本發(fā)明屬于碳量子點(diǎn)制備，具體涉及一種微生物催化合成煤基碳量子點(diǎn)的制備方法。
背景技術(shù)：
1、碳量子點(diǎn)（cqds）是一類新型的零維碳納米材料，因其獨(dú)特的光致發(fā)光性、良好的水溶性、環(huán)境友好性和生物相容性，在能源、材料、環(huán)境、生物和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。cqds的合成路徑主要分為“自下而上”和“自上而下”兩類。“自上而下”法通過(guò)從較大碳源進(jìn)行切割、剝離等手段獲得cqds，常見的方法包括激光剝離、電化學(xué)法和超聲輔助方法等。目前，這些方法需要復(fù)雜的設(shè)備和昂貴的原料，且難以控制合成過(guò)程中的粒徑分布和熒光特性，限制了其工業(yè)化應(yīng)用?！白韵露稀狈▌t是通過(guò)小分子碳源在合適的反應(yīng)條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)合成cqds，具有操作簡(jiǎn)便、原料來(lái)源廣泛等優(yōu)點(diǎn)，但其反應(yīng)條件和催化劑的選擇對(duì)產(chǎn)物的質(zhì)量和性能有較大影響。
2、近年來(lái)，微生物催化合成作為一種新興的金屬量子點(diǎn)合成方法，受到了廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)的化學(xué)合成方法相比，微生物催化合成具有操作簡(jiǎn)便、條件溫和、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。在微生物催化合成的過(guò)程中，微生物通過(guò)其代謝途徑將高價(jià)氧化態(tài)金屬離子轉(zhuǎn)化為低價(jià)還原態(tài)金屬離子。例如，某些細(xì)菌、真菌和酵母等微生物能夠通過(guò)其酶系統(tǒng)催化合成cdse量子點(diǎn)，通過(guò)控制反應(yīng)條件（如溫度、ph等），可以調(diào)節(jié)最終生成的量子點(diǎn)的尺寸、形態(tài)及性能。
3、煤是碳量子合成的廉價(jià)碳源，尤其是在我國(guó)褐煤和無(wú)煙煤資源豐富的地區(qū)，利用煤資源制備碳量子不僅能有效降低成本，還能促進(jìn)煤的高效利用，具有重要的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境價(jià)值。盡管研究表明煤基碳量子點(diǎn)具有良好的熒光性質(zhì)和化學(xué)穩(wěn)定性，但目前碳量子點(diǎn)的制備方法仍存在諸多問(wèn)題，如制備過(guò)程的復(fù)雜性、產(chǎn)物的純度和均一性難以控制等。因此，開發(fā)一種綠色、可持續(xù)的碳量子點(diǎn)制備方法，不僅可以有效降低制備成本，還能夠?qū)崿F(xiàn)煤的高值化利用?；谠摫尘?，研究者開始探索利用微生物催化合成煤基碳量子點(diǎn)的方法，通過(guò)微生物的代謝途徑來(lái)控制碳量子點(diǎn)的形貌、大小以及熒光特性，為碳量子點(diǎn)的規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用提供了新的思路和技術(shù)路線。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種以煤為原料，通過(guò)微生物催化合成技術(shù)制備煤基碳量子點(diǎn)的方法，利用微生物代謝作用對(duì)煤的有機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行降解和轉(zhuǎn)化，從而高效、綠色地制備碳量子點(diǎn)，同時(shí)減少煤炭廢棄物的環(huán)境負(fù)擔(dān)。
2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：微生物催化合成煤基碳量子點(diǎn)的制備方法，包括以下步驟：
3、s1、對(duì)煤進(jìn)行預(yù)處理，具體包括破碎與滅菌處理；
4、s2、將預(yù)處理后的煤樣與選定的微生物或生物因子結(jié)合，進(jìn)行煤的發(fā)酵處理；
5、s3、發(fā)酵完成后，對(duì)煤發(fā)酵液進(jìn)行透析，制備碳量子點(diǎn)溶液；
6、s4、對(duì)透析后的碳量子點(diǎn)溶液進(jìn)行分離純化，去除雜質(zhì)；
7、s5、對(duì)分離純化后的碳量子點(diǎn)溶液進(jìn)行快速凍干，獲得具有熒光性質(zhì)的碳量子點(diǎn)。
8、進(jìn)一步地，步驟s1中的煤為任意煤種，預(yù)處理中煤破碎粒徑為60?~?200目，滅菌溫度為121?℃，滅菌時(shí)間為20?min。
9、進(jìn)一步地，步驟s2的微生物或生物因子包括所有能夠促進(jìn)煤降解的真菌、細(xì)菌及其合成的活性生物酶，發(fā)酵方式為好氧發(fā)酵、厭氧發(fā)酵或生物酶發(fā)酵，發(fā)酵次數(shù)為一次或多次。
10、進(jìn)一步地，步驟s3中透析所用的透析膜為分子量截留值500?~?2?000?da的透析膜，透析次數(shù)為一次或多次。
11、進(jìn)一步地，步驟s4中的分離純化，利用煤發(fā)酵液中不同有機(jī)物的極性差異，通過(guò)硅膠色譜柱實(shí)現(xiàn)碳量子點(diǎn)的高效分離，其中不同有機(jī)物在硅膠色譜柱中具有不同的滯留時(shí)間。
12、進(jìn)一步地，步驟s5中的具有熒光性質(zhì)的碳量子點(diǎn)在紫外或藍(lán)光激發(fā)下發(fā)出藍(lán)綠光，激發(fā)峰位于300?~?350?nm區(qū)間，發(fā)射峰位于450?~?550?nm區(qū)間，所述碳量子點(diǎn)具有類石墨結(jié)構(gòu)，粒徑小于3?nm。
13、采用上述技術(shù)方案，相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：
14、（1）利用煤中復(fù)雜有機(jī)物質(zhì)作為碳源，通過(guò)微生物代謝生成碳量子點(diǎn)，降低了碳量子的生產(chǎn)成本。
15、（2）采用微生物發(fā)酵過(guò)程，無(wú)需高溫高壓或強(qiáng)烈化學(xué)試劑，環(huán)保、綠色。
16、（3）具有較高的資源利用效率，能夠充分利用煤炭，減輕煤炭廢棄物對(duì)環(huán)境的影響。
17、（4）通過(guò)分離純化工藝，制備出的碳量子點(diǎn)純度較高，適用于各種應(yīng)用領(lǐng)域。
18、綜上所述，本發(fā)明以微生物為核心，結(jié)合有氧或厭氧發(fā)酵過(guò)程，充分利用煤炭資源，實(shí)現(xiàn)煤基碳量子點(diǎn)的高效制備。該方法不僅具有良好的環(huán)保性，還能為碳量子點(diǎn)的工業(yè)化生產(chǎn)提供新技術(shù)，對(duì)煤炭的高效轉(zhuǎn)化和綠色化學(xué)合成具有重要意義。
1.微生物催化合成煤基碳量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物催化合成煤基碳量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于：步驟s1中的煤為任意煤種，預(yù)處理中煤破碎粒徑為60?~?200目，滅菌溫度為121?℃，滅菌時(shí)間為20?min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物催化合成煤基碳量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于：步驟s2的微生物或生物因子包括所有能夠促進(jìn)煤降解的真菌、細(xì)菌及其合成的活性生物酶，發(fā)酵方式為好氧發(fā)酵、厭氧發(fā)酵或生物酶發(fā)酵，發(fā)酵次數(shù)為一次或多次。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物催化合成煤基碳量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于：步驟s3中透析所用的透析膜為分子量截留值500?~?2?000?da的透析膜，透析次數(shù)為一次或多次。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物催化合成煤基碳量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于：步驟s4中的分離純化，利用煤發(fā)酵液中不同有機(jī)物的極性差異，通過(guò)硅膠色譜柱實(shí)現(xiàn)碳量子點(diǎn)的高效分離，其中不同有機(jī)物在硅膠色譜柱中具有不同的滯留時(shí)間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微生物催化合成煤基碳量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于：步驟s5中的具有熒光性質(zhì)的碳量子點(diǎn)在紫外或藍(lán)光激發(fā)下發(fā)出藍(lán)綠光，激發(fā)峰位于300?~?350nm區(qū)間，發(fā)射峰位于450?~?550?nm區(qū)間，所述碳量子點(diǎn)具有類石墨結(jié)構(gòu)，粒徑小于3?nm。