本發(fā)明屬于碳材料及其改性瀝青，具體涉及一種生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)工業(yè)化產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，導(dǎo)致產(chǎn)生了大量的固廢資源，其中廢木屑作為木材加工產(chǎn)生的固廢產(chǎn)物，是一種有極大再利用潛力的生物質(zhì)資源。并且近年來(lái)隨著我國(guó)汽車(chē)保有量的逐漸增加，廢舊輪胎的產(chǎn)生量也同步增長(zhǎng)，2023年我國(guó)廢舊輪胎產(chǎn)生量為1560萬(wàn)噸，回收量?jī)H為750萬(wàn)噸，回收利用率僅有48.07%，回收率提升相對(duì)緩慢，回收產(chǎn)能相對(duì)不足，如此巨大數(shù)量的廢舊輪胎，如果不妥善處理，則極容易造成“黑色污染”，對(duì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和資源的循環(huán)利用造成了巨大的損失。
2、針對(duì)廢木屑、廢舊輪胎等資源的回收利用，目前最常用的方法有作為原材料原位回用、熱裂解、水熱液化等。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)日益嚴(yán)峻的固廢資源化利用現(xiàn)狀，以及對(duì)高性能碳材料研發(fā)的急切需求，本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)及其制備方法與應(yīng)用，其研究成果為固廢資源化利用與新型碳材料研發(fā)指明方向。
2、為達(dá)到上述目的本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
3、第一方面，本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)，由廢木屑與廢膠粉按質(zhì)量比3:2混合后經(jīng)共水熱碳化反應(yīng)獲得，所述水熱反應(yīng)中的固液比為1:5，所述共水熱碳化反應(yīng)在酸催化劑存在下進(jìn)行。
4、進(jìn)一步，所述廢木屑為楊木粉，顆粒粒徑的中位徑為74μm，顏色為淡黃色，其主要成分為木質(zhì)素，纖維素，半纖維素。所述廢膠粉為廢舊輪胎膠粉，顆粒粒徑的中位徑為385μm，顏色為黑色，其主要成分為天然橡膠（聚異戊二烯）和丁苯橡膠（苯乙烯與丁二烯共聚物）。
5、進(jìn)一步，所述共水熱碳化反應(yīng)在酸催化劑存在下進(jìn)行，所述酸催化劑選自硫酸、鹽酸、醋酸以及體積比為1:1的硫酸與醋酸的混合酸。酸的加入可以促進(jìn)反應(yīng)前驅(qū)體的分解，加快水熱反應(yīng)速率。
6、第二方面，本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)的制備方法，包括如下步驟：
7、（1）將廢木屑、廢膠粉、水（溶劑）及酸催化劑混合，在設(shè)定的反應(yīng)溫度與反應(yīng)時(shí)間下進(jìn)行水熱碳化反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，得到反應(yīng)產(chǎn)物；
8、（2）將所述反應(yīng)產(chǎn)物通過(guò)0.45μm有機(jī)尼龍濾膜和抽濾裝置進(jìn)行固液分離，取液相進(jìn)行離心并透析純化，得到生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)。（從液相產(chǎn)物中進(jìn)行過(guò)純化的目的是方便進(jìn)行碳點(diǎn)性能的后續(xù)分析，大部分碳點(diǎn)仍存在于固相產(chǎn)物中）。
9、進(jìn)一步，所述步驟（1）中的水熱反應(yīng)的溫度為200℃~280℃，時(shí)間為0.5h~6h。
10、進(jìn)一步，所述步驟（2）中離心的轉(zhuǎn)速為10000rpm，離心的時(shí)間為15min；透析純化為將離心后的上清液置于透析袋中，并將透析袋置于70℃去離子水中磁力攪拌透析1h。
11、第三方面，本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)的應(yīng)用，用于制備生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)改性瀝青。
12、第四方面，本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)改性瀝青，包含基質(zhì)瀝青及權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)，所述生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)的質(zhì)量為基質(zhì)瀝青質(zhì)量的2-6%。
13、第五方面，本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)改性瀝青的制備方法，將所述生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)與基質(zhì)瀝青按2-6%比例摻合，加熱至130-150℃并在200-800rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌0.5h，得到生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)改性瀝青。
14、第六方面，本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)改性瀝青在抗熱氧老化及緩解城市熱島效應(yīng)方面的應(yīng)用。
15、進(jìn)一步，將所述生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)改性瀝青與基質(zhì)瀝青分別置于瀝青老化托盤(pán)中且樣品厚度為5mm，在距樣品0.5m處采用500w碘鎢燈照射，并以10min為間隔記錄樣品表面溫度，測(cè)試其紅外光譜，分析生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)改性瀝青的應(yīng)用效果。
16、與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
17、本發(fā)明以廢楊木木屑和廢舊輪胎膠粉為原料，采用水熱液化的方法制備生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)，并將碳點(diǎn)用于改性瀝青，以提高瀝青的抗老化特性及光熱效應(yīng)，緩解城市熱島效應(yīng)等，制備智能路面材料。廢膠粉的加入可以使碳點(diǎn)擁有更豐富的表面官能團(tuán)與更好的熒光穩(wěn)定性，本方法不僅可以合理地利用兩種廢棄資源，還可以在一定程度上提高碳點(diǎn)的性能。
1.一種生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)，其特征在于，由廢木屑與廢膠粉按質(zhì)量比3:2混合后經(jīng)共水熱碳化反應(yīng)獲得，所述水熱反應(yīng)中的固液比為1:5，所述共水熱碳化反應(yīng)在酸催化劑存在下進(jìn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)，其特征在于，所述廢木屑為楊木粉，顆粒粒徑的中位徑為74μm；所述廢膠粉為廢舊輪胎膠粉，顆粒粒徑的中位徑為385μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)，其特征在于，所述酸催化劑選自硫酸、鹽酸、醋酸以及體積比為1:1的硫酸與醋酸的混合酸。
4.一種權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)的制備方法，其特征在于，所述步驟（1）中的水熱反應(yīng)的溫度為200℃~280℃，時(shí)間為0.5h~6h。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)的制備方法，其特征在于，所述步驟（2）中離心的轉(zhuǎn)速為10000rpm，離心的時(shí)間為15min；透析純化為將離心后的上清液置于透析袋中，并將透析袋置于70℃去離子水中磁力攪拌透析1h。
7.一種權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)的應(yīng)用，其特征在于，用于制備生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)改性瀝青。
8.一種生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)改性瀝青，其特征在于，包含基質(zhì)瀝青及權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)，所述生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)的質(zhì)量為基質(zhì)瀝青質(zhì)量的2-6%。
9.一種權(quán)利要求8所述生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)改性瀝青的制備方法，其特征在于，將所述生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)與基質(zhì)瀝青按2-6%的質(zhì)量比摻合，加熱至130-150℃并在200-800rpm的轉(zhuǎn)速下攪拌0.5h，得到生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)改性瀝青。
10.一種權(quán)利要求8所述生物質(zhì)基熒光碳點(diǎn)改性瀝青在抗熱氧老化及緩解城市熱島效應(yīng)方面的應(yīng)用。