[发明专利]一种耐酸碳量子点及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种耐酸碳量子点及其制备方法和应用。本发明的耐酸碳量子点的制备方法包括以下步骤：将乙二胺四乙酸二钠、间苯二胺、脂肪族胺和硫酸分散在水中，再进行水热反应，即得耐酸碳量子点。本发明的碳量子点具有高效、广谱的紫外线吸收效果，耐酸性和耐光性好，且制备方法简单、生产成本低，适合大规模生产应用。

技术领域

本发明涉及碳纳米材料技术领域，具体涉及一种耐酸碳量子点及其制备方法和应用。

背景技术

紫外线(UV)是指波长10nm～400nm的光线，是太阳光的重要组成部分。太阳光穿过地球表面的臭氧层时，虽然大部分的紫外线能够被臭氧层阻挡，但能量较低的UVA(波长320nm～400nm)和UVB(波长280nm～320nm)会穿过臭氧层到达地面，这部分紫外线不仅会造成高分子材料、染料、涂料等降解老化，而且还会对人体造成损害(例如：人体长期暴露在该波段的紫外线中可能会出现光学性角膜炎、白内障和眼表鳞状瘤等)。因此，紫外线吸收剂的研究开发具有十分重要的意义。

目前，市售的紫外线吸收剂主要包括有机类紫外线吸收剂和无机类紫外线吸收剂这两大类。有机类紫外线吸收剂存在易挥发、易迁移、热稳定性差等缺点，随着使用时间增加其吸收效果会快速下降，因而时效性短。无机类紫外线吸收剂(例如：氧化锌、二氧化钛等)存在分散性较差、不耐酸、易吸水溶解等缺点，实际使用效果同样不理想。综上可知，现有的紫外线吸收剂均难以完全满足实际应用需求。

因此，亟需开发一种紫外线吸收效果好且稳定、分散性好、耐酸的紫外线吸收剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐酸碳量子点及其制备方法和应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种耐酸碳量子点的制备方法包括以下步骤：将乙二胺四乙酸二钠、间苯二胺、脂肪族胺和硫酸分散在水中，再进行水热反应，即得耐酸碳量子点。

优选的，一种耐酸碳量子点的制备方法包括以下步骤：将乙二胺四乙酸二钠和间苯二胺分散在水中，再加入脂肪族胺和硫酸后进行混合，再进行水热反应，过滤，取滤液进行透析，取透析液进行浓缩，干燥，即得耐酸碳量子点。

优选的，所述乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)、间苯二胺(MPD)、脂肪族胺的质量比为1:1.0～1.2:2.0～3.0。

优选的，所述脂肪族胺为乙胺、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的至少一种。

进一步优选的，所述脂肪族胺为三乙烯四胺(TETA)。

优选的，所述硫酸的质量分数为95％～98％。

优选的，所述水热反应在200℃～240℃下进行，反应时间为6h～10h。

优选的，所述过滤采用孔径0.20μm～0.25μm的滤膜。

优选的，所述透析采用截留分子量500Da～1000Da的透析袋，透析时间为60h～80h。

优选的，所述干燥为冷冻干燥。

本发明的碳量子点具备广谱紫外线吸收效果的原理：间苯二胺上的氨基属于助色基团，氨基N原子上的孤电子对和苯环的大π键会发生共轭相互作用，进而会在305nm处产生碳核堆积形成的π-π*跃迁吸收峰，而在360nm处会产生C＝O和C＝N双键的n-π*跃迁吸收峰，最终使碳量子点达到广谱紫外线吸收效果。

本发明的碳量子点具备耐酸性的原理：水热碳化过程中乙二胺四乙酸二钠(碳源)发生芳环化形成碳核的主体部分，而间苯二胺与乙二胺四乙酸二钠发生羧酰胺反应以小分子的形式整合到碳核中，得到的碳量子点表面分布有大量的羧基、氨基和羟基，使得碳量子点在酸性条件下性能也不会受到影响，具备耐酸性。