随着工业发展和城市化的快速进程,电镀、金属加工、颜料生产、印染等众多工厂带来铬、铁等重金属离子的排放。这些重金属离子污染了江河湖泊,不仅对农田、养殖业造成直接危害,更严重的是,重金属离子会通过食物链富集进入人体,对人类健康造成严重的威胁。由于水体中重金属离子可能对环境和人体造成不可逆转的损害,其检测与处理已成为亟待解决的问题。目前重金属离子的检测手段主要有原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法等,这些方法往往需要借助大型仪器,成本高且不便捷。近年来,采用荧光检测试剂通过可视的荧光变化指示特定金属离子的存在,作为一类新型重金属离子检测方法正在引起越来越多的关注。碳量子点（以下简称“碳点”）是一种新型的荧光纳米材料,和传统半导体量子点相比,它绿色无毒、生物友好性强,在生物成像、生物/化学传感、光催化等许多领域具有应用前景。有关碳点的合成与应用的研究是近年来的研究热点。在已有研究中,多采用有机酸、醛等作为碳源合成碳量子点,在前体来源的环境友好性方面存在局限性。此外,碳量子点表面往往含有丰富的官能团,这些官能团一方面影响碳点表面结构进而影响荧光性能,另一方面也是具有反应活性的结合位点,易于与金属离子结合,因此碳点在重金属离子检测方面具有应用前景,但相关机制尚不清晰。本论文探索基于环境友好和可持续天然来源的原料制备碳量子点的方法,为碳点制备过程绿色化提供新的思路,并重点关注碳源导致的碳点表面官能团变化以及对其荧光性质的影响规律和机制,探索碳点与金属离子的结合作用机制,不仅有利于增强对碳点荧光性能调节的认识,对于发展碳点型金属离子检测试剂亦具有重要意义。论文主要内容如下:（1）采用天然来源的羊毛角蛋白为碳源,通过绿色环保的水热法合成了具有良好荧光性能的羊毛角蛋白基碳量子点。为增强制备碳量子点的荧光性能,探究了反应温度、反应时间对合成碳点荧光性质的影响,经过合成条件的优化,确定了羊毛角蛋白水热制备碳量子点的最优反应条件是200℃下反应10 h。通过探索反应条件对合成碳点的荧光性质的影响,考察合成原料羊毛角蛋白中主要成分谷氨酸、胱氨酸水热合成碳点性质的研究,进一步分析了基于羊毛角蛋白水热合成具有高荧光性能碳点的反应机制。（2）通过红外光谱、X射线光电子能谱、UV-vis光谱、荧光光谱分析了制备的角蛋白基碳量子点的表面官能团和结构信息,测定了其光吸收和荧光发射能力,并探究了加入不同金属离子对其荧光性质的影响,发现铬离子和铁离子能使其荧光发生淬灭现象。通过一系列表征,揭示了铬离子和铁离子分别对制备的角蛋白基碳点荧光淬灭的理论机制,并进一步测试了制备的碳点对铬离子和铁离子的荧光检测能力。根据实验结果,设计了制备碳点的应用方向——检测电镀废水中的铬离子。（3）为探索制备的碳量子点在传感检测方面的应用性能和便利途径,将制备的碳量子点负载到由天然多糖壳聚糖制备的水凝胶上,制得了环境友好的荧光水凝胶。制备的水凝胶荧光性能优异,而且由于其具有三维多孔网络结构,含有丰富的官能团,可以实现与金属离子的结合,因此对重金属离子具有良好的吸附能力,既实现了对金属离子的检测功能,又实现了对金属离子的吸附处理。为提高碳点水凝胶检测重金属离子的便捷性,我们进一步制备了碳点复合凝胶薄膜,实现对特定金属离子的快速检测,并且方便携带。综上所述,本论文以羊毛角蛋白为碳源制备的碳量子点具有优异的荧光性能,对铬和铁等重金属离子表现出特异性荧光淬灭响应,在实现水体中重金属离子的可视检测方面具有良好的应用潜力。进一步利用天然多糖壳聚糖负载碳点制备了荧光复合凝胶,兼具凝胶的吸附作用与碳点的荧光性能,可同步实现重金属离子的检测与处理。本文的研究体系取材于天然来源物质,为开发绿色高效的重金属检测方法和污水处理体系提供了新的思路。