[发明专利]一种利用废弃向日葵制备碳材料的方法

说明书

一种利用废弃向日葵制备碳材料的方法是将废弃向日葵与超纯水加入到水热反应釜中并密封，然后放入烘箱或马弗炉中进行水热反应，水热反应结束后，自然冷却，然后倒出水热反应釜中的反应液，再经过离心、过滤、冷冻干燥，即得碳量子点材料。本发明高效利用废弃的生物质资源，以废弃向日葵为原料，通过水热法制备得到碳量子点材料，实现了废弃生物质资源的高效利用。本发明制备方法具有成本低廉、绿色环保、操作简单、对设备要求低、便于进行大规模的制备及工业化生产。所得碳量子点具有较好的水溶性、高纯度、分散性、尺寸均一、高的稳定性等一系列优点。所得大孔碳材料具有三维相互连通的大孔孔道结构。

技术领域

本发明属于材料合成技术领域，具体涉及一种利用废弃向日葵制备碳材料的方法。

背景技术

碳量子点是继富勒烯、碳纳米管和石墨烯之后的一类新型碳纳米材料，是一种类球形的尺寸在10纳米以下的碳纳米颗粒。碳量子点具有低生物毒性及环境友好性、良好的荧光性能、优异的分散性和化学稳定性、易修饰性和低成本等优点，在生物成像与生物标记、分析检测、催化和光电子器件等领域有着广泛的应用前景。

碳量子点的制备方法目前主要有自上而下法和自下而上法两类方法。自上而下法是指利用一定的物理或化学的方法将大块的碳材料刻蚀成几纳米的碳点，包括利用石墨粉、石墨电极、纳米碳管、氧化石墨、富勒烯、活性炭、蜡烛或天然气燃烧产生的烟灰、煤等进行激光轰击、裂解等产生碳量子点。自下而上法是指将分子形态的碳源利用化学或物理的方法经过碳化、热解等过程合成具有纳米尺寸的碳量子点，主要包括燃烧法、微波法、超声法、酸氧化法等。上述两类方法都存在一定的缺陷，自上而下法通常需要严格的实验条件，如特殊的能源，成本高，不易于开展研究和规模化生产；自下而上法选用的原料一般都是不可再生资源且需要严格的后处理工艺，所以也不利于持续并规模化生产碳量子点。这些都在很大程度上限制了碳量子点的大规模生产和实际应用。因此，探索利用廉价易得的碳源，利用简单有效的方法制备碳量子点是非常必要的。

以生物质资源为原料，节能环保，且不含有重金属离子等有毒成分，更有利于其在碳材料制备领域的应用。生物质资源在自然界中广泛存在、价廉易得、取之不尽、用之不竭，将生物质资源用于碳纳米材料的绿色制备，即拓展了生物质资源的应用领域，又保护了环境，因此具有广阔的应用前景。目前，已经有一些关于生物质资源制备碳量子点的报道，如Advanced Materials, 2012, 24: 2037-2041; Analytical Chemistry, 2012, 84:5351-5357; Materials Letters, 2012, 66: 222-224; Catalysis Science andTechnology, 2013, 3: 1027-1035; Analytical Methods, 2013, 5: 3023+-3027;Analyst, 2013, 138: 6551-6557; Analytical Chemistry, 2014, 86: 8902-8905;Environmental Science and Technology Letters, 2014, 1: 87-91; ChemicalCommunications, 2015, 51: 16625-16628; Journal of Materials Science, 2016,51: 8108-8115等。

向日葵是一年生高大草本植物，具有粗壮直立的茎秆以及大大的花盘。其中，茎秆部位由皮层、木质部和海绵状的茎髓组成，茎髓富含多糖、绿原酸、新绿原酸、4-咖啡酰基奎宁酸、栲利烯酸、环栲利酸、东茛菪苷、苹果酸等物质。脱去向日葵籽的花盘含有大量的糖类、维生素类和蛋白质类等物质。然而，人们往往在收获向日葵籽后，将向日葵的其他部分都统统废弃掉或用作燃料烧掉，对于其在新型碳材料制备领域的应用从未开发过。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种利用废弃向日葵制备碳量子点材料的方法。

本发明的第二个目的在于有效利用上述碳量子点制备过程中产生的废弃残渣，制备大孔碳材料的方法。