氮化碳材料、其制備方法和在食品添加劑脫毒中的應用
1.本發(fā)明屬于食品脫毒材料及有機合成技術領域，具體涉及氮化碳材料、其制備方法和在食品添加劑脫毒中的應用。
背景技術：
2.碳基材料以其低毒、高光穩(wěn)定性、良好的生物相容性和生物降解性等優(yōu)點，在熒光傳感、光催化降解等領域得到了廣泛的研究。石墨相氮化碳(g-c3n4)是研究最多的碳基材料之一。在光催化中，低光致電荷分離和缺乏活性中心限制了光催化降解效率。為了克服這些缺陷，研究人員已經開發(fā)了幾種策略，包括形態(tài)裁剪、異質結構構建和離子摻雜。形態(tài)裁剪可以加快具有豐富活性位點的光誘導載體的分離。同時，一些技術被用于合成g-c3n4點，用作光學傳感器的發(fā)光探針。
技術實現(xiàn)要素：
3.本發(fā)明提供了一種氮化碳材料的制備方法，步驟如下：
4.將高碳數脂肪醇和尿素混合，均勻研磨，形成混合前驅體。將混合前驅體以1～10℃/min的升溫速率升溫到550℃，保溫1～5h。待反應體系自發(fā)冷卻至室溫，獲得石墨相氮化碳混合粉末。將混合粉末加入到去離子水中，進行超聲處理，然后置于布氏漏斗中，真空抽濾收集。在濾紙上獲得的粉末為g-c3n4粉末，在過濾瓶中獲得的懸浮液為g-c3n4量子點。
5.上述制備方法中，高碳數脂肪醇選自十四醇、十五醇或十六醇。
6.上述制備方法中，高碳數脂肪醇與尿素的質量比為0.5～5:1000～5000。
7.上述制備方法中，超聲處理條件為：50～100w，30～60min。
8.上述g-c3n4粉末為空心的豌豆莢形狀的石墨相氮化碳材料，其比表面積大，活性位點高，具有較高的光催化性能，可用于食品添加劑的光催化降解和脫毒。優(yōu)選的，所述食品添加劑選自素，素選自日落黃。
9.上述g-c3n4量子點具有較高的發(fā)光性能，可用于食品添加劑的熒光檢測，靈敏度高。優(yōu)選的，所述食品添加劑選自素，素選自日落黃。
10.本發(fā)明的有益效果為：
11.只用尿素制備的氮化碳材料，其反應活性位點少；當尿素中摻入高碳數脂肪醇之后，所制備的氮化碳材料可以分為兩部分：一部分為空心豌豆莢形狀，另一部分是量子點。空心的豌豆莢比表面積大，活性位點高，從而具有較高的光催化性能；量子點具有較高的發(fā)光性能，可以對食品素進行靈敏的熒光檢測。
附圖說明
12.圖1為氮化碳材料(cnps和cnds)制備過程及應用示意圖；其中，(i)熒光檢測；(ii)為可見光降解；
13.圖2為實施例1所述cnps的sem和tem圖；其中，圖a和圖b為sem圖，圖c為tem圖；
14.圖3為實施例1所述cnds的發(fā)光對比圖和原子力顯微圖像；其中，圖a為cnds溶液在日光和紫外燈照射時的發(fā)光對比圖，圖b為cnds原子力顯微圖像；
15.圖4為實施例1所述cnps和對比例1所述純氮化碳的xrd圖；其中，上方曲線為cnps，下方曲線為純氮化碳；
16.圖5為實施例1所述cnps和對比例1所述純氮化碳的ft-ir圖；其中，上方曲線為純氮化碳，下方曲線為cnps；
17.圖6為cnds的熒光強度隨時間變化；其中，圖中曲線從上到下依次代表的時間為0min、10min、20min、30min、40min、50min、60min。
具體實施方式
18.在本發(fā)明中所使用的術語，除非有另外說明，一般具有本領域普通技術人員通常理解的含義。下面結合具體實施例，并參照數據進一步詳細的描述本發(fā)明。以下實施例只是為了舉例說明本發(fā)明，而非以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
19.實施例1
20.將2mg十六醇和3g尿素混合，均勻研磨，形成混合前驅體。將混合前驅體以5℃/min的升溫速率升溫到550℃，保持2h。待反應體系自發(fā)冷卻至室溫，獲得石墨相氮化碳混合粉末。將混合粉末加入到去離子水中，100w超聲處理30min，并通過抽濾收集。在濾紙上獲得的粉末為g-c3n4粉末(cnps)，在過濾瓶中獲得的懸浮液為g-c3n4量子點(cnds)。上述粉末可繼續(xù)置于烘箱中干燥過夜收集，上述懸浮液則可直接保存在-4℃冰箱中備用。上述制備過程示意圖如圖1所示。
21.圖2展示了cnps的sem和tem圖。由sem圖(圖a和圖b)可知，所制備的cnps的形貌為空心的豌豆莢狀，并且在表面有孔的存在。tem圖(圖c)可進一步證明所制備的氮化碳粉末為空心的豌豆莢狀。
22.圖3為cnds的發(fā)光對比圖和原子力顯微圖像。由該圖可知，在360nm紫外光照下，cnds可發(fā)射藍熒光，其形貌特征如圖b所示。
23.對比例1
24.將3g尿素均勻研磨，以5℃/min的升溫速率升溫到550℃，保持2h。待反應體系自發(fā)冷卻至室溫，獲得純石墨相氮化碳粉末。
25.圖4為cnps和純氮化碳的xrd圖。由該圖可知，與下方曲線所代表的純氮化碳相比，上方曲線所代表的cnps在晶體結構上是相似的，其區(qū)別在于，cnps的衍射強度低，這說明樣品有低的結晶度。
26.圖5為cnps和純氮化碳的ft-ir圖。由該圖可知，cnps和純氮化碳表現(xiàn)出相同的紅外吸收峰，這表明盡管高級脂肪醇的加入降低了氮化碳的結晶度，但是還是保留了氮化碳七嗪環(huán)的化學結構。
27.實施例2
28.將2mg十四醇和3g尿素混合，均勻研磨，形成混合前驅體。將混合前驅體以10℃/min的升溫速率升溫至550℃，保持3h。待反應體系自發(fā)冷卻至室溫，獲得石墨相氮化碳混合粉末。將混合粉末加入到去離子水中，100w超聲處理30min，并通過抽濾收集。在濾紙上獲得的粉末為g-c3n4粉末(cnps)，在過濾瓶中獲得的懸浮液為g-c3n4量子點(cnds)。上述粉末
可繼續(xù)置于烘箱中干燥過夜收集，上述懸浮液則可直接保存在-4℃冰箱中備用。
29.實施例3
30.將3mg十五醇和3g尿素混合，均勻研磨，形成混合前驅體。將混合前驅體以10℃/min的升溫速率升溫至550℃，保持3h。待反應體系自發(fā)冷卻至室溫，獲得石墨相氮化碳混合粉末。將混合粉末加入到去離子水中，100w超聲處理30min，并通過抽濾收集。在濾紙上獲得的粉末為g-c3n4粉末(cnps)，在過濾瓶中獲得的懸浮液為g-c3n4量子點(cnds)。上述粉末可繼續(xù)置于烘箱中干燥過夜收集，上述懸浮液則可直接保存在-4℃冰箱中備用。
31.應用例1
32.日落黃的降解試驗，步驟如下：
33.將100mg實施例1制備的cnps加入100ml日落黃溶液(10mg/l)中形成光催化懸浮液。在黑暗中磁力攪拌60min后，用300w的氙燈照射懸浮液。分別于0min、10min、20min、30min、40min照射時間收集3ml懸浮液。用紫外-可見分光光度計測定波長在470nm處的日落黃濃度。對照組為對比例1制備的純氮化碳。
34.試驗結果如表1所示：
35.表1
[0036][0037][0038]
由表1可知，與純氮化碳相比，cnps對食品添加劑日落黃具有較優(yōu)異的光催化降解性能。
[0039]
應用例2
[0040]
日落黃的熒光檢測試驗，步驟如下：
[0041]
將2mg實施例1制備的cnds與2ml蒸餾水混合，制備cnds懸浮液。然后，將懸浮液轉移到1cm石英反應杯中。由圖5已知，在光照下，cnds可發(fā)射藍熒光。用日立7000熒光光譜儀于0min、10min、20min、30min、40min、50min和60min測量其發(fā)光光譜，檢測cnds的光穩(wěn)定性。圖6表明連續(xù)測試一個小時，cnds的熒光強度沒有發(fā)生太大的變化，表明體系的熒光發(fā)射的穩(wěn)定性。
[0042]
然后分別向cnds懸浮液中加入1.5ml的不同濃度的日落黃溶液，濃度為0μmol/l、5μmol/l、10μmol/l、20μmol/l、50μmol/l、80μmol/l。在添加后，測量其發(fā)射光譜。
[0043]
計算公式：
[0044]
日落黃的淬滅效率＝(f
0-f)/f0；
[0045]
其中，f0為不加日落黃時cnds懸浮液的熒光發(fā)射強度，f為加入一定濃度日落黃的cnds懸浮液的熒光發(fā)射強度。
[0046]
試驗結果如表2所示：
[0047]
表2
[0048]
日落黃濃度(μmol/l)0510205080(f
0-f)/f000.080.170.270.610.79
[0049]
上述表2中，(f
0-f)/f0數值越接近0，說明日落黃對材料的熒光發(fā)射性能淬滅就越不明顯。根據表2所展現(xiàn)的試驗數據可知，不同濃度的日落黃均可較好地猝滅cnds的熒光發(fā)射，說明cnds檢測性能優(yōu)異。
[0050]
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術人員可能利用上述揭示的技術內容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術方案內容，依據本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍。
技術特征：
1.一種氮化碳材料的制備方法，其特征在于，步驟如下：將高碳數脂肪醇和尿素混合，均勻研磨，形成混合前驅體；將混合前驅體以1～10℃/min的升溫速率升溫到550℃，保溫1～5h。待反應體系自發(fā)冷卻至室溫，獲得石墨相氮化碳混合粉末；將混合粉末加入到去離子水中，進行超聲處理，然后置于布氏漏斗中，真空抽濾收集；在濾紙上獲得的粉末為g-c3n4粉末，在過濾瓶中獲得的懸浮液為g-c3n4量子點。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述高碳數脂肪醇選自十四醇、十五醇或十六醇。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述高碳數脂肪醇與尿素的質量比選自0.5～5:1000～5000。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述超聲處理條件為：50～100w，30～60min。5.一種氮化碳材料，其特征在于，是權利要求1～4任一項所述方法制備的g-c3n4粉末。6.一種氮化碳材料，其特征在于，是權利要求1～4任一項所述方法制備的g-c3n4量子點。7.權利要求5所述氮化碳材料在食品添加劑光催化降解和脫毒中的應用。8.權利要求6所述氮化碳材料在食品添加劑熒光檢測中的應用。9.根據權利要求7或8所述的應用，其特征在于，所述食品添加劑選自食品素。10.根據權利要求9所述的應用，其特征在于，所述食品素選自日落黃。
技術總結
本發(fā)明公開了氮化碳材料、其制備方法和在食品添加劑脫毒中的應用，屬于食品脫毒材料及有機合成技術領域。本發(fā)明選擇將高碳數脂肪醇和尿素混合，在高溫下制備氮化碳材料，經超聲處理后，進行真空抽濾，最終所制備的氮化碳材料可以分為兩部分：一部分為空心豌豆莢形狀的CPs，另一部分是量子點CDs。空心的豌豆莢比表面積大，活性位點高，從而具有較高的光催化性能，能催化食品素降解和脫毒；量子點具有較高的發(fā)光性能，可以對食品素進行靈敏的熒光檢測。光檢測。光檢測。
