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多孔陶瓷膜用于碳量子点的分离与纯化

陈奕山;蔡逸丰;张铭;薛凡;顾天宇;陈献富;邱鸣慧;范益群

【摘要】尺寸分布均一的碳量子点由于其良好的光学特性,在光电设备、离子检测、

纳米传感器、生物成像和催化剂等领域具有广阔的应用前景.采用陶瓷膜\超滤-纳

滤\双膜法,对微波合成的碳量子点进行分离和纯化.研究了pH对碳量子点料液荧

光强度和粒径分布的影响.在pH=3时,碳量子点分散较好,荧光强度较高.陶瓷超滤

膜可以有效截留碳量子点料液中的大颗粒杂质,渗透侧的碳量子点平均粒径约为2

nm,分散良好,无团聚现象.陶瓷纳滤膜对碳量子点具有良好的截留性能,在浓缩和水

洗过程中可以进一步去除料液中的小分子杂质.经双膜法处理后,发射光谱由多峰分

布变为单峰分布,且峰宽变窄,碳量子点的发光纯度得到了明显提高.

【期刊名称】《化工学报》

【年(卷),期】2018(069)010

【总页数】9页(P4284-4291,封4)

【关键词】膜;纳滤;超滤;纳米颗粒;碳量子点;纯化

【作者】陈奕山;蔡逸丰;张铭;薛凡;顾天宇;陈献富;邱鸣慧;范益群

【作者单位】南京工业大学化工学院,材料化学工程国家重点实验室,江苏南京

210009;南京工业大学化工学院,材料化学工程国家重点实验室,江苏南京210009;

南京工业大学化工学院,材料化学工程国家重点实验室,江苏南京210009;南京工业

大学化工学院,材料化学工程国家重点实验室,江苏南京210009;南京工业大学化工

学院,材料化学工程国家重点实验室,江苏南京210009;南京工业大学化工学院,材

料化学工程国家重点实验室,江苏南京210009;南京工业大学化工学院,材料化学工

程国家重点实验室,江苏南京210009;南京工业大学化工学院,材料化学工程国家重

点实验室,江苏南京210009

【正文语种】中文

【中图分类】TQ174

碳量子点(carbonquantumdots，CQDs)作为一种新型碳纳米材料，具有良好的

光学特性[1]、光电转化性[2]、电致发光性[3]、高生物相容性和低细胞毒性[4-5]，

在光电设备、离子检测、纳米传感器、生物成像和催化剂等领域具有广阔的应用前

景[6-7]。然而，在制备过程中，获得的碳量子点通常会含有杂质。为保证碳量子

点的发光纯度及检测灵敏度等性能，需要将杂质去除[8]。此外，碳量子点尺寸大

小也是影响其发光特性的重要因素[9]。确保碳量子点具有较窄的尺寸分布，是保

证碳量子点发光纯度的重要途径。

常用的碳量子点纯化手段主要有透析[10]、离心[11]、电泳[12-13]、层析[14]以及

过滤[15]等方法。Chen等[16]通过透析的方式对以C60为碳源制备的碳量子点进

行纯化。为提高纯化效果，透析时间长达7天。张静等[11]通过离心法将微波合成

的碳量子点中的大颗粒进行去除。Zhou等[12]采用毛细管电泳法，实现了对烟灰

氧化法制备的碳量子点进行分离和纯化。Liu等[13]通过琼脂糖凝胶电泳法，从以

蜡烛灰为碳源制备所得的碳量子点中分离出三种尺寸不同且荧光特性各异的组分。

Barman等[14]通过柱层析法，从超声法合成的混合物分离得到四种不同尺寸的碳

量子点。上述方法可以实现碳量子点的分离和纯化，但操作过程烦琐，分离效率低，

难以实现连续化操作。此外，由于碳量子点尺寸通常小于10nm[17]，采用常规

的过滤方法，难以达到分离精度要求。因而，研究开发高效、高分离精度、可连续

化的碳量子点分离和纯化技术，是推动碳量子点规模化和产业化发展的重要途径。

膜分离技术作为一种高效的分离技术，具有分离效率高、操作简便、能耗低、易与

其他过程结合等特点[18-19]，在液相体系纳米颗粒的分离过程中得到了广泛关注

[20-21]。Hu等[22]采用PTFE微滤膜对石墨烯量子点中大颗粒杂质进行去除，过

滤后得到澄清的亮棕色液体。Wang等[15]采用超滤的方法纯化得到了具有双波长

电化学发光性质的碳量子点。Zhao等[23]采用离心超滤的方式对以蛋黄油为原料

制备的碳量子点进行纯化，有效去除了其中的蛋白大分子。采用膜分离技术对碳量

子点进行分离纯化已经得到广泛关注和有效应用，但这部分应用还主要集中在超滤

和微滤。碳量子点料液经超、微滤处理后，大颗粒杂质可以被膜有效截留，而碳量

子点及一些小分子杂质则一起透过膜材料。去除大颗粒杂质后，仍需要结合透析等

方式，进一步对