形成能够吸收激发光并释放荧光的共轭体系。荧光碳纳米粒子的结构(例如芳构化程度，含氧官能团的量等)和尺寸是影响特征激发和发射波长的重要因素，能够赋予材料特殊的性能。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的荧光碳纳米粒子制备方法复杂的缺点而提出的木质素荧光碳纳米粒子的制备方法，不仅可使木质素资源高值利用，还大大简化了荧光碳纳米粒子的制备方法。
木质素荧光碳纳米粒子的制备方法通过以下步骤实现：(一)原料的预处理：将木质素精制，减少杂质干扰；(二)溶剂溶解分散：将精制木质素用溶剂进行溶解分散；(三)分离：将木质素溶液用离心或透析的方法进行分离，即可获得木质素荧光碳纳米粒子溶液。步骤(一)中的原料可以为酶解木质素、碱木质素、木质素磺酸盐、磨木木质素等木质素中的任意一种或多种混合物，还可以为果壳、糠醛渣、木粉等富含木质素的原料。预处理方法为碱溶酸沉、溶剂提取等常用木质素精制方法。步骤(二)中的溶剂为碱性水溶液、水、二氧六环、以及甲醇、乙醇、丙醇等低分子醇类物质中的任意一种或多种混合溶剂。步骤(三)中的分离方法为将木质素溶液采用透析法分离除去可溶性杂质，或用离心方法除去大颗粒物质，也可以两种方法并用。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、木质素是主要由三种单体(对香豆醇、松柏醇、芥子醇)形成的一种复杂酚类聚合物。木质素固有的苯环结构符合共轭体系的要求，无需碳水化合物的脱水、炭化、芳构化过程，就能够吸收激发光并产生一定的荧光释放，从而使荧光碳纳米粒子的制备过程大大简化。
2、木质素原料丰富，是世界第二位最丰富的有机物，仅次于纤维素。现有荧光碳纳米粒子制备的原料多为碳水化合物(葡萄糖、蔗糖、淀粉或纤维素)、柳树枝等生物质原料，这些原料已经在食品、造纸等其它领域被高效地利用，具有很高的利用价值，而木质素尚未被很好地利用，成本低廉。
附图说明
图1为酶解木质素原料经碱溶酸沉精制后，以水-乙醇(1:1，v/v)混合溶剂溶解分散，经8000转/分钟的速度离心分离10分钟所获得液体样品的荧光发射和激发光谱。样品以波长为365nm的紫外光激发，获得了较强的荧光，发射峰位置位于494nm。图中左侧黑色曲线为样品的荧光激发光谱(发射光位于494nm)，右侧红色曲线为样品的发射光谱(激发光位于365nm)。
图2为酶解木质素原料精制后，以水-乙醇(1:1，v/v)混合溶剂溶解分散，经8000转/分钟的速度离心分离10分钟，再经过8000Da的透析袋透析1天所获得液体样品的透射电镜图。粒子粒径小于5纳米。
具体实施方式
具体实施方式一：称取酶解木质素1g，经二氧六环-水(9:1)混合溶剂提取精制后，以100mL二氧六环-水(9:1)混合溶剂溶解分散，经16000转/分钟的速度离心分离10分钟，即获得木质素荧光碳纳米粒子溶液。
具体实施方式二：称取碱木质素1g，经碱溶酸沉精制后，以100mL4％氢氧化钠水溶液溶解分散，移入截留分子量为1000Da的透析袋中透析14天，即获得木质素荧光碳纳米粒子溶液。
具体实施方式三：称取木质素磺酸盐1g，经碱溶酸沉精制后，以100mL水-乙醇(1:1，v/v)混合溶剂溶解分散，经8000转/分钟的速度离心分离20分钟，移入截留分子量为8000Da的透析袋中透析1天，收集透出液体即获得木质素荧光碳纳米粒子溶液。
具体实施方式四：称取椰壳粉末1g，经碱溶酸沉精制后，以100mL水-甲醇(1:1，v/v)混合溶剂溶解分散，经12000转/分钟的速度离心分离10分钟，即获得木质素荧光碳纳米粒子溶液。
具体实施方式五：称取糠醛渣1g，经碱溶酸沉精制后，以100mL乙醇溶解分散，经8000转/分钟的速度离心分离30分钟，即获得木质素荧光碳纳米粒子溶液。
具体实施方式六：称取磨木木素1g，经碱溶酸沉精制后，以100mL水-乙醇(1:1，v/v)混合溶剂溶解分散，经16000转/分钟的速度离心分离10分钟，即获得木质素荧光碳纳米粒子溶液。

Claims (5)

1.一种木质素荧光碳纳米粒子的制备方法，其特征是它通过以下步骤实现：(一)原料的预处理：将木质素精制，减少杂质干扰；(二)溶剂溶解分散：将精制木质素用溶剂进行溶解分散；(三)分离：将木质素溶液用离心或透析的方法进行分离，即可获得木质素荧光碳纳米粒子溶液。
2.根据权利要求1所述的木质素荧光碳纳米粒子的制备方法，其特征在于步骤(一)中的原料可以为酶解木质素、碱木质素、木质素磺酸盐、磨木木质素等木质素中的任意一种或多种混合物，还可以为果壳、糠醛渣、木粉等富含木质素的原料。
3.根据权利要求1所述的木质素荧光碳纳米粒子的制备方法，其特征在于步骤(一)中的预处理方法为碱溶酸沉、溶剂提取等常用木质素精制方法。
4.根据权利要求1所述的木质素荧光碳纳米粒子的制备方法，其特征在于步骤(二)中的溶剂为水、二氧六环、以及甲醇、乙醇、丙醇等低分子醇类物质中的任意一种或多种混合溶剂。
5.根据权利要求1所述的木质素荧光碳纳米粒子的制备方法，其特征在于步骤(三)中的分离方法为将木质素溶液采用透析法分离除去可溶性杂质，用离心方法除去大颗粒物质，也可以两种方法并用。
CN201610604978.8A 2016-07-28 2016-07-28 一种木质素荧光碳纳米粒子的制备方法 Active CN107663453B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610604978.8A CN107663453B (zh) 2016-07-28 2016-07-28 一种木质素荧光碳纳米粒子的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610604978.8A CN107663453B (zh) 2016-07-28 2016-07-28 一种木质素荧光碳纳米粒子的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107663453A true CN107663453A (zh) 2018-02-06
CN107663453B CN107663453B (zh) 2022-01-11

Family

ID=61115126

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610604978.8A Active CN107663453B (zh) 2016-07-28 2016-07-28 一种木质素荧光碳纳米粒子的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107663453B (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108409984A (zh) * 2018-03-26 2018-08-17 中南大学 一种快速同步制备木质素纳米颗粒和碳量子点的方法
CN108424769A (zh) * 2017-02-15 2018-08-21 东北林业大学 一种生物成像用碳点的绿色制备方法
CN109336087A (zh) * 2018-12-26 2019-02-15 南京林业大学 使用栓皮栎壳斗制备栓皮栎壳斗基碳量子点及其在荧光油墨上的应用
CN109504377A (zh) * 2018-12-26 2019-03-22 南京林业大学 使用栓皮栎壳制备栓皮栎壳基碳量子点及其在荧光油墨上的应用
CN109593524A (zh) * 2018-12-26 2019-04-09 南京林业大学 使用辐射松丝制备水溶性碳量子点及荧光油墨的方法及其应用
CN109777410A (zh) * 2019-03-13 2019-05-21 大连工业大学 一种高得率的木质素基荧光碳量子点的制备方法
CN110257047A (zh) * 2019-04-12 2019-09-20 东北林业大学 一种从落叶松树皮中分离有机荧光物的方法
CN113019334A (zh) * 2021-03-11 2021-06-25 东北林业大学 一种改性木质素磁性复合材料的制备及其去除废水中染料的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102002165A (zh) * 2010-09-15 2011-04-06 东北林业大学 一种利用超临界反溶剂技术制备纳米木质素的方法
CN103145999A (zh) * 2013-03-26 2013-06-12 东北林业大学 一种粒径可控纳米木质素的制备方法
CN105727313A (zh) * 2014-12-12 2016-07-06 中国科学院大连化学物理研究所 一种来自啤酒的碳点的制备方法及应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102002165A (zh) * 2010-09-15 2011-04-06 东北林业大学 一种利用超临界反溶剂技术制备纳米木质素的方法
CN103145999A (zh) * 2013-03-26 2013-06-12 东北林业大学 一种粒径可控纳米木质素的制备方法
CN105727313A (zh) * 2014-12-12 2016-07-06 中国科学院大连化学物理研究所 一种来自啤酒的碳点的制备方法及应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YUYUAN XUE等: "Aggregation-induced emission: the origin of lignin fluorescence", 《POLYM. CHEM》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108424769A (zh) * 2017-02-15 2018-08-21 东北林业大学 一种生物成像用碳点的绿色制备方法
CN108424769B (zh) * 2017-02-15 2020-11-24 东北林业大学 一种生物成像用碳点的绿色制备方法
CN108409984A (zh) * 2018-03-26 2018-08-17 中南大学 一种快速同步制备木质素纳米颗粒和碳量子点的方法
CN108409984B (zh) * 2018-03-26 2020-07-31 中南大学 一种快速同步制备木质素纳米颗粒和碳量子点的方法
CN109336087A (zh) * 2018-12-26 2019-02-15 南京林业大学 使用栓皮栎壳斗制备栓皮栎壳斗基碳量子点及其在荧光油墨上的应用
CN109504377A (zh) * 2018-12-26 2019-03-22 南京林业大学 使用栓皮栎壳制备栓皮栎壳基碳量子点及其在荧光油墨上的应用
CN109593524A (zh) * 2018-12-26 2019-04-09 南京林业大学 使用辐射松丝制备水溶性碳量子点及荧光油墨的方法及其应用
CN109777410A (zh) * 2019-03-13 2019-05-21 大连工业大学 一种高得率的木质素基荧光碳量子点的制备方法
CN110257047A (zh) * 2019-04-12 2019-09-20 东北林业大学 一种从落叶松树皮中分离有机荧光物的方法
CN113019334A (zh) * 2021-03-11 2021-06-25 东北林业大学 一种改性木质素磁性复合材料的制备及其去除废水中染料的方法
CN113019334B (zh) * 2021-03-11 2022-09-23 东北林业大学 一种改性木质素磁性复合材料的制备及其去除废水中染料的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107663453B (zh) 2022-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107663453A (zh) 一种木质素荧光碳纳米粒子的制备方法
Chen et al. A novel deep eutectic solvent from lignin-derived acids for improving the enzymatic digestibility of herbal residues from cellulose
CN113459230B (zh) 基于碳量子点的多色荧光透明木材的制备方法及透明木材
CN108424769B (zh) 一种生物成像用碳点的绿色制备方法
CN110485188B (zh) 一种木质纤维同步制备高纯纤维素和木质素纳米颗粒的方法及其应用
Xu et al. Production of hierarchical porous bio‑carbon based on deep eutectic solvent fractionated lignin nanoparticles for high-performance supercapacitor
Gan et al. Lignocellulosic biomass‐based carbon dots: synthesis processes, properties, and applications
Song et al. Preparation, properties, and application of lignocellulosic‐based fluorescent carbon dots
CN109135738B (zh) 一种基于废弃烟梗的氮掺杂碳点及其合成方法和应用
CN113620274B (zh) 一种快速简便高量子产率的木质素基碳量子点的制备方法
CN112853794A (zh) 一种三元低共熔溶剂预处理制备纳米纤维素微纤丝的方法
CN105566502A (zh) 耐水性可再生纳米纤维素薄膜的制备方法
CN107502349A (zh) 水溶性黄色荧光碳量子点的制备方法
CN113046073A (zh) 一种微藻基纳米碳量子点固体粉末及其制备方法和用途
CN107983179A (zh) 一种多功能纳米纤维素复合分离滤膜的制备方法及其应用
CN103342826A (zh) 一种甲壳素纳米纤维/蒙脱土复合膜材料的制备方法
Feng et al. Effect of p-TsOH pretreatment on separation of bagasse components and preparation of nanocellulose filaments
CN103450494A (zh) 一种应用水溶液析出的纳米纤维素薄膜的制备方法
Zhang et al. Two-pronged approach: synergistic tuning of the surface and carbon core to achieve yellow emission in lignin-based carbon dots
CN107722974B (zh) 一种生物质焦油衍生碳量子点的制备方法
CN110143581A (zh) 一种超高比表面积碳气凝胶材料的制备方法
CN110182786B (zh) 一种利用木质素磺酸盐制备自掺杂硫荧光碳纳米点的方法
CN103224629A (zh) 一种净化用甘蔗渣的化学改性方法
CN112709090A (zh) 一种制备含木素的纤维素纳米纤丝的方法
CN112779008A (zh) 一种荧光碳纳米点及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant