[发明专利]一种生物质碳点及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种生物质碳点及其制备方法与应用，制备方法是以含酚酸的生物质为碳源，碳源与蒸馏水通过一步水热反应制备水溶性碳点，该制备工艺简单、易于操作、成本低、产率高达20～30％、反应在4～12h内完成，无污染，可用于产业化生产。本发明制备的碳点尺寸小，表面具有不同的含氧官能团，具有良好的生物相容性和水溶性，能够在低钾胁迫下显著促进植物根系对钾离子的吸收，增加根系活力，促进植物根系生长，提高植物的光合速率及抗氧化能力，从而显著缓解植物低钾胁迫。本发明提供的碳点具有缓解植物低钾胁迫的特点，可以应用在农业生产中提高低钾胁迫下农作物的产量和品质。

技术领域

本发明涉及碳纳米材料及应用领域，具体涉及一种生物质碳点及其制备方法与应用。

背景技术

钾(K⁺)是植物生长发育所必需的三大营养元素之一，几乎参与植物整个生长发育和生理代谢的过程。然而中国钾资源匮乏，据统计我国约有70％的耕地缺钾，约有45％的耕地严重缺钾。低钾胁迫严重影响植物的生长发育，已有研究表明，缺钾会使植物叶片出现叶缘卷曲、叶片黄化、减少植株干物质积累、抑制植物根系生长、影响光合效率，导致农作物产量和品质显著下降。因此，低钾胁迫成为制约我国农业高效发展的重要因素之一。

近年来，随着纳米技术的快速发展，纳米材料作为纳米技术不可或缺的研究工具，其在生物传感、生物成像和生物医学等领域的应用得到了迅猛发展。碳点作为一种新型的零维纳米材料，由于其良好的生物相容性，近年来被广泛应用在植物中。然而不同碳源、粒径、浓度、化学和生物学特性的碳点对植物的影响不同。因此，开发和制备缓解植物低钾胁迫的碳点对农作物生产具有重要的研究意义和实际应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物质碳点及其制备方法与应用，该方法具有工艺简单、易于操作、成本低、无污染的优点，可用于产业化生产；制备的生物质碳点尺寸小，具有良好的生物相容性和水溶性，能够在低钾胁迫下显著促进了植物根系对钾离子的吸收，促进植物根系生长和光合效率，从而有效缓解植物低钾胁迫。

为实现上述目的，本发明提供了一种生物质碳点的制备方法，包括以下步骤：

S1、将生物质均匀分散在蒸馏水中，生物质与蒸馏水之间的质量体积比为1g：(10～30)mL，搅拌10～20min形成悬浮液；

S2、将步骤S1得到的悬浮液置于高压反应釜中，在100～210℃下反应4～12h形成碳点溶液；

S3、将步骤S2得到的碳点溶液冷却至室温后分别利用水系微孔滤膜过滤和透析袋进行透析，除去杂质后获得纯净的生物质碳点。

优选的，步骤S1中，生物质为丹参粉末、甘薯秸秆粉末、红茶粉末、金银花粉末中的一种或多种。

优选的，步骤S1中，生物质与蒸馏水之间的质量体积比为1g：20mL，搅拌10min。

优选的，步骤S2中，悬浮液在150℃下反应6h形成碳点溶液。

优选的，步骤S3中，水系微孔滤膜的孔径为0.22μm，透析袋的分子量为3500Da。

一种生物质碳点，所述生物质碳点由上述制备方法制备得到。根据上述制备方法制备获得水溶性碳点，表面含有丰富的含氧官能团，含氧官能团使碳点具有优异的生物学特性，这为其增强钾元素利用效率提供了可能性。

上述制备方法制备得到的生物质碳点在缓解植物低钾胁迫中的应用。

优选的，将生物质碳点配制成碳点浓度为0.3～2.0mg/mL的碳点营养液。

优选的，将生物质碳点配制成碳点浓度为1.5mg/mL的碳点营养液。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：