本發(fā)明屬于材料合成和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種可實(shí)現(xiàn)水中六價(jià)鉻離子快速檢測(cè)的生物質(zhì)碳量子點(diǎn)的綠色制備方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著人們對(duì)環(huán)境健康需求的日益增長(zhǎng)，水中六價(jià)鉻離子的檢測(cè)受到了越來越多的關(guān)注。因此，基于納米材料構(gòu)建的六價(jià)鉻離子傳感器取得了蓬勃的發(fā)展。對(duì)于六價(jià)鉻離子較快的檢測(cè)速度和較低的檢測(cè)濃度是新型納米探針應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)與前提。然而，不管是基于有機(jī)染料（靛藍(lán)、羅丹明b、亞甲藍(lán)、剛果紅等）還是無機(jī)納米粒（納米金、納米銀、單原子納米酶或者過渡金屬量子點(diǎn)），除了存在材料合成過程復(fù)雜、成本高等不足，在應(yīng)用時(shí)還會(huì)受到檢測(cè)儀器和方法的限制。所以開發(fā)和設(shè)計(jì)能夠用于水中六價(jià)鉻離子快速、靈敏檢測(cè)的新型納米材料是目前環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域亟待解決的重要問題。

2、近些年，得益于碳材料，尤其是碳量子點(diǎn)的發(fā)展，基于改性碳量子點(diǎn)構(gòu)建的納米材料不僅在疾病診療、生物制藥等領(lǐng)域取得了令人矚目的成就，也極大程度促進(jìn)了化學(xué)傳感、熒光分析等技術(shù)的發(fā)展。目前碳量子點(diǎn)主要是通過將含碳量豐富的化學(xué)試劑通過自上而下或自下而上的方法制備的，雖然目前已經(jīng)有大量基于碳量子點(diǎn)的納米材料被用于環(huán)境檢測(cè)領(lǐng)域，但實(shí)際上諸如植物藤蔓根莖、農(nóng)作物秸稈、廚余垃圾等都是碳含量和其它元素含量豐富的廢棄物都可用作碳量子點(diǎn)制備的原料，因此將其經(jīng)合理的預(yù)處理后用于制備能夠?qū)崿F(xiàn)水中六價(jià)鉻離子快速檢測(cè)的生物質(zhì)碳量子點(diǎn)，不僅滿足可持續(xù)發(fā)展和碳循環(huán)的理念和內(nèi)在要求，更是對(duì)碳量子點(diǎn)制備方法和應(yīng)用的重要補(bǔ)充。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了提供一種可實(shí)現(xiàn)水中六價(jià)鉻離子快速檢測(cè)的生物質(zhì)碳量子點(diǎn)的綠色制備方法。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種可實(shí)現(xiàn)水中六價(jià)鉻離子快速檢測(cè)的生物質(zhì)碳量子點(diǎn)的綠色制備方法，包括以下步驟：

3、（1）將生物質(zhì)前體預(yù)處理后，干燥并充分研磨，過篩（80目），取篩下物得到生物質(zhì)粉末；

4、（2）攪拌條件下，將生物質(zhì)粉末均勻分散在水中，得生物質(zhì)溶液；其中，攪拌轉(zhuǎn)速為1000~1200rpm，攪拌時(shí)間為12～24?h；

5、（3）將生物質(zhì)溶液與改性劑溶液混合，除去氧氣后立即置于密閉容器內(nèi)攪拌使混合均勻，得反應(yīng)液；

6、（4）將反應(yīng)液于反應(yīng)條件下充分反應(yīng)，冷卻至室溫后離心取上清液經(jīng)過0.22?μm濾膜過濾后，即得生物質(zhì)碳量子點(diǎn)；所述生物質(zhì)碳量子點(diǎn)具有水溶性。

7、本發(fā)明中的生物質(zhì)前體包括但不限于植物來源的生物質(zhì)，如植物來源的廢棄物，包括樹木根莖藤蔓、中草藥活性成分提取后的殘?jiān)⑶f稼焚燒前后的秸稈和草木灰、果皮果核、蔬菜殘葉根莖等。

8、為避免生物質(zhì)前體中碳源碳化過程不均勻，需根據(jù)生物質(zhì)前體中脂質(zhì)物質(zhì)的含量選擇進(jìn)行不同方式的預(yù)處理；若生物質(zhì)前體中脂質(zhì)物質(zhì)含量少，則預(yù)處理方法是先將前體至于干燥的陰涼處自然風(fēng)干后在60℃烘箱中放置24?h徹底除去水分；若生物質(zhì)前體中含有大量脂質(zhì)物質(zhì)，預(yù)處理的方法則是將前體先粉碎并研磨，加入超純水進(jìn)行攪拌、超聲，隨用水和乙酸乙酯或水和磷酸酯這類能夠?qū)崿F(xiàn)脂質(zhì)分離的萃取體系除去前體中的脂質(zhì)物質(zhì)，隨后將水相中的殘余物質(zhì)冷凍干燥后至于60℃烘箱中放置24?h除去水分，預(yù)處理后的生物質(zhì)前體在使用前均需充分研磨。

9、進(jìn)一步地，步驟（2）中，生物質(zhì)粉末與水的質(zhì)量比為1:5~30。

10、進(jìn)一步地，步驟（2）中還可以加入小分子量聚乙二醇、十六烷基三甲基溴化銨、吐溫80和曲拉通100等表面活性劑；所述表面活性劑的加入量為生物質(zhì)粉末質(zhì)量的0.01~0.05%；所述表面活性劑以溶液的形式加入，表面活性劑溶液的濃度為0.01~0.05mg/l。

11、進(jìn)一步地，所述步驟（3）中改性劑，包括但不限于具有還原性的有機(jī)酸，如檸檬酸、抗壞血酸、乙二胺四乙酸、甲酸和乙醛酸等，也包括氨水、硼氫化鈉、尿素、乙二胺和二乙胺等無機(jī)物和有機(jī)胺。所述生物質(zhì)溶液與改性劑溶液的體積比為3:1～1:3；所述改性劑溶液濃度為1～3?mol/l。

12、進(jìn)一步地，所述步驟（4）中反應(yīng)可以通過水熱法完成，也可以在微波輻射法、電化學(xué)和溶膠凝膠等方法完成，但反應(yīng)前均需通過超聲、通入氮?dú)獾仁侄纬シ磻?yīng)體系中的氧氣。

13、進(jìn)一步地，步驟（4）所述的反應(yīng)為水熱反應(yīng)，水熱反應(yīng)溫度為150～210℃，反應(yīng)時(shí)間為4～12?h。

14、由于生物質(zhì)特殊的化學(xué)組成，所制的生物質(zhì)碳量子點(diǎn)含有豐富的元素參雜；改性劑的參與不僅能夠保證量子點(diǎn)具有良好的水溶性，而且能夠提升量子點(diǎn)的分散性，同時(shí)使量子點(diǎn)表面分布大量具有氧化還原能力的極性基團(tuán)，從而可以通過配位作用和化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)水中六價(jià)鉻離子快速檢測(cè)。

15、具體地，水中六價(jià)鉻離子快速檢測(cè)方法：分別量取一定量的生物質(zhì)碳量子點(diǎn)并配置成不同濃度的碳量子點(diǎn)溶液，置于石英比色皿中，使用熒光分光光度計(jì)測(cè)試其熒光激發(fā)圖譜；再將熒光分光光度計(jì)調(diào)整為最佳激發(fā)波長(zhǎng)，測(cè)定碳量子點(diǎn)溶液的熒光發(fā)射圖譜。分別配制標(biāo)準(zhǔn)六價(jià)鉻離子溶液和al3+、zn2+、cr3+、mg2+、ni2+、ca2+、cu2+、mn2+、fe3+、k+、na+的金屬離子溶液，進(jìn)行碳量子點(diǎn)溶液對(duì)重金屬離子的特異性檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，將熒光分光光度計(jì)設(shè)置為碳量子點(diǎn)溶液最佳激發(fā)波長(zhǎng)，測(cè)定碳量子點(diǎn)溶液與不同重金屬離子混合后的熒光強(qiáng)度。

16、其中，量子點(diǎn)溶液配制時(shí)，除可使用去離子水作溶劑，也可使用能與水互溶的甲醇、乙醇、丙三醇等作為溶劑。

17、本發(fā)明所制備的生物質(zhì)碳量子點(diǎn)可選擇性檢測(cè)水體中六價(jià)鉻離子，具有檢測(cè)快速、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。在本發(fā)明示范性的一個(gè)實(shí)施例中所制備的生物質(zhì)碳量子點(diǎn)對(duì)水體中cr6+檢測(cè)下限為0.07?μmol/l。

18、本發(fā)明的有益效果是：生物質(zhì)的再利用不僅滿足可持續(xù)發(fā)展和碳循環(huán)理念的內(nèi)在要求，且量子點(diǎn)的制備過程綠色、環(huán)保，在避免造成環(huán)境污染和潛在的健康隱患的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)六價(jià)鉻離子的快速、靈敏檢測(cè)，更是對(duì)碳量子點(diǎn)制備方法和應(yīng)用的重要補(bǔ)充。

技術(shù)特征：

1.一種可實(shí)現(xiàn)水中六價(jià)鉻離子快速檢測(cè)的生物質(zhì)碳量子點(diǎn)的綠色制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)水中六價(jià)鉻離子快速檢測(cè)的生物質(zhì)碳量子點(diǎn)的綠色制備方法，其特征在于：所述生物質(zhì)前體包括植物來源的廢棄物。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)水中六價(jià)鉻離子快速檢測(cè)的生物質(zhì)碳量子點(diǎn)的綠色制備方法，其特征在于：所述生物質(zhì)前體的預(yù)處理方法根據(jù)生物質(zhì)前體中脂質(zhì)物質(zhì)的含量選擇：若生物質(zhì)前體中脂質(zhì)物質(zhì)含量少，則預(yù)處理方法是先將前體至于干燥的陰涼處自然風(fēng)干后再干燥徹底除去水分；若生物質(zhì)前體中含有大量脂質(zhì)物質(zhì)，預(yù)處理的方法則是將前體先粉碎并研磨，加入超純水清洗，隨后用能實(shí)現(xiàn)脂質(zhì)分離的萃取體系除去前體中的脂質(zhì)物質(zhì)，將水相中的殘余物質(zhì)干燥徹底除去水分。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)水中六價(jià)鉻離子快速檢測(cè)的生物質(zhì)碳量子點(diǎn)的綠色制備方法，其特征在于：步驟（2）中生物質(zhì)粉末與水的質(zhì)量比為1:5~30。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)水中六價(jià)鉻離子快速檢測(cè)的生物質(zhì)碳量子點(diǎn)的綠色制備方法，其特征在于：步驟（2）中還可以加入表面活性劑，所述表面活性劑的加入量為生物質(zhì)粉末質(zhì)量的0.01~0.05%。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)水中六價(jià)鉻離子快速檢測(cè)的生物質(zhì)碳量子點(diǎn)的綠色制備方法，其特征在于：步驟（3）所述的改性劑為有機(jī)酸或有機(jī)胺；所述有機(jī)酸為乙二胺四乙酸、檸檬酸、抗壞血酸、甲酸、乙醛酸中的一種或多種；所述有機(jī)胺為氨水、尿素、乙二胺、二乙胺中的一種或多種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)水中六價(jià)鉻離子快速檢測(cè)的生物質(zhì)碳量子點(diǎn)的綠色制備方法，其特征在于：步驟（3）所述生物質(zhì)溶液與改性劑溶液的體積比為3:1～1:3；和/或，所述改性劑溶液濃度為1～3?mol/l。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)水中六價(jià)鉻離子快速檢測(cè)的生物質(zhì)碳量子點(diǎn)的綠色制備方法，其特征在于：步驟（4）所述的反應(yīng)為水熱反應(yīng)、微波輻射反應(yīng)、電化學(xué)反應(yīng)、溶膠凝膠反應(yīng)中的一種。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)水中六價(jià)鉻離子快速檢測(cè)的生物質(zhì)碳量子點(diǎn)的綠色制備方法，其特征在于：步驟（4）所述的反應(yīng)為水熱反應(yīng)，水熱反應(yīng)溫度為150～210oc，反應(yīng)時(shí)間為4～12?h。

10.權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述方法制備的生物質(zhì)碳量子點(diǎn)在水中六價(jià)鉻離子檢測(cè)中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種能夠快速檢測(cè)水中六價(jià)鉻離子的改性碳量子點(diǎn)的綠色制備方法。包括以下步驟：1）制備預(yù)處理的生物質(zhì)溶液；2）制備改性劑摻雜的碳量子點(diǎn)前體溶液；3）一步法制備生物質(zhì)碳量子點(diǎn)；4）生物質(zhì)碳量子點(diǎn)對(duì)六價(jià)鉻離子檢測(cè)。本發(fā)明用生物質(zhì)前體可實(shí)現(xiàn)資源再利用，所制備的碳量子點(diǎn)分散性好、形貌規(guī)整且熒光性能穩(wěn)定，碳量子點(diǎn)制備過程簡(jiǎn)單易行，可作為便捷高效檢測(cè)水中六價(jià)鉻離子的可行方案。

技術(shù)研發(fā)人員：周正偉,鄭紫元
受保護(hù)的技術(shù)使用者：常州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21