一种以活性污泥为原料制备碳量子点的方法与流程

2021-01-30 23:01:42|

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本发明属于碳量子点制备领域；具体涉及一种以活性污泥为原料制备碳量子点的方法。

背景技术：

碳量子点作为一种绿色无毒的材料在光催化、传感器、生物成像、药物合成、基因载体等领域得到广泛的应用。以活性污泥为原料制备碳量子点的方法通常有二种方法(1)自上而下法：电弧放电法、激光消融法、电化学法；(2)自下而上法：水热法、模板法、燃烧法、超声法、微波法。

目前公开方法制备的碳量子点的水溶液通常为透明的黄色，随着浓度的增加颜色逐渐加深，在紫外灯下的照射下溶液通常呈现为蓝色，不能满足一些实验的要求。

技术实现要素：

本发明以活性污泥为原料，采用水热法制备碳量子点，拓宽了碳量子点的应用领域。

本发明中一种以活性污泥为原料制备碳量子点的方法，是以活性污泥为原料，具体是通过下述步骤完成的：

步骤一、向活性污泥中，加入酸调节ph值为1-5，或者加入碱及氧化剂调节ph值为8-9；

步骤二、然后在20℃-180℃下反应2h～30天，再冷冻干燥，得到碳量子点。

本发明的另外一个方案是按下述步骤进行的：步骤一、对活性污泥进行水热法反应，然后加入酸调节ph值为1-5，或者加入氧化剂并用碱调节ph值为8-9；步骤二、然后在20℃-180℃下反应2h～30天，再冷冻干燥，得到碳量子点。

本发明的另外一个方案是：以活性污泥和有机废水为原料，其中，活性污泥占原料总重量的10％-90％，具体方法是：步骤一、向活性污泥中，加入酸调节ph值为1-5，或者加入碱及氧化剂调节ph值为8-9；步骤二、然后在20℃-180℃下反应2h～30天，再冷冻干燥，得到碳量子点。

本发明的另外一个方案是以活性污泥和有机废水为原料，或者以活性污泥、以及农林废弃物、厨余垃圾、粮食、食用菌中的一种或者其中几种的组合为原料，其中，活性污泥均占原料总重量的10％-90％；具体是通过下述步骤完成的：步骤一、对原料进行水热法反应，加入酸调节ph值为1-5，或者加入碱及氧化剂调节ph值为8-9；步骤二、然后在20℃-180℃下反应，再冷冻干燥，得到碳量子点；

进一步地限定，上述水热法在普通烘箱中进行，或者水热法为微波水热法；所述水热法反应温度为20℃-180℃，水热法的反应时间为1小时-3小时。

进一步地限定，步骤一所述的酸为草酸、柠檬酸、酒石酸或edta。

进一步地限定，步骤一所述的碱为氨水或尿素。

进一步地限定，步骤一所述的氧化剂为双氧水，氧化剂的用量占活性污泥重量的0.5％-5％。

进一步地限定，所述农林废弃物为玉米、大豆、小麦、高粱、稻草、棉花、花卉的秸秆、叶子以及种子皮中的一种或者其中几种的按任意比混合；

进一步地限定，所述粮食为大米、糯米、花生、黑芝麻、白面粉、玉米面、黑豆面、黄豆面、绿豆面、赤小豆面、红小豆面、薏米中的一种或其中几种的按任意比混合；

进一步地限定，所述食用菌为蘑菇、黑木耳、白木耳、猴头中的一种或其中几种的按任意比混合。

本发明方法的制备工艺简单、安全环保，无污染。

本发明方法制备碳量子点适用于生物成像、光催化及超级电容器等领域的应用。

本发明方法消除了活性污泥的环境污染问题。

本发明方法制备的碳量子点的水溶液通常为透明的黄色，随着浓度的增加颜色逐渐加深，在紫外灯下的照射下溶液通常呈现为绿色，可以满足一些实验的要求。

附图说明

图1是实施例3碳量子点的透射电镜图；

图2是实施例1碳量子点的透射电镜图；

图3是实施例3碳量子点的荧光光谱图；

图4是活性污泥红外光谱图。

具体实施方式

下述实施例中活性污泥的红外光谱图如图4所示。3192cm^-1：中等强度峰，对应n-h或o-h的伸缩振动；3053cm^-1：中等强度峰，与3192cm^-1处的峰相互重叠，使峰展宽，对应sp²杂化的c-h伸缩振动；2958cm^-1，2927cm^-1：中等强度峰，分别对应sp³杂化的c-h对称伸缩和不对称伸缩振动；1637cm^-1：强峰，对应n-h弯曲振动，也可能有c＝c的伸缩振动；1577cm^-1：强峰，峰形尖锐，对应c＝o伸缩振动；1438cm^-1，1395cm^-1：对应甲基c-h弯曲振动，同时可能与苯环的骨架振动峰重叠，使该范围内的峰展宽；1074cm^-1，1044cm^-1：强峰，对应c-o和c-n的伸缩振动；615cm^-1：对应苯环的取代类型。