[发明专利]一种水溶性季铵阳离子荧光碳点的制备方法

说明书

本发明涉及一种水溶性季铵阳离子荧光碳点的制备方法，属于碳点材料技术领域。本发明的水溶性季铵阳离子荧光碳点的制备方法包括如下步骤：1）将羧甲基纤维素钠与4,7,10‑三氧‑1,13‑十三烷二胺混合后进行水热反应，冷却后透析，得羧基化荧光碳点溶液；2）向步骤1）得到的羧基化荧光碳点溶液中加入3‑氯‑2‑羟丙基三甲基氯化铵、催化剂，进行酯化反应，冷却后离心并透析，即得。本发明的水溶性季铵阳离子荧光碳点的制备方法，以羧甲基纤维素钠为碳源，碳源绿色可再生、来源广泛、成本低廉，能够实现可再生资源的有效利用。本发明的方法制备过程简单、产率高、成本低，非常适合于规模化生产，利于推广。

技术领域

本发明涉及一种水溶性季铵阳离子荧光碳点的制备方法，属于碳点材料技术领域。

背景技术

碳点是近年来发现的以碳为骨架结构的新型纳米材料，是一种尺寸小于10 nm的类球形纳米颗粒。碳点具有优异的荧光性能，如荧光强度高、稳定性好、抗光漂白性及发射波长可调控等，而且还具有易表面官能团修饰、毒性小、生物相容性好、相对分子量较低和颗粒粒径极小等特点。

目前碳点的合成方法主要有激光消融法、电化学法、浓酸氧化法、水热法。水热法由于反应产率高，合成的纳米颗粒均匀，是合成碳点常用的方法。申请号为201510667111.2的中国发明专利公开了一种水溶性生物质基荧光碳点是以纤维素和尿素为原料，通过水热法一步制备而成，并通过对反应液的离心、透析提纯、冷冻干燥得到碳点材料。申请号为201210085377.2的中国发明专利公开了一种基于天然糖类材料的功能性碳荧光纳米颗粒,其制备方法是将以纤维素、淀粉、壳聚糖、环糊精为碳源，通过水热反应得到碳荧光纳米颗粒。上述发明采用了纤维素、淀粉、壳聚糖、环糊精等廉价易得的原料，成本较低，而且一步反应，合成过程较为简单。但是，上述两种方法制备的碳点的结构简单，在与其他物质结合的能力较差，导致其应用前景受到限制。

季铵盐类化合物中的四级氮原子上能够连接不同的基团，使其吸附能力大大增强。申请号为201610168425.2的中国发明专利公开了一种季铵盐化荧光碳点的制备方法，首先以甘油和二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷为原料，通过水热反应，得到氨基化碳点，随后使用烷基甜菜碱对氨基化碳点进行化学修饰，得到季铵盐化荧光碳点。但是该方法所使用的原料成本比较高，不适合季铵盐化荧光碳点的大规模生产。

发明内容

本发明提供了一种成本低、适合于大规模生产的水溶性季铵阳离子荧光碳点的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的的技术方案如下：

一种水溶性季铵阳离子荧光碳点的制备方法，包括如下步骤：

1）将羧甲基纤维素钠与4,7,10-三氧-1,13-十三烷二胺混合后进行水热反应，冷却后透析，得羧基化荧光碳点溶液；

2）向步骤1）得到的羧基化荧光碳点溶液中加入3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、催化剂，进行酯化反应，冷却后透析，即得。

步骤2）中制得的季铵阳离子荧光碳点为季铵阳离子荧光碳点溶液。具体的，为季铵阳离子荧光碳点水溶液。步骤2）中冷却后先进行离心，离心后进行透析。

上述水热反应的温度为120-240℃，反应时间为6-36h。优选的，水热反应的温度为150-240℃，反应时间为8-24h。

上述酯化反应的温度为60-130℃，反应时间为12-48h。优选的，酯化反应的温度为80-130℃，反应时间为20-36h。

上述催化剂为4-二甲氨基吡啶、N,N'-二环己基碳酰亚胺中的一种或者两种。优选的，催化剂为4-二甲氨基吡啶和N,N'-二环己基碳酰亚胺的混合物。进一步的优选的，上述催化剂为4-二甲氨基吡啶、N,N'-二环己基碳酰亚胺按照质量比0.01-3:1-12组成的混合物。