[发明专利]一种生物质基纳米表面活性剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提出了一种生物质基纳米表面活性剂及其制备方法和应用，生物质基纳米表面活性剂常温下为固体粉末，由碳纳米粒子组成，碳纳米粒子的尺寸范围0.5～5nm，形成的碳纳米片厚度范围为0.35nm～2nm。制备方法包括如下步骤：a.将生物质残渣置于高温管式炉中，在惰性气氛保护下，加热到200～700℃进行绝氧热聚合，冷却后得到生物质基纳米表面活性剂粗产物；b.生物质基纳米表面活性剂粗产物溶解于极性溶剂中，超速离心得上清液，将上清液旋转蒸发烘干后得到生物质基纳米表面活性剂产品。本发明的制备方法制备工艺简化，适宜规模化生产，制备出的生物质基纳米表面活性剂具有优越的发光性能和荧光行为，并具有优越的表面活性，能够作为乳化剂制备稳定的Pickering乳液。

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，特别涉及一种生物质基纳米表面活性剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，碳量子点(CQDs)由于具有独特结构，优越的性能和广阔的应用前景，引起了人民的强烈的关注。与半导体量子点相比，CQDs具有优越的生物相容性和低毒性，对细胞损伤小等特点，尤其在活体生物标记具有独特的优势。而与有机生物染料相比，碳量子具有较高稳定性和抗光漂白性。因此，CQDs 往往被作为一种理想的生物荧光探针来使用。除此之外，具有定制表面性能的 CQDs可以控制两种不混溶的聚合物或流体的界面性质；因此，它们可以作为有效的纳米颗粒表面活性剂来生产新颖结构的材料，例如双连续太阳能电池，催化载体的膜，光子带隙材料和不对称结构的颗粒。

与常规表面活性剂相比，纳米颗粒表面活性剂对油-水界面表现出高度稳定的准不可逆吸附，从而产生稳定的乳液。但是，由于CQDs的芳香核主体周围连接大量的含氧官能团，因而表现出极强的亲水性，但是亲油性表现不足。这严重制约了其作为纳米颗粒表面活性剂的应用，因此需要对其亲水性的表面进行改性，以获得较为平衡的亲水亲油能力。最近，有报道说CQDs的亲水性的氧含量可以通过热处理和化学嫁接的方法进行调整。与化学接枝方法相比，热处理方法可以通过调整处理时间或温度来控制还原度，从而更好地控制具有较小颗粒-粒子偏差的CQD的表面性质。

然而，CQDs主要是用石墨、金刚石或者具有天然类石墨烯结构的材料制备得到，这种方法一般需要复杂的处理程序，有的还需要昂贵的设备，不利于大规模生产和实际应用。(不易生产)从而严重制约了CQDs作为纳米表面活性剂的应用。此外，目前使用的有CQDs制备纳米表面活性剂的方法存在合成过程复杂，成本高，污染大，能耗高等突出问题。因此，开发一种原料廉价易得，无毒，制备周期短，制作成本低，且重复性好的制备纳米表面活性剂的方法，对于纳米表面活性剂的推广应用具有重要的意义。

发明内容

本发明提出一种生物质基纳米表面活性剂及其制备方法和应用，简化了制备工艺，减少原料成本，适宜规模化生产。

本发明一方面提供了一种生物质基纳米表面活性剂，其常温下为固体粉末，由碳纳米粒子组成，所述碳纳米粒子的尺寸范围0.5-5nm，形成的碳纳米片厚度范围为0.35nm-2nm，该碳纳米片由多个单层碳纳米片叠加而形成。

本发明另一方面提供了生物质基纳米表面活性剂的制备方法，包括如下步骤：

a.将生物质残渣置于高温管式炉中，在惰性气氛保护下，加热到200～700℃进行绝氧热聚合，热聚合时间为0.5～5h，冷却到室温后得到生物质基纳米表面活性剂粗产物；

b.将步骤a得到的生物质基纳米表面活性剂粗产物溶解于极性溶剂中，超速离心得上清液，将上清液旋转蒸发烘干后得到生物质基纳米表面活性剂产品。

反应过程中需要通入惰性气体，能够促进原料发生分子间的自聚合，如果有氧气存在，会发生氧化反应，破坏分子的自聚，从而无法形成纳米结构。优选地，惰性气体可为高纯氮气、高纯氩气、高纯氦气中的一种或多种。