聚醚磷酸钙量子点及其制备方法
阅读说明：本技术 聚醚磷酸钙量子点及其制备方法 (Polyether calcium phosphate quantum dot and preparation method thereof ) 是由 程亮 于 2020-12-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种聚醚磷酸钙量子点及其制备方法,所述量子点是由聚醚与磷酸钙组成,其中聚醚为壳层,磷酸钙为核心。制备方法：将氢氧化钙配成去离子水-乙醇溶液,在40℃条件下,将磷酸和聚醚同时加入到氢氧化钙溶液中,添加过程中始终控制Ca~(2+):PO_3~(3-)摩尔比保持3:2,滴加完成继续反应0.5-3小时,过滤,得到粘稠状固体；干燥1-5小时,得到目标产品。本发明是一种新型量子点,该量子点颗粒均匀、与水和油均具有良好的分散性,在油品中具有良好的抗磨性。(The invention discloses a polyether calcium phosphate quantum dot and a preparation method thereof. The preparation method comprises the following steps: preparing calcium hydroxide into deionized water-ethanol solution, and treating at 40 deg.CAdding phosphoric acid and polyether into calcium hydroxide solution at the same time, and controlling Ca all the time in the adding process 2+ :PO 3 3‑ Keeping the molar ratio at 3:2, continuously reacting for 0.5-3 hours after the dropwise adding is finished, and filtering to obtain a viscous solid; drying for 1-5 hours to obtain the target product. The invention is a novel quantum dot, the quantum dot particles are uniform, have good dispersibility with water and oil, and have good abrasion resistance in oil products.)
技术领域
本发明涉及石油化工技术领域，涉及一种量子点及其制备方法，尤其涉及一种聚醚磷酸钙量子点及其制备方法。
背景技术
自2004年首次分离得到以来，一直受到研究人员的关注，特别最近几年，量子点的研究非常活跃，独特的荧光特性使其可以在生物成像、荧光传感、有机光伏、发光二极管、材料自修复等领域表现出潜在的应用价值。量子点一般是从铅、镉和硅的混合物中提取出来的，但是这些材料一般有毒，对环境也有危害，所以科学家们开始在一些良性化合物中提取量子点。
近年来，碳量子点在减少磨损、降低摩擦方面也表现出优异的性能。康振辉项目组利用碳量子点具有石墨状多层结构，CuSx易与金属Fe形成CuFeySx-y合金的特性，制备了碳量子点/CuSx纳米组合物，该组合物在润滑油中表现出优异的抗磨性能和自修复性能。在行车实验中，原先汽车尾气的黑烟减少，甚至消失。为了追求润滑剂绿色、高效的合成工艺，研究人员尝试了多种办法。闫鸿浩项目组发明了超声波工艺制备碳量子点润滑油添加剂，该工艺通过使用PEG、脲、柠檬酸为原料，原位合成碳量子点润滑剂，该润滑剂在没有其它助剂参与的条件下，可以使摩擦系数降低至0.02，四球实验磨斑直径为0.55mm。聚醚(PAG)作为一种V类基础油(根据API规则)，以优异的清净性、黏度指数以及减磨特性而广受关注。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对提供一种新型量子点，该量子点颗粒均匀、与水和油均具有良好的分散性，在油品中具有良好的抗磨性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种聚醚磷酸钙量子点，所述量子点是由聚醚与磷酸钙组成，其中聚醚为壳层，磷酸钙为核心。
进一步地，所述的聚醚磷酸钙量子点，优选聚醚选自水溶性聚醚、水不溶聚醚或油溶性聚醚。
进一步地，所述的聚醚磷酸钙量子点，优选所述聚醚为以下通式化合物：
式中，m＝0～100,n＝0～100，m、n不同时为零，R1为C1～C30的烷烃。R2为氢或甲基，R3为C2～C30的烷烃。
进一步地，所述的聚醚磷酸钙量子点，优选R1为C1～C10的烷烃。
进一步地，所述的聚醚磷酸钙量子点，优选R3为C2～C20的烷烃。
进一步地，所述的聚醚磷酸钙量子点，优选所述量子点颗粒直径小于10纳米。
一种聚醚磷酸钙量子点制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、称取原料：聚醚40-50重量份、氢氧化钙40-50重量份、磷酸40-50重量份、去离子水适量、乙醇适量；
B、将氢氧化钙配成0.01-2.0mol/L的去离子水-乙醇溶液，在40℃条件下，将磷酸和聚醚同时以0.1-2.0mL/分钟速率加入到氢氧化钙溶液中，添加过程中始终控制Ca2+:PO3 3-的摩尔比保持3:2，滴加完成继续反应0.5-3小时，得到溶液1；
C、将溶液1过滤，移除溶剂，得到粘稠状固体；
D、将粘稠状固体在100-400℃温度下，干燥1-5小时，得到目标产品。
进一步地，所述的聚醚磷酸钙量子点制备方法，优选所述去离子水：乙醇的重量比(w/w)＝(2:1)-(10:1)。
本发明的聚醚磷酸钙量子点结合聚醚以及磷酸钙，以磷酸钙为核心，聚醚为壳体的微粒结构，量子点颗粒均匀、与水和油均具有良好的分散性，在油品中具有良好的抗磨性。
本发明化合物工艺简单、绿色环保、易于实现工业化。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现详细说明本发明的具体实施方式。
一种聚醚磷酸钙量子点，所述量子点是由聚醚与磷酸钙组成，其中聚醚为壳层，磷酸钙为核心。
进一步地，所述的聚醚磷酸钙量子点，优选聚醚选自水溶性聚醚、水不溶聚醚或油溶性聚醚。
进一步地，所述的聚醚磷酸钙量子点，优选所述聚醚为以下通式化合物：
式中，m＝0～100,n＝0～100，m、n不同时为零，R1为C1～C30的烷烃。R2为氢或甲基，R3为C2～C30的烷烃。
进一步地，所述的聚醚磷酸钙量子点，优选R1为C1～C10的烷烃。
进一步地，所述的聚醚磷酸钙量子点，优选R3为C2～C20的烷烃。
进一步地，所述的聚醚磷酸钙量子点，优选所述量子点颗粒直径小于10纳米。
一种聚醚量子点制备方法，包括以下步骤：
A、称取原料：聚醚40-50重量份、氢氧化钙40-50重量份、磷酸40-50重量份、去离子水适量、乙醇适量；
本发明中，去离子水适量、乙醇适量是指：去离子水与乙醇的具体用量，跟氢氧化钙的重量和浓度配合一致，且和去离子水与乙醇的比例相关，在此不作限定。
B、将氢氧化钙配成0.01-2.0mol/L的去离子水-乙醇溶液，所述去离子水：乙醇的重量比(w/w)＝2:1-10:1。在40℃条件下，将磷酸和聚醚同时以0.1-2.0mL/分钟速率加入到氢氧化钙溶液中，添加过程中始终控制Ca2+:PO3 3-的摩尔比保持3:2，滴加完成继续反应0.5-3小时，得到溶液1；
C、将溶液1过滤，移除溶剂，得到粘稠状固体；
D、将粘稠状固体在100-400℃温度下，干燥1-5小时，得到目标产品。
进一步地，所述的聚醚磷酸钙量子点制备方法，
以下以具体实施例进行详细说明：
实施例1、一种聚醚磷酸钙量子点为：聚醚与磷酸钙组成，其中聚醚为壳层，磷酸钙为核心。
一种聚醚磷酸钙量子点制备方法如下：
A、称取原料：聚醚40重量份，氢氧化钙40重量份，磷酸40重量份，去离子水3300重量份、乙醇700重量份；其中聚醚结构为:
B、将氢氧化钙原料配成0.01mol/L的去离子水-乙醇溶液，在40℃条件下，将磷酸和聚醚同时以0.1mL速率/分钟加入到氢氧化钙溶液中，添加过程中始终控制Ca2+:PO3 3-的摩尔比保持3:2，滴加完成继续反应0.5小时，得到溶液1；
C、将溶液1过滤，移除溶剂，得到粘稠状固体1；
D、将粘稠状固体1在100℃温度下，干燥1小时，得到实施例1产品。
实施例2、一种聚醚磷酸钙量子点为：聚醚与磷酸钙组成，其中聚醚为壳层，磷酸钙为核心。
一种聚醚磷酸钙量子点制备方法如下：
A、称取原料：聚醚45重量份，氢氧化钙45重量份，磷酸45重量份，去离子水80重量份、乙醇10重量份；其中聚醚结构为:
B、将氢氧化钙原料配成2.0mol/L的去离子水-乙醇溶液，在40℃条件下，将磷酸和聚醚同时以2.0mL/分钟速率加入到氢氧化钙溶液中，添加过程中始终控制Ca2+:PO3 3-的摩尔比保持3:2，滴加完成继续反应3小时，得到溶液1；
C、将溶液1过滤，移除溶剂，得到粘稠状固体1；
D、将粘稠状固体1在400℃温度下，干燥5小时，得到实施例2产品。
实施例3、一种聚醚磷酸钙量子点为：聚醚与磷酸钙组成，其中聚醚为壳层，磷酸钙为核心。
一种聚醚磷酸钙量子点制备方法如下：
A、称取原料：聚醚50重量份，氢氧化钙50重量份，磷酸50重量份，去离子水100重量份，乙醇10重量份；其中聚醚结构为:
B、将氢氧化钙原料配成1.0mol/L的去离子水-乙醇溶液，在40℃条件下，将磷酸和聚醚同时以1.5mL/分钟速率加入到氢氧化钙溶液中，添加过程中始终控制Ca2+:PO3 3-的摩尔比保持3:2，滴加完成继续反应1小时，得到溶液1；
C、将溶液1过滤，移除溶剂，得到粘稠状固体1；
D、将粘稠状固体1在350℃温度下，干燥1-5小时，得到实施例3产品。
实施例4、一种聚醚磷酸钙量子点为：聚醚与磷酸钙组成，其中聚醚为壳层，磷酸钙为核心。
一种聚醚磷酸钙量子点制备方法如下：
A、称取原料：聚醚42重量份，氢氧化钙40重量份，磷酸40重量份，去离子水640重量份、乙醇160重量份；其中聚醚结构为:
B、将氢氧化钙原料配成0.05mol/L的去离子水-乙醇溶液，在40℃条件下，将磷酸和聚醚同时以0.5mL/分钟速率加入到氢氧化钙溶液中，添加过程中始终控制Ca2+:PO3 3-的摩尔比保持3:2，滴加完成继续反应1.5小时，得到溶液1；
C、将溶液1过滤，移除溶剂，得到粘稠状固体1；
D、将粘稠状固体1在200℃温度下，干燥1-5小时，得到实施例4产品。
实施例5、一种聚醚磷酸钙量子点为：聚醚与磷酸钙组成，其中聚醚为壳层，磷酸钙为核心。
一种聚醚磷酸钙量子点制备方法如下：
A、称取原料：聚醚48重量份，氢氧化钙45重量份，磷酸45重量份，去离子水200重量份、乙醇25重量份；其中聚醚结构为:
B、将氢氧化钙原料配成0.2mol/L的去离子水-乙醇溶液，在40℃条件下，将磷酸和聚醚同时以0.5mL/分钟速率加入到氢氧化钙溶液中，添加过程中始终控制Ca2+:PO3 3-的摩尔比保持3:2，滴加完成继续反应2.5小时，得到溶液1；
C、将溶液1过滤，移除溶剂，得到粘稠状固体1；
D、将粘稠状固体1在300℃温度下，干燥3小时，得到实施例5产品。
实施例6、一种聚醚磷酸钙量子点为：聚醚与磷酸钙组成，其中聚醚为壳层，磷酸钙为核心。
一种聚醚磷酸钙量子点制备方法如下：
A、称取原料：聚醚42重量份，氢氧化钙42重量份，磷酸42重量份，去离子水60重量份、乙醇20重量份；其中聚醚结构为:
B、将氢氧化钙原料配成0.5mol/L的去离子水-乙醇溶液，在40℃条件下，将磷酸和聚醚同时以1.2mL/分钟速率加入到氢氧化钙溶液中，添加过程中始终控制Ca2+:PO3 3-的摩尔比保持3:2，滴加完成继续反应2.5小时，得到溶液1；
C、将溶液1过滤，移除溶剂，得到粘稠状固体1；
D、将粘稠状固体1在260℃温度下，干燥5小时，得到实施例6产品。
实施例7、一种聚醚磷酸钙量子点为：聚醚与磷酸钙组成，其中聚醚为壳层，磷酸钙为核心。
一种聚醚磷酸钙量子点制备方法如下：
A、称取原料：聚醚50重量份，氢氧化钙40重量份，磷酸40重量份，去离子水15重量份、乙醇5重量份；其中聚醚结构为:
B、将氢氧化钙原料配成1.8mol/L的去离子水-乙醇溶液，在40℃条件下，将磷酸和聚醚同时以2.0mL/分钟速率加入到氢氧化钙溶液中，添加过程中始终控制Ca2+:PO3 3-的摩尔比保持3:2，滴加完成继续反应1小时，得到溶液1；
C、将溶液1过滤，移除溶剂，得到粘稠状固体1；
D、将粘稠状固体1在400℃温度下，干燥2.5小时，得到实施例7产品。
实施例8、一种聚醚磷酸钙量子点为：聚醚与磷酸钙组成，其中聚醚为壳层，磷酸钙为核心。
一种聚醚磷酸钙量子点制备方法如下：
A、称取原料：聚醚45重量份，氢氧化钙45重量份，磷酸45重量份，去离子水130重量份、乙醇20重量份；其中聚醚结构为:
B、将氢氧化钙原料配成0.3mol/L的去离子水-乙醇溶液，在40℃条件下，将磷酸和聚醚同时以1.5mL/分钟速率加入到氢氧化钙溶液中，添加过程中始终控制Ca2+:PO3 3-的摩尔比保持3:2，滴加完成继续反应1.5小时，得到溶液1；
C、将溶液1过滤，移除溶剂，得到粘稠状固体1；
D、将粘稠状固体1在350℃温度下，干燥2小时，得到实施例8产品。
实施例9、一种聚醚磷酸钙量子点为：聚醚与磷酸钙组成，其中聚醚为壳层，磷酸钙为核心。
一种聚醚磷酸钙量子点制备方法如下：
A、称取原料：聚醚44重量份，氢氧化钙42重量份，磷酸42重量份，去离子水580重量份、乙醇120重量份；
其中聚醚结构为:
B、将氢氧化钙原料配成0.06mol/L的去离子水-乙醇溶液，在40℃条件下，将磷酸和聚醚同时以1.5mL/分钟速率加入到氢氧化钙溶液中，添加过程中始终控制Ca2+:PO3 3-的摩尔比保持3:2，滴加完成继续反应2小时，得到溶液1；
C、将溶液1过滤，移除溶剂，得到粘稠状固体1；
D、将粘稠状固体1在150℃温度下，干燥1-5小时，得到实施例9产品。
实施例10、一种聚醚磷酸钙量子点为：聚醚与磷酸钙组成，其中聚醚为壳层，磷酸钙为核心。
一种聚醚磷酸钙量子点制备方法如下：
A、称取原料：聚醚46重量份，氢氧化钙45重量份，磷酸45重量份，去离子水26重量份、乙醇13重量份；
其中聚醚结构为:
B、将氢氧化钙原料配成1.2mol/L的去离子水-乙醇溶液，在40℃条件下，将磷酸和聚醚同时以1.5mL/分钟速率加入到氢氧化钙溶液中，添加过程中始终控制Ca2+:PO3 3-的摩尔比保持3:2，滴加完成继续反应0.5小时，得到溶液1；
C、将溶液1过滤，移除溶剂，得到粘稠状固体1；
D、将粘稠状固体1在320℃温度下，干燥2.5小时，得到实施例10产品。
实施例11、一种聚醚磷酸钙量子点为：聚醚与磷酸钙组成，其中聚醚为壳层，磷酸钙为核心。
一种聚醚磷酸钙量子点制备方法如下：
A、称取原料：聚醚50重量份，氢氧化钙45重量份，磷酸45重量份，去离子水50重量份、乙醇13重量份；
其中聚醚结构为:
B、将氢氧化钙原料配成2.0mol/L的去离子水-乙醇溶液，在40℃条件下，将磷酸和聚醚同时以2.0mL/分钟速率加入到氢氧化钙溶液中，添加过程中始终控制Ca2+:PO3 3-的摩尔比保持3:2，滴加完成继续反应2.5小时，得到溶液1；
C、将溶液1过滤，移除溶剂，得到粘稠状固体1；
D、将粘稠状固体1在350℃温度下，干燥4.0小时，得到实施例11产品。
实施例12、一种聚醚磷酸钙量子点为：聚醚与磷酸钙组成，其中聚醚为壳层，磷酸钙为核心。
一种聚醚磷酸钙量子点制备方法如下：
A、称取原料：聚醚45重量份，氢氧化钙40重量份，磷酸40重量份，去离子水100重量份、乙醇20重量份；
其中聚醚结构为:
B、将氢氧化钙原料配成0.5mol/L的去离子水-乙醇溶液，在40℃条件下，将磷酸和聚醚同时以1.0mL/分钟速率加入到氢氧化钙溶液中，添加过程中始终控制Ca2+:PO3 3-的摩尔比保持3:2，滴加完成继续反应2.5小时，得到溶液1；
C、将溶液1过滤，移除溶剂，得到粘稠状固体1；
D、将粘稠状固体1在300℃温度下，干燥4.0小时，得到实施例12产品。
实施例13、一种聚醚磷酸钙量子点为：聚醚与磷酸钙组成，其中聚醚为壳层，磷酸钙为核心。
一种聚醚磷酸钙量子点制备方法如下：
A、称取原料：聚醚45重量份，氢氧化钙35重量份，磷酸35重量份，去离子水200重量份、乙醇20重量份；
其中聚醚结构为:
B、将氢氧化钙原料配成0.5mol/L的去离子水-乙醇溶液，在40℃条件下，将磷酸和聚醚同时以1.0mL/分钟速率加入到氢氧化钙溶液中，添加过程中始终控制Ca2+:PO3 3-的摩尔比保持3:2，滴加完成继续反应2.5小时，得到溶液1；
C、将溶液1过滤，移除溶剂，得到粘稠状固体1；
D、将粘稠状固体1在300℃温度下，干燥4.0小时，得到实施例13产品。
实施例14、一种聚醚磷酸钙量子点为：聚醚与磷酸钙组成，其中聚醚为壳层，磷酸钙为核心。
一种聚醚磷酸钙量子点制备方法如下：
A、称取原料：聚醚48重量份，氢氧化钙42重量份，磷酸42重量份，去离子水200重量份、乙醇50重量份；
其中聚醚结构为:
B、将氢氧化钙原料配成0.5mol/L的去离子水-乙醇溶液，在40℃条件下，将磷酸和聚醚同时以1.0mL/分钟速率加入到氢氧化钙溶液中，添加过程中始终控制Ca2+:PO3 3-的摩尔比保持3:2，滴加完成继续反应2.5小时，得到溶液1；
C、将溶液1过滤，移除溶剂，得到粘稠状固体1；
D、将粘稠状固体1在300℃温度下，干燥4.0小时，得到实施例14产品。
实施例15、一种聚醚磷酸钙量子点为：聚醚与磷酸钙组成，其中聚醚为壳层，磷酸钙为核心。
一种聚醚磷酸钙量子点制备方法如下：
A、称取原料：聚醚45重量份，氢氧化钙35重量份，磷酸35重量份，去离子水200重量份、乙醇20重量份；
其中聚醚结构为:
B、将氢氧化钙原料配成0.5mol/L的去离子水-乙醇溶液，在40℃条件下，将磷酸和聚醚同时以1.0mL/分钟速率加入到氢氧化钙溶液中，添加过程中始终控制Ca2+:PO3 3-的摩尔比保持3:2，滴加完成继续反应2.5小时，得到溶液1；
C、将溶液1过滤，移除溶剂，得到粘稠状固体1；
D、将粘稠状固体1在300℃温度下，干燥4.0小时，得到实施例15产品。
对比实验：
选用现有商业化的量子点：ZnCdS/ZnS量子点、CdSe/ZnS量子点、CdS量子点、Cu,Mn共掺杂量子点、石墨烯量子点。
1、分散性实验(粒径分布法)：使用Zeta电位仪的动态光散射测试粒径分布来考查分散性。在6毫升溶剂中加入50ppm量子点，在10000转/分钟条件下使用均质机搅拌60分钟，观察溶液分散情况。将本发明实施例1-15的产品与上述现有商品进行分散性实验，具体结果如下：
表1分散性实验结果
从分散性实验可以看出，本发明产品在PAO4基础油、去离子水、乙二醇中都具有较好的分散性，对比例相对于本发明的产品，不能同时在PAO4、去离子水和乙二醇中形成良好的分散性能，其中，含有金属粒子的量子点在PAO4有良好分散性，但是在去离子水和乙二醇中分散性不好，含有碳的石墨烯量子点仅仅在水良好分散，在PAO4、乙二醇分散性不好。因此限定了其应用范围。
2、抗磨性实验(四球机法)：
测试样品制备：在PAO 4中加入1％量子点添加剂，搅拌30分钟。
四球实验条件为：ASTM D2783和D2596转速1770r/min，时间10s；特性指标分别为PB和PD值，数据越小，代表抗磨性能越好。
将本发明实施例1-15的产品与上述现有商品进行抗磨性实验，具体结果如下：
表2抗磨性实验
从最大无卡咬负荷和烧结负荷数据分析，本发明产品的数据明显优于对比样品，具有更好的抗磨性和极压性。
3、冷却效率实验：
测试样品制备：在去离子水中加入1.5％量子点添加剂，搅拌30分钟。
将本发明实施例1-15的产品与上述现有商品进行冷却效率实验，具体结果如下：
表3冷却效率实验
在冷却效率方面，本发明产品具有很好的导热系数和热熔；对比产品与水不可溶，因此导热系数较低。
4、粒子范围：通过纳米粒度仪和透射电镜测试产品粒径。
将本发明实施例1-15的产品与上述现有商品测试粒径，具体结果如下：
表4量子点粒径
粒径范围(nm)
实施例1产品
0.6-5.2
实施例2产品
0.8-5.0
实施例3产品
1.2-4.3
实施例4产品
0.6-4.2
实施例5产品
0.8-5.3
实施例6产品
1.6-5.9
实施例7产品
0.9-5.1
实施例8产品
1.0-5.2
实施例9产品
0.7-4.9
实施例10产品
0.9-5.0
实施例11产品
1.0-4.9
实施例12产品
0.7-4.8
实施例13产品
1.1-5.1
实施例14产品
0.8-5.1
实施例15产品
0.6-4.8
ZnCdS/ZnS量子点
2.5-10.2
CdSe/ZnS量子点
2.8-10.1
CdS量子点
3.8-10.2
Cu,Mn共掺杂量子点
5.6-11.2
石墨烯量子点
6.2-12.3
本发明产品的粒径分布更小、更窄，可以充分发挥量子点效应，可以应用于更多领域。
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