基于废弃织物荧光碳点的制备及对铬(Ⅵ)和汞(Ⅱ)离子的检测

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水体中的六价铬和二价汞离子为两种常见的重金属离子,易在人体内富集造成神经系统损伤、遗传性基因缺陷和癌症等疾病。因此,实现对重金属离子的检测和除去具有重要的意义。目前,常用的检测方法主要有紫外分光光度法、电感耦合等离子体检测法、电化学法和荧光探针检测法等。其中,荧光探针检测法以选择性好、操作简单、响应范围宽等优点而备受关注。荧光碳点作为一种新型的荧光纳米材料,因具有稳定性好、合成简单、原料廉价易得、低细胞毒性等优点成为荧光探针的研究热点。我国存在大量的纺织边角料及废旧衣物被丢弃,造成了大量的资源浪费和环境污染问题,直接以废弃的织物为原料制备基于碳点的荧光探针,这为废弃纺织品的高价值化利用提供了新的思路。另一方面,对重金属离子的去除主要以吸附法为主,而目前大多研究仅仅局限于单功能的检测或吸附,实现吸附检测一体化存在一定困难。综合上述问题,本论文设计了几种碳点荧光探针,实现的对六价铬和汞离子的选择性检测,以及复合壳聚糖无纺布,实现了对六价铬离子的检测吸附一体化。具体研究内容如下:1、设计了以含有红167染料的废弃涤纶为碳源,采用一步溶剂热法成功合成了一种新型涤纶碳点,并将其修饰在壳聚糖无纺布上,制得了可以选择性检测并高效去除六价铬离子的双功能材料。与纯涤纶碳点相比,该双功能材料对六价铬表现出更高的选择性和更低的检测限,检测限为0.15 mg/L。此外,该材料表现出对六价铬的快速有效去除作用。仅8 min即可达到吸附平衡,最大吸附量为203 mg/g,经过5次循环后仍保持较高的相对去除率(90%以上)。该材料对六价铬的荧光检测机制主要归因于荧光内滤效应(IFE),高效吸附机制源于壳聚糖中的氨基和羟基。值得注意的是,该双功能材料已成功应用于智能手机集成设备上的半定量检测,并有效去除实际样品中的六价铬。2、设计了以纤维素为主要成分的废弃苎麻织物为碳源,采用一步水热法合成了发蓝光的苎麻碳点,实现了对汞离子的高灵敏度高选择性检测。通过透射电镜、红外、X-射线衍射等测试分析了该碳点的结构及性质。该碳点具有很好的荧光稳定性,对汞离子的最低检测限为47.2 n M。除此之外,对比了以纤维素为主要成分的废弃棉织物制备的荧光碳点,两种碳点表现出相似的荧光性质和检测性能,但棉织物制备的碳点对汞离子的检测限为61.5 n M,高于苎麻制备的碳点。重要的是,苎麻碳点被成功用于对实际水样中汞离子的检测,回收率为98.6%~103.3%,具有很好的实用性。
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