一種基于蝦的廢棄物制備氮摻雜碳量子點的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于蝦的廢棄物制備氮摻雜碳量子點的方法，包括：(1)用超純水反復(fù)沖洗蝦的廢棄物直至表面的異物去除；(2)將蝦的廢棄物與超純水放入聚四氟乙烯的水熱釜內(nèi)膽中水熱反應(yīng)；(3)冷卻至室溫，抽濾，收集濾液，用有機溶劑反復(fù)洗滌濾液；(4)將濾液濃縮后透析；(5)再次濃縮產(chǎn)物后冷凍干燥得到氮摻雜碳量子點。本發(fā)明的制備方法簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)；所制備的氮摻雜碳量子點在水中的分散性良好，在太陽光下具有優(yōu)異的光催化甲酸分解制氫的性能，在新能源領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種基于蝦的廢棄物制備氮摻雜碳量子點的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米太陽光催化材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種基于蝦的廢棄物制備氮摻雜碳量子點的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油資源的日益枯竭，科學(xué)家們一直致力于尋找可再生的清潔能源作為替代能源。氫氣作為一種熱值高，無污染的可再生能源引起了科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。目前，制備氫氣的方法種類繁多，包括:石油制品的分解，水電解，熱化學(xué)循環(huán)，生物和化學(xué)光解作用，發(fā)酵法生物制氫，陶瓷跟水反應(yīng)制氫，利用太陽能制氫。甲酸是一種被廣泛認同的安全的和可長期儲存氫能源的物質(zhì)。在催化劑的存在下，利用甲酸在太陽光下分解得到氫氣是一種制氫效率高，過程無污染，原料甲酸為生物制劑的制氫方法。在眾多的催化劑中，碳量子點是一種新型的非金屬光催化制氫領(lǐng)域的催化劑。
[0003]使用可再生資源和綠色的合成方法制備碳量子點是近年來該領(lǐng)域所研究的前沿。近年來，關(guān)于使用可再生資源合成碳量子點的文獻如:6110811 1,8 1(, 88X61181，&8.8111811.2011，7(22), 3170(對木粉進行碳化后得到洋蔥形狀的碳量子點)；8&1111 8, 061161-8 8，1已11:1 X 1(, 3.010111.€011111111.，2012，48，8835 (在 120的中溫水熱條件下，使用桔子汁制備碳量子點)；211011 了 8116118 2 11,-- ?。?2011 I 0,11 011^61-1818 16^^61-8, 2012，66，222(使用西瓜皮在2201的條件下碳化兩小時后分離得到碳量子點)；8^6118 1, 3.尺61已七1社61\ 2012，24，11-14(花生皮氮氣保護下700。〇碳化)；也11 ？ 0, 811111 2 166 0 ！！，(^&叩 ^ 1.61-0011 016111.2012,14,917-920(^用完的咖啡渣300。。碳化)八，1臟1.減2馳⑶一他^68.2013, 52，15673 (對桔子皮進行碳化得到碳量子點)出皿叩IV 了了，211011 0 1, 080隊XII V，胃&叩八了，？一叩了 X 1？80 ，2013，3，21691 (對草莓汁進行碳化得到碳量子點)。氮摻雜對于光催化甲酸溶液制氧非常重要。了匕0111118116^ 0八，0 801-011111八1, 1(11318 I8, 661-8811110^ 2 061081181)^111 8, 861~7^ I 八，181118^11〇乂 2 尺，尺088 了尺 0？
0^17818, 2013，94，102 (報道摻雜在碳納米管的氮元素有助于剪切甲酸羧基上的氫使其成為催化劑表面吸附的酸，有利于氫氣的產(chǎn)生。盡管已經(jīng)有很多關(guān)于使用生物質(zhì)為原材料合成碳量子點的報道，但是使用廢棄生物質(zhì)為原材料，尤其是使用蝦的廢棄物在不添加含氮試劑的情況下合成氮摻雜碳量子點尚無文獻報道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于蝦的廢棄物制備氮摻雜碳量子點的方法，該方法簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)；所制備的氮摻雜碳量子點在水中的分散性良好，在太陽光下具有優(yōu)異的光催化甲酸分解制氫的性能，在新能源領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0005]本發(fā)明的一種基于蝦的廢棄物制備氮摻雜碳量子點的方法，包括:
[0006](1)用超純水反復(fù)沖洗蝦的廢棄物直至表面的異物去除；
[0007](2)將蝦的廢棄物與超純水放入聚四氟乙烯的水熱釜內(nèi)膽中在120°C?200°C下反應(yīng)4?24h ;
[0008](3)冷卻至室溫，抽濾，收集濾液，用有機溶劑反復(fù)洗滌濾液；
[0009](4)將濾液濃縮后透析；
[0010](5)再次濃縮產(chǎn)物后冷凍干燥得到氮摻雜碳量子點。
[0011]所述步驟(I)中的蝦為青蝦、河蝦、草蝦、小龍蝦、對蝦、明蝦、基圍蝦、琵琶蝦或龍蝦。
[0012]所述步驟(I)中的蝦的廢棄物包括蝦頭和蝦殼。
[0013]所述步驟⑵中蝦的廢棄物與超純水的比例為Ig:5?10ml。
[0014]所述步驟(3)中的抽濾采用砂芯抽濾裝置或布氏漏斗抽濾，濾紙包括有機濾紙和無機濾紙，濾紙的孔徑為0.002 μ m?0.02 μ m。
[0015]所述步驟(3)中的有機溶劑為芳香烴類、脂肪烴類、脂環(huán)烴類、鹵化烴類、醇類、醚類、酯類、酮類、二醇衍生物或其他有機溶劑。
[0016]所述芳香烴類為苯、甲苯或二甲苯等；脂肪烴類為戊烷、己烷或辛烷等；脂環(huán)烴類為環(huán)己烷、環(huán)己酮或甲苯環(huán)己酮等；鹵化烴類為氯苯、二氯苯或二氯甲烷等；醇類為甲醇、乙醇或異丙醇等；醚類為乙醚或環(huán)氧丙烷等；酯類為醋酸甲酯、醋酸乙酯或醋酸丙酯等；酮類為丙酮、甲基丁酮或甲基異丁酮等；二醇衍生物為乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚或乙二醇單丁醚等；其他有機溶劑為乙腈、吡啶或苯酚等。
[0017]所述步驟(4)中采用透析袋透析，透析袋的截流分子量為50?1000 ;透析過程中采用超純水，且每天更換超純水。
[0018]所述步驟(4)和(5)中采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮，使用的溫度為40°C?99°C。
[0019]所述步驟(5)制備的氮摻雜碳量子點放入甲酸溶液中，在太陽光下催化制氫。
[0020]所述甲酸溶液的質(zhì)量百分比為0.001%?99%。
[0021]有益.效果
[0022](I)本發(fā)明的制備方法簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)；
[0023](2)所制備的氮摻雜碳量子點在水中的分散性良好，在太陽光下具有優(yōu)異的光催化甲酸分解制氫的性能，在新能源領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為實施例1得到產(chǎn)物的高分辨透射電鏡(TEM)；
[0025]圖2為實施例1得到產(chǎn)物的激發(fā)熒光光譜和在不同激發(fā)條件下得到的發(fā)射光譜；
[0026]圖3為實施例1得到產(chǎn)物的紅外光譜；
[0027]圖4為實施例1得到產(chǎn)物的X射線光電子光譜(XPS)的全譜；
[0028]圖5為實施例1得到產(chǎn)物的X射線光電子光譜(XPS)的Cls譜；
[0029]圖6為實施例1得到產(chǎn)物的X射線光電子光譜(XPS)的Nls譜；
[0030]圖7為實施例1得到產(chǎn)物的光催化甲酸分解制氫在不同配比溶液條件下時間與氫氣產(chǎn)量圖:(a) 10ml超純水和0.1ml甲酸；b) 10ml超純水，0.1ml甲酸和0.02g氮摻雜碳量子點；c) 10ml超純水，0.5ml甲酸和0.02g氮摻雜碳量子；d) 10ml超純水，2ml甲酸和
0.02g氮摻雜碳量子點；e) 10ml超純水，4ml甲酸and 0.02g氮摻雜碳量子點；f) 10ml超純水，1ml甲酸和0.02g氮摻雜碳量子點

【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0032]實施例1
[0033]在室溫下，用超純水反復(fù)沖洗蝦的廢棄物(包括蝦頭和蝦殼)直至表面的異物去除后自然晾干；將蝦的廢棄物(包括蝦頭和蝦殼)1g與超純水80ml放入聚四氟乙烯的水熱釜內(nèi)膽中水熱反應(yīng)(反應(yīng)條件為200°C，12h);待反應(yīng)釜冷卻至室溫，取產(chǎn)物抽濾，收集濾液，用二氯甲烷反復(fù)洗滌濾液；將濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在60°C的條件下蒸發(fā)濾液，濃縮后用截流分子量為300的透析袋透析兩周；再次使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在60°C的條件下濃縮產(chǎn)物，然后冷凍干燥(_45°C，48h)得到褐色粉體為氮摻雜碳量子點；所得的氮摻雜碳量子點放入甲酸溶液中，在太陽光下催化制氫。圖1為高分辨透射電鏡(TEM);圖2為激發(fā)熒光光譜和在不同激發(fā)條件下得到的發(fā)射光譜；圖3為紅外光譜；圖4為X射線光電子光譜(XPS)的全譜；圖5為X射線光電子光譜(XPS)的Cls譜；圖6為X射線光電子光譜(XPS)的Nls譜；圖7為光催化甲酸分解制氫在不同配比溶液條件下的時間與氫氣產(chǎn)量圖。
[0034]實施例2
[0035]在室溫下，用超純水反復(fù)沖洗蝦的廢棄物(包括蝦頭和蝦殼)直至表面的異物去除后自然晾干；將蝦的廢棄物(包括蝦頭和蝦殼)1g與超純水80ml放入聚四氟乙烯的水熱釜內(nèi)膽中水熱反應(yīng)(反應(yīng)條件為160°C，14h);待反應(yīng)釜冷卻至室溫，取產(chǎn)物抽濾，收集濾液，用二氯甲烷反復(fù)洗滌濾液；將濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在80°C的條件下蒸發(fā)濾液，濃縮后用截流分子量為1000的透析袋透析兩周；再次使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在80°C的條件下濃縮產(chǎn)物，然后冷凍干燥(_45°C，48h)得到褐色粉體為氮摻雜碳量子點；所得的氮摻雜碳量子點放入甲酸溶液中，在太陽光下催化制氫。
[0036]實施例3
[0037]在室溫下，用超純水反復(fù)沖洗蝦的廢棄物(包括蝦頭和蝦殼)直至表面的異物去除后自然晾干；將蝦的廢棄物(包括蝦頭和蝦殼)1g與超純水80ml放入聚四氟乙烯的水熱釜內(nèi)膽中水熱反應(yīng)(反應(yīng)條件為180°C，6h);待反應(yīng)釜冷卻至室溫，取產(chǎn)物抽濾，收集濾液，用二氯甲烷與乙醇反復(fù)洗滌濾液；將濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在60°C的條件下蒸發(fā)濾液，濃縮后用截流分子量為500的透析袋透析兩周；再次使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在60°C的條件下濃縮產(chǎn)物，然后冷凍干燥(_45°C，48h)得到褐色粉體為氮摻雜碳量子點；所得的氮摻雜碳量子點放入甲酸溶液中，在太陽光下催化制氫。
【權(quán)利要求】
1.一種基于蝦的廢棄物制備氮摻雜碳量子點的方法，包括: (1)用超純水反復(fù)沖洗蝦的廢棄物直至表面的異物去除； (2)將蝦的廢棄物與超純水放入聚四氟乙烯的水熱釜內(nèi)膽中在120°C?200°C下反應(yīng)4 ?24h ； (3)冷卻至室溫，抽濾，收集濾液，用有機溶劑反復(fù)洗滌濾液； (4)將濾液濃縮后透析； (5)再次濃縮產(chǎn)物后冷凍干燥得到氮摻雜碳量子點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于蝦的廢棄物制備氮摻雜碳量子點的方法，其特征在于:所述步驟(I)中的蝦為青蝦、河蝦、草蝦、小龍蝦、對蝦、明蝦、基圍蝦、琵琶蝦或龍蝦。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于蝦的廢棄物制備氮摻雜碳量子點的方法，其特征在于:所述步驟(I)中的蝦的廢棄物包括蝦頭和蝦殼；所述步驟(2)中蝦的廢棄物與超純水的比例為Ig:5?1mlo
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于蝦的廢棄物制備氮摻雜碳量子點的方法，其特征在于:所述步驟(3)中的抽濾采用砂芯抽濾裝置或布氏漏斗抽濾，濾紙包括有機濾紙和無機濾紙，濾紙的孔徑為0.002 μ m?0.02 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于蝦的廢棄物制備氮摻雜碳量子點的方法，其特征在于:所述步驟(3)中的有機溶劑為芳香烴類、脂肪烴類、脂環(huán)烴類、鹵化烴類、醇類、醚類、酯類、酮類、二醇衍生物或其他有機溶劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于蝦的廢棄物制備氮摻雜碳量子點的方法，其特征在于:所述芳香烴類為苯、甲苯或二甲苯；脂肪烴類為戊烷、己烷或辛烷；脂環(huán)烴類為環(huán)己烷、環(huán)己酮或甲苯環(huán)己酮；鹵化烴類為氯苯、二氯苯或二氯甲烷；醇類為甲醇、乙醇或異丙醇；醚類為乙醚或環(huán)氧丙烷；酯類為醋酸甲酯、醋酸乙酯或醋酸丙酯；酮類為丙酮、甲基丁酮或甲基異丁酮；二醇衍生物為乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚或乙二醇單丁醚；其他有機溶劑為乙腈、吡啶或苯酹。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于蝦的廢棄物制備氮摻雜碳量子點的方法，其特征在于:所述步驟(4)中采用透析袋透析，透析袋的截流分子量為50?1000 ;透析過程中采用超純水，且每天更換超純水。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于蝦的廢棄物制備氮摻雜碳量子點的方法，其特征在于:所述步驟(4)和(5)中采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮，使用的溫度為40°C?99°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于蝦的廢棄物制備氮摻雜碳量子點的方法，其特征在于:所述步驟(5)制備的氮摻雜碳量子點放入甲酸溶液中，在太陽光下催化制氫。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于蝦的廢棄物制備氮摻雜碳量子點的方法，其特征在于:所述甲酸溶液的質(zhì)量百分比為0.001%?99%。
【文檔編號】C01B3/22GK104403665SQ201410753601
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月10日
【發(fā)明者】王宏志, 魏婕, 張青紅, 李耀剛 申請人:東華大學(xué)