一種碳點/介孔二氧化硅復合材料的制備方法和應用技術

本發明專利技術公開了一種碳點/介孔二氧化硅復合材料的制備方法和應用，屬于熒光碳納米材料及介孔復合材料的合成及應用領域。該方法是將檸檬酸、乙二胺、介孔二氧化硅和硝酸鈉共混于去離子水中，超聲分散后置于反應器中，進行常壓微等離子體放電處理，放電結束后離心分離，固體經洗滌、干燥得到碳點/介孔二氧化硅復合材料，該復合材料用于鈾酰離子吸附及吸附過程監測方面。該方法快速、簡單、能耗低，制備得到的碳點/介孔二氧化硅復合材料具有很好的熒光性質和孔道結構，對鈾酰離子的吸附性能良好，且復合材料的熒光性質用于監測吸附過程，實現吸附過程的可視化。

Preparation method and application of carbon point / mesoporous silica composite

The invention discloses a preparation method and application of carbon point / mesoporous silica composite material, belonging to the field of synthesis and application of fluorescent carbon nano material and mesoporous composite material. This method is citric acid, ethylenediamine, mesoporous silica and sodium nitrate blend in deionized water, ultrasonic dispersion in the reactor at atmospheric pressure, micro plasma discharge treatment after discharge, centrifugal separation, washing and drying to obtain the solid carbon / mesoporous silica composite material two, the composite material used the uranyl ion adsorption and adsorption process monitoring. This method is rapid, simple, low energy consumption, the prepared carbon / mesoporous silica composite material has good fluorescence property and pore structure, adsorption properties of uranyl ion, and fluorescence properties of the composite materials used for monitoring the adsorption process, the adsorption process of visualization.

【技術實現步驟摘要】
一種碳點/介孔二氧化硅復合材料的制備方法和應用
本專利技術屬于熒光碳納米材料、介孔復合材料的合成及應用領域，具體涉及一種碳點/介孔二氧化硅復合材料的制備方法和應用。
技術介紹
隨著經濟的快速發展，能源短缺問題日益嚴重。傳統化石能源燃燒所帶來的環境問題使得我國對清潔高效的低碳能源的需求越來越強烈。在眾多清潔能源中核能的發展尤為迅速，其中作為核能的主要燃料-鈾的消耗也會逐年增長。此外，在采礦和生產過程中，產生的含鈾廢水對人類的健康和環境的保護構成威脅。因此，實時監測、去除和富集鈾資源在經濟效益和環境保護等方面均具有重要意義。在眾多技術中，吸附法由于具有效率高、操作簡便等優點而備受關注。近年來，許多科研工作者致力于尋找吸附性能更好地吸附劑。其中碳材料如活性炭、碳納米管、石墨烯等由于具有比表面積大、結構多樣化、表面功能基團多和廉價易得等優點被廣泛應用于鈾酰離子的吸附富集中。然而，對于吸附過程的監測則需要很復雜的步驟，首先需要將固液混合液分離得到澄清溶液，然后經過一系列操作后在ICP-MS或ICP-AES等復雜儀器上進行分析并獲得數據。因此，開發新的材料以及新的分析手段用于在實現高效吸附的同時監測吸附過程是很有必要的。碳點是一種新型的熒光碳納米材料，它具有熒光可調、光穩定性高、激發光譜寬、制備原料來源廣泛、低廉等優點，備受人們的青睞，且其表面大量的功能基團賦予碳點許多優異的性質，功能基團的種類和含量均可以通過改變原料以及反應條件等方法調節，使得碳點在金屬離子檢測方面具有廣泛應用，是一種潛在的吸附材料。然而碳點由于粒徑比較小，大部分易溶于水，難以分離等特點，又限制了碳點在金屬離子吸附方面的應用。故而需要將碳點與其他材料相結合，制備含有碳點的復合材料。近年來，科研工作者們制備了一些碳點的復合材料用于吸附重金屬離子或有機染料，如Wang,J.等(WangJ.,ZhangW.,YueX.,et.al,J.Mater.Chem.A,2016,4,3893-3900)制備磁性鐵氧體MoS2和碳點的復合材料用于去除重金屬離子Pb2+。LingzhiWang等(WangL.,ChengC.,TapasS.,et.al,JMater.Chem.A,2015,3(25),13357-13364)將碳點修飾的介孔二氧化硅做吸附劑吸附重金屬離子Hg2+，Cu2+，Pb2+。但是這些碳點介孔硅的復合材料制備方法比較復雜，過程繁瑣，不易快速、一步法制備，且在應用方面只是將碳點作為一種吸附位點，并未將碳點的熒光性質應用到對離子的吸附過程中，而基于常壓微等離子體輔助一步法制備碳點/介孔二氧化硅復合材料則鮮有研究，且并沒有研究將碳點的復合材料用于吸附鈾酰離子。
技術實現思路
本專利技術針對碳點/介孔二氧化硅復合材料準備方法復雜繁瑣的不足，提供了一種碳點/介孔二氧化硅復合材料的制備方法及其應用，其特征在于，該制備方法包括如下步驟：(1)將介孔二氧化硅與含有檸檬酸和乙二胺的溶液混合，超聲分散得到懸濁液；(2)將步驟(1)的懸濁液置于反應器中，進行常壓微等離子體放電處理，保持電流穩定，放電反應結束后將懸濁液用離心分離；(3)將步驟(2)分離后的固體洗滌，真空干燥，即得到碳點/介孔二氧化硅復合材料。步驟(1)中，所述介孔二氧化硅的濃度為1-10mg/mL，檸檬酸與乙二胺的摩爾比為1:(0.1-10)，檸檬酸和乙二胺的總質量與介孔二氧化硅的質量比為(10-150):1。步驟(1)中，含有檸檬酸和乙二胺的溶液還可以進一步含有硝酸鈉電解質以增加溶液的導電性，硝酸鈉的濃度為0-10mg/mL。步驟(2)中，放電的輸出電流為2-20mA，放電穩定持續時間為10-40min。步驟(2)中，放電的輸出電流優選為10mA，放電時的電壓可以為2900V。步驟(3)具體為：將步驟(2)分離后的固體先用去離子水洗滌3-4次后，再用乙醇洗滌2-3次，洗滌后的固體放入真空烘箱中干燥，得到淡黃色固體粉末，即為碳點/介孔二氧化硅復合材料。其中，真空干燥的溫度優選為80℃。制備的碳點/介孔二氧化硅復合材料用于鈾酰離子吸附及吸附過程監測方面。所述吸附反應的溫度25℃，吸附時間24h，吸附劑和含鈾酰離子溶液的固液比為1mg:2mL。碳點/介孔二氧化硅復合材料的熒光下降的程度和吸附容量之間存在很好的對應關系，利用熒光性質方便、快速的實現對吸附過程的監測，實現對吸附鈾酰離子過程的可視化。本專利技術的優點是：采用常壓微等離子體輔助一步法原位快速制備碳點/介孔二氧化硅復合材料，具有快速、簡單、能耗低的特點；制備得到的碳點/介孔二氧化硅復合材料具有很好的熒光性質和孔道結構，復合材料對鈾酰離子的吸附性能良好，且復合材料的熒光性質用于監測吸附過程，實現吸附過程的可視化。吸附在復合材料上的鈾酰離子可以很容易的被洗脫下來，實現鈾酰離子的分離和富集。附圖說明圖1是制備的碳點/介孔二氧化硅復合材料熒光光譜圖；圖2是制備的碳點/介孔二氧化硅復合材料TEM圖；圖3不同放電反應時間下的碳點/介孔二氧化硅復合材料的熒光強度；圖4不加硝酸鈉的條件下的碳點/介孔二氧化硅復合材料的熒光強度；圖5是碳點/介孔二氧化硅復合材料在吸附鈾酰離子時熒光和吸附量之間的關系。具體實施方式本專利技術提供了一種碳點/介孔二氧化硅復合材料的制備方法及其應用，下面結合附圖和具體實例對本專利技術做進一步闡述。實施例1一種碳點/介孔二氧化硅復合材料的制備：將25mL的燒杯用去離子水沖洗干凈，烘干備用，稱取0.960g檸檬酸放入燒杯中，量取500μL的乙二胺倒入燒杯，并向其中加入10mL去離子水，30mg的介孔二氧化硅以及50mg硝酸鈉，超聲分散得到白色懸濁液；將溶液倒入H型反應器皿中，將反應器放在試驗臺上，調節氬氣氣流為60mL/min，兩個放電電極分別在H型反應器的正上方，陰極為鉑絲電極，陽極為內徑180μm氬氣管，調節恒流電源的輸出電流為10mA，電壓為2900V，實驗開始后，將陰極鉑絲電極浸沒在溶液中，陽極的氬氣管緩慢下降，直至放電開始，此時開始用秒表計時；保持放電穩定持續10min，放電結束后將懸濁液用離心機離心分離，并用去離子水和乙醇洗滌，將洗滌后的固體放入真空烘箱中干燥，得到淡黃色固體粉末。用熒光光譜儀測試表明，所制備的碳點/介孔二氧化硅復合材料具有很好的熒光性能，其熒光強度最高的峰是在360nm激發波長下，峰位置在450nm左右(圖1)；透射電子顯微鏡(TEM)測試表明，在介孔二氧化硅上能夠較為清楚地看到碳點的存在(圖2)。實施例2保持放電穩定地持續20min，其他條件與實施例1相同，所制備的碳點/介孔二氧化硅復合材料的熒光光譜如圖3所示，表明該復合材料具有很好的熒光性能。實施例3保持放電穩定地持續30min，其他條件與實施例1相同，所制備的碳點/介孔二氧化硅復合材料的熒光光譜如圖3所示，表明該復合材料具有很好的熒光性能。實施例4保持放電穩定地持續40min，其他條件與實施例1相同，所制備的碳點/介孔二氧化硅復合材料的熒光光譜如圖3所示，表明該復合材料具有很好的熒光性能。實施例5保持放電穩定地持續40min，硝酸鈉用量為0mg，其他條件與實施例1相同，所制備的碳點/介孔二氧化硅復合材料的熒光光譜如圖4所示，表明該復合材料具有很好的熒光性能。實施本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種碳點/介孔二氧化硅復合材料的制備方法，其特征在于，包含如下步驟：(1)將介孔二氧化硅與含有檸檬酸和乙二胺的溶液混合，超聲分散得到懸濁液；(2)將步驟(1)的懸濁液置于反應器中，進行常壓微等離子體放電處理，保持電流穩定，放電反應結束后將懸濁液用離心分離；(3)將步驟(2)分離后的固體洗滌，真空干燥，即得到碳點/介孔二氧化硅復合材料。

【技術特征摘要】
1.一種碳點/介孔二氧化硅復合材料的制備方法，其特征在于，包含如下步驟：(1)將介孔二氧化硅與含有檸檬酸和乙二胺的溶液混合，超聲分散得到懸濁液；(2)將步驟(1)的懸濁液置于反應器中，進行常壓微等離子體放電處理，保持電流穩定，放電反應結束后將懸濁液用離心分離；(3)將步驟(2)分離后的固體洗滌，真空干燥，即得到碳點/介孔二氧化硅復合材料。2.根據權利要求1所述的一種碳點/介孔二氧化硅復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述介孔二氧化硅的濃度為1-10mg/mL，檸檬酸與乙二胺的摩爾比為1:(0.1-10)，檸檬酸和乙二胺的總質量與介孔二氧化硅的質量比為(10-150):1。3.根據權利要求1所述的一種碳點/介孔二氧化硅復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中放電的輸出電流為2-20mA，放電穩定持續...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陸躍翔，王哲，魏國玉，陳靖，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：北京,11