[发明专利]一种硅量子点水溶液及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种硅量子点水溶液及其制备方法与应用，包括以下步骤：(1)将秸秆在空气气氛中高温热解；(2)热解后的秸秆粉末用碱金属碳酸盐溶液浸泡后干燥；(3)干燥获得的固体再次热解，热水浸泡热解渣，过滤后得到水玻璃溶液；(4)将水玻璃溶液与离子液体混合并搅拌，在氮气中加热到180℃，获得液体产物；(5)将获得液体使用透析袋进行透析20～30h，取外层溶液，即为硅量子点水溶液。本发明方法以农林废弃物秸秆为原料，通过简单有效热解和离子液体处理，能够直接获得水溶性荧光硅量子点，不需要复杂的化学修饰，合成方法简单易行，操作安全。硅量子点水溶性强，生物相容性好，应用范围广泛。

技术领域

本发明属于纳米新材料领域，具体涉及一种硅量子点水溶液及其制备方法与应用，尤其是一种以秸秆为原料制备荧光水溶性硅量子点水溶液。

背景技术

硅量子点是一种波尔半径小于5nm的纳米材料，硅材料对环境、生物体均无毒性，加上点硅量子点抗光漂白、吸收截面高、在蓝光波长处宽带吸收增强和相对较窄而对称的发射光谱、生物相容性良好，能够很好的解决传统量子点发光率低和毒性问题，在光学传感方面具有较大的潜力，故它在化学、生物检测和医疗诊断等领域得到广泛应用。而传统方法制备的硅量子点由于水溶性差，应用领域受到限制。

作为谷类作物的主要副产品，秸秆是一种典型的生物质材料，具有大量，低成本和许多传统用途。秸秆中约含20％的二氧化硅、以水合无定形状态存在，将其作为硅源加以利用，既有利于农作物秸秆的合理利用，赋予其更高的价值，同时也符合可持续发展战略，满足不同的生产需要。

离子液体是指在温度低于100℃呈液态的离子聚集体，可以溶解大多数无机物、有机物和高分子材料；它不仅可以作为溶剂使用，甚至还可以作为某些反应的催化剂。离子液体一般不会挥发，所以在反应的过程中不会产生有毒有害气体。总之，离子液体的无味、无恶臭、无污染、不易燃、易与产物分离、易回收、可反复多次循环使用等优点，使它成为传统挥发性有机溶剂的理想替代品。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种从农林废弃物制备得到的硅量子点水溶液。

本发明还要解决的技术问题是提供上述硅量子点水溶液的其制备方法。该方法对秸秆进行简单的热解、浸提、沉淀等工艺，最后利用离子液体对提取出的二氧化硅的高溶解能力获得高产率的荧光水溶性硅量子点。

本发明最后要解决的技术问题是提供上述硅量子点水溶液的应用。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种硅量子点水溶液的制备方法，其包括如下步骤：

(1)秸秆的热解：将秸秆置于高温管式炉中，在空气气氛中进行热解，得到第一热解渣；所述秸秆中含有二氧化硅；

(2)水玻璃的制备：将步骤(1)得到的第一热解渣浸泡于碳酸盐溶液中，再固液分离，将固体部分干燥；

(3)将步骤(2)干燥后的物料置于高温管式炉中，在真空下进行热解，保证在厌氧的条件下得到含有水玻璃的第二热解渣；

(4)水溶性硅量子点的制备：将步骤(3)得到第二热解渣浸泡于热水中，再固液分离，所得滤液；所述的滤液为液体水玻璃

(5)将步骤(4)制得的滤液与离子液体混合，加热，得到棕色液体；

(6)将步骤(5)制得的棕色液体进行透析提纯，得到硅量子点水溶液。

步骤(1)中，所述的秸秆为玉米秸秆、麦秸秆和稻秸秆中的任意一种或几种组合。

步骤(1)中，热解的温度为500～800℃，热解的时间为60～120min。

步骤(2)中，通过水玻璃的制备，将秸秆中存在的二氧化硅转化为水玻璃。