本發(fā)明申請(qǐng)屬于碳點(diǎn)材料，涉及兩親性碳點(diǎn)及其制備方法、表面活性劑組合物及制備方法。

背景技術(shù)：

1、碳點(diǎn)作為碳基熒光納米材料家族中的重要一員，具有原料易得、無毒、發(fā)光可調(diào)、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、易功能化等特點(diǎn)，在生物成像、化學(xué)傳感、光電催化、智能防偽等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

2、一般認(rèn)為，碳點(diǎn)的中心通常是結(jié)晶型sp2或非結(jié)晶型sp3雜化的碳核，表面則帶有如氨基、羥基、羧基等基團(tuán)。現(xiàn)有工作多集中于碳點(diǎn)發(fā)光性質(zhì)的研究，對(duì)碳點(diǎn)表面親疏水性的調(diào)控還處于起步階段。例如，以葡萄糖和3-氨丙基三乙氧基硅烷作為原料制備胺改性的親水性碳點(diǎn)；在不添加表面活性劑的情況下，碳點(diǎn)作為驅(qū)油劑表現(xiàn)出較高的采油效率，達(dá)54.09％，明顯高于水(30.25％)和納米二氧化硅(36.45％)體系的采油效率。又如，選擇苯二酚和尿素為前驅(qū)體，采用溶劑熱法制備碳點(diǎn)；通過調(diào)控研究前驅(qū)體種類及其用量、反應(yīng)溶劑、碳化溫度和保溫時(shí)間，能精準(zhǔn)控制碳點(diǎn)的表面態(tài)，進(jìn)而獲得具有親水、疏水和兩親性的碳點(diǎn)，并成功應(yīng)用于白酒中酒精度的檢測(cè)。再如，利用雞蛋中油脂含量高的蛋黃，通過等離子體誘導(dǎo)的方式，制備出了兩親性碳點(diǎn)，并在此溶液中摻雜適量的有機(jī)染料，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多色圖案光致發(fā)光的操縱，可用作熒光碳墨水，用于打印多功能熒光圖。然而，這些工作對(duì)碳點(diǎn)兩親性的研究主要是碳點(diǎn)在不同溶劑中的溶解度，“兩親性”與“表面活性”并非同一概念。大多數(shù)的兩親性碳點(diǎn)并不具有表面活性，且不能作為表面活性劑用。因此，如何同時(shí)獲得碳點(diǎn)表面親水基的親水性和親油基的疏水性，使碳點(diǎn)具有特殊的結(jié)構(gòu)，從而賦予碳點(diǎn)顯著的表面活性成為了關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明申請(qǐng)公開了兩親性碳點(diǎn)及其制備方法、表面活性劑組合物及制備方法，旨在部分或全部解決現(xiàn)有現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明申請(qǐng)的技術(shù)方案如下：

2、第一方面，一種兩親性碳點(diǎn)，所述兩親性碳點(diǎn)包括結(jié)晶型sp2或非結(jié)晶型sp3雜化的碳，碳核部分具有共軛結(jié)構(gòu)，表面具有親水基團(tuán)和c12-c18的疏水烷烴鏈，所述親水基團(tuán)包括氨基、羥基、羧基。

3、可選地，所述兩親性碳點(diǎn)的粒徑分布范圍為1-10nm；受紫外光激發(fā)時(shí)，產(chǎn)生波長(zhǎng)為450～480nm的熒光發(fā)射峰，碳點(diǎn)在250℃以下不失重。

4、第二方面，一種兩親性碳點(diǎn)的制備方法，制備上述第一方面中任一所述的兩親性碳點(diǎn)，包括：以c12-c18長(zhǎng)鏈脂肪酸或c12-c18長(zhǎng)鏈脂肪酸與甘油的混合物為前驅(qū)體或c12-c18長(zhǎng)鏈脂肪酸與含氮化合物的混合物為前驅(qū)體，雙氧水為氧化劑，將前驅(qū)體、氧化劑、溶劑均勻混合形成均相溶液，在160-210℃條件下反應(yīng)4-8h，反應(yīng)結(jié)束，冷卻至室溫，分離純化得到兩親性碳點(diǎn)；含氮化合物包括鄰苯二胺、間苯二胺、對(duì)苯二酚、尿素、苯胺、硝基苯中的一種或多種。

5、可選地，所述溶劑包括水、乙醇、丙酮、n,n-二甲基甲酰胺中一種或多種。

6、可選地，所分離純化的方法為透析后經(jīng)旋蒸后得到所述兩親性碳點(diǎn)。

7、可選地，前驅(qū)體和雙氧水的質(zhì)量比為1：1-1：5。

8、可選地，c12-c18長(zhǎng)鏈脂肪酸與甘油的混合物中c12-c18長(zhǎng)鏈脂肪酸與甘油的質(zhì)量比為5：1-1：5；或，c12-c18長(zhǎng)鏈脂肪酸與含氮化合物的混合物中c12-c18長(zhǎng)鏈脂肪酸與含氮化合物的質(zhì)量比5：1-1：5。

9、第三方面，一種表面活性劑組合物，所述表面活性劑組合物包括上述第一方面中任一所述的兩親性碳點(diǎn)或上述第二方面中任一所述的兩親性碳點(diǎn)的制備方法制備得到的兩親性碳點(diǎn)，以及陽離子表面活性劑。

10、可選地，所述陽離子表面活性劑包括十二烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基氯化銨、十二烷基二甲基芐基氯化銨中一種或多種。

11、第四方面，一種表面活性劑組合物的制備方法，制備上述第三方面中任一所述的表面活性劑組合物，包括：將雙親性碳點(diǎn)和陽離子表面活性劑混合加入水中溶解，兩親性碳點(diǎn)和陽離子表面活性劑的質(zhì)量比為1：9-9：1。

12、有益效果：

13、(1)在本發(fā)明申請(qǐng)中，以c12-c18長(zhǎng)鏈脂肪酸為前驅(qū)體，雙氧水為氧化劑制備了兩親性碳點(diǎn)，c12-c18長(zhǎng)鏈脂肪酸可提供疏水的長(zhǎng)碳鏈，雙氧水的加入有助于在碳點(diǎn)表面形成親水基團(tuán)，從而平衡親疏水性，使其具有顯著的表面活性。以生物質(zhì)基的c12-c18長(zhǎng)鏈脂肪酸為前驅(qū)體，原料來源可再生，具有綠色化學(xué)的特點(diǎn)，制備過程中的氧化劑為雙氧水，分解產(chǎn)物為水和氧氣，對(duì)環(huán)境友好。

14、(2)在本發(fā)明申請(qǐng)中，兩親性碳點(diǎn)具有明亮的藍(lán)色熒光，發(fā)射峰位于450nm左右；能在水和有機(jī)相中分散均勻，呈球型狀；表面的長(zhǎng)碳鏈和碳核部分的類石墨烯結(jié)構(gòu)使碳點(diǎn)具有耐高溫、250℃以下不失重的特點(diǎn)；碳點(diǎn)帶負(fù)電荷，具有很好的潤濕能力；表面活性劑組合物中陽離子表面活性劑和碳點(diǎn)之間的靜電吸引作用使得同等濃度下除油效果明顯優(yōu)于ctab、碳點(diǎn)、sds、aeo-9和cab-30表面活性劑；

15、(3)在本發(fā)明申請(qǐng)中，首先，帶負(fù)電荷的碳點(diǎn)與陽離子表面活性劑形成強(qiáng)靜電吸引作用，顯著增強(qiáng)了兩者的協(xié)同作用能力，這種協(xié)同作用降低了表面活性劑的臨界膠束濃度(cmc)，即使在較低濃度下也能發(fā)揮強(qiáng)大的去污能力，降低使用成本，提高了表面活性劑的吸附效率；另外，帶負(fù)電荷的碳點(diǎn)能夠有效降低油水界面張力，加速油污的乳化與剝離過程，碳點(diǎn)表面的電荷密度調(diào)節(jié)了界面環(huán)境，使油污顆粒更易從基底表面脫附并分散于水相中；此外，碳點(diǎn)的潤濕能力使其能迅速鋪展到污染表面，將疏水性油污轉(zhuǎn)化為親水性表面，潤濕能力還使碳點(diǎn)能滲透到復(fù)雜表面或微小縫隙中，有效處理頑固油污或不規(guī)則基底上的殘留，靜電吸引后表面活性劑組合物具有較強(qiáng)的分散穩(wěn)定性，可以抑制脫離基底的油污再次沉積在表面上，提高清洗的徹底性和除油效果。

技術(shù)特征：

1.一種兩親性碳點(diǎn)，其特征在于，兩親性碳點(diǎn)包括結(jié)晶型sp2或非結(jié)晶型sp3雜化的碳，碳核部分具有共軛結(jié)構(gòu)，表面具有親水基團(tuán)和c12-c18的疏水烷烴鏈，所述親水基團(tuán)包括氨基、羥基、羧基。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兩親性碳點(diǎn)，其特征在于，所述兩親性碳點(diǎn)的粒徑分布范圍為1-10nm；受紫外光激發(fā)時(shí)，產(chǎn)生波長(zhǎng)為450～480nm的熒光發(fā)射峰，碳點(diǎn)在250℃以下不失重。

3.一種兩親性碳點(diǎn)的制備方法，制備上述權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的兩親性碳點(diǎn)，其特征在于，包括：以c12-c18長(zhǎng)鏈脂肪酸或c12-c18長(zhǎng)鏈脂肪酸與甘油的混合物為前驅(qū)體或c12-c18長(zhǎng)鏈脂肪酸與含氮化合物的混合物為前驅(qū)體，雙氧水為氧化劑，將前驅(qū)體、氧化劑、溶劑均勻混合形成均相溶液，在160-210℃條件下反應(yīng)4-8h，反應(yīng)結(jié)束，冷卻至室溫，分離純化得到兩親性碳點(diǎn)；含氮化合物包括鄰苯二胺、間苯二胺、對(duì)苯二酚、尿素、苯胺、硝基苯中的一種或多種。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種兩親性碳點(diǎn)的制備方法，其特征在于，所述溶劑包括水、乙醇、丙酮、n,n-二甲基甲酰胺中一種或多種。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種兩親性碳點(diǎn)的制備方法，其特征在于，分離純化的方法為透析后經(jīng)旋蒸后得到所述兩親性碳點(diǎn)。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種兩親性碳點(diǎn)的制備方法，其特征在于，前驅(qū)體和雙氧水的質(zhì)量比為1：1-1：5。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種兩親性碳點(diǎn)的制備方法，其特征在于，c12-c18長(zhǎng)鏈脂肪酸與甘油的混合物中c12-c18長(zhǎng)鏈脂肪酸與甘油的質(zhì)量比為5：1-1：5；或，c12-c18長(zhǎng)鏈脂肪酸與含氮化合物的混合物中c12-c18長(zhǎng)鏈脂肪酸與含氮化合物的質(zhì)量比5：1-1：5。

8.一種表面活性劑組合物，其特征在于，所述表面活性劑組合物包括上述權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的兩親性碳點(diǎn)或上述權(quán)利要求3-7任一項(xiàng)所述的兩親性碳點(diǎn)的制備方法制備得到的兩親性碳點(diǎn)，以及陽離子表面活性劑。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種表面活性劑組合物，其特征在于，所述陽離子表面活性劑包括十二烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基氯化銨、十二烷基二甲基芐基氯化銨中一種或多種。

10.一種表面活性劑組合物的制備方法，其特征在于，制備權(quán)利要求8-9任一項(xiàng)所述的表面活性劑組合物，包括：將雙親性碳點(diǎn)和陽離子表面活性劑混合加入水中溶解，兩親性碳點(diǎn)和陽離子表面活性劑的質(zhì)量比為1：9-9：1。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明申請(qǐng)公開了兩親性碳點(diǎn)及其制備方法、表面活性劑組合物及制備方法，屬于碳點(diǎn)材料技術(shù)領(lǐng)域。兩親性碳點(diǎn)包括結(jié)晶型sp<supgt;2</supgt;或非結(jié)晶型sp<supgt;3</supgt;雜化的碳，碳核部分具有共軛結(jié)構(gòu)，表面具有親水基團(tuán)和C12?C18的疏水烷烴鏈，所述親水基團(tuán)包括氨基、羥基、羧基。本發(fā)明申請(qǐng)制備得到的碳點(diǎn)既具有兩親性，制備方法簡(jiǎn)單高效、綠色環(huán)保。

技術(shù)研發(fā)人員：王嬋,宋啟軍,周東潤,鄔晨曦
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28