[发明专利]一种水处理用荧光示踪剂及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种示踪剂，更具体地说，涉及一种水处理用半导体量子点荧光示踪剂及其使用方法。

背景技术

在工业水系统中，水处理剂已被广泛使用，水处理剂浓度控制一直是水处理管理的难题之一。通常，可以采取人工取样监测总磷值的方法监测水处理剂的浓度，但是这种方式耗时、控制滞后，容易造成水处理药剂的浪费和系统的结垢腐蚀。近年来，随着环保型无磷水处理剂的推广使用，水处理剂浓度将无法通过常规监测方法进行监测控制。为了更好地控制水处理剂的浓度、减少人工的测试工作，节约药剂、人工成本，人们研制开发了循环水系统自动控制加药系统，通过荧光示踪技术对水系统中的药剂进行在线监测，实现系统的自动加药和浓度控制。

示踪水处理技术，是通过监测和控制示踪剂的量，从而控制水处理药剂的量。保证水系统的运行稳定，节约药剂，并且可以自动记录数据、节省人工。

示踪水处理剂，其制备方法主要有：物理共混、聚合物改性、荧光单体共聚三类。其中物理共混的方法相对简单，不会对水处理药剂的性能产生影响，是目前工业循环水处理药剂控制采用的主要方式。物理共混采用的荧光示踪物质必须在循环水系统中不损耗，即在该系统中表现为惰性，尽管有些化合物具备作为惰性示踪剂的功能，但是这些化合物并不是很多，在使用中会受到一定的限制。

现有技术中，中国专利CN 1625528A，采用惰性有机荧光分子作为荧光示踪剂，但是其荧光稳定性较差，容易产生光漂白，并且只能对某类水处理剂进行示踪。

发明内容

为了解决示踪剂荧光稳定性差、示踪剂的使用受到水处理药剂限制等问题，本发明提供了一种新型的水处理用荧光示踪剂及其使用方法，该示踪剂利用半导体量子点的荧光性能进行药剂示踪，示踪性能稳定、优越、适用范围广。

本发明的水处理用荧光示踪剂是这样实现的：

一种水处理用荧光示踪剂，所述荧光示踪剂中含有半导体量子点，该半导体量子点是由半导体材料构成的具有荧光性能的纳米晶体，所述半导体材料选自CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnTe、ZnSe、HgS、HgTe、HgSe、MgS、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrTe、SrSe、BaS、BaSe、BaTe、GaAs、InGaAs、InP、InAs中一种或几种，所述纳米晶体的粒径为0.1～10nm，在可见光区波长激发下具有荧光性能。

在具体实施时，所述半导体量子点，是由至少2种所述半导体材料构成的、具有多层次壳/核结构和荧光性能的纳米晶体。

本发明的水处理用荧光示踪剂的使用方法是这样实现的：

将所述荧光示踪剂与水处理药剂混配，投加到工业水系统中，通过监测所述荧光示踪剂在水系统中的浓度，控制所述水处理药剂在水系统中的浓度。

在具体实施时，采用量子点编码技术，对不同的水处理药剂混配以不同的半导体量子点，分别投加到所述水系统中，通过荧光监测，同时监测多种半导体量子点的浓度，控制相应的水处理药剂在所述水系统中的浓度；所述水处理药剂的类型选自缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂中的一种或几种。

本发明使用半导体量子点，是一种半径小于或接近于激子波尔半径的新型半导体纳米材料，由金属离子Ag、Hg、Pb、Zn、Cd、In和非金属元素S、Se、Te、P等构成的核/壳结构的半导体纳米晶体。目前研究较多的有CdS、ZnS、CdSe、CdTe几种，主要的应用集中在医学成像和生物标记领域。

量子点具有优越的荧光特性，如荧光强度高而稳定，单一量子点表现出的荧光亮度和持续时间是普通有机荧光染料的10～20倍，和普通的有机荧光分子相比较，具有较强的抗光漂白能力和较窄的发射光谱等。可以作为示踪型水处理剂中的惰性荧光示踪剂。

量子点具有许多优点，如其发射光谱可通过改变量子点内核的组成进行区段调谐，如ZnS和ZnSe内核的发射光谱在可见光区段，InP、InAs内核的发射光谱在远红外区段，还可通过改变量子点的内核尺寸对其发射光波长在紫外到近红外范围内进行精细调节，以CdSe内核为例，直径约3nm的量子点，发射光谱在520nm；而在5.5nm时发射光谱则为630nm。

量子点的激发光谱非常宽，任何短于量子点发射光峰值波长的光都能有效激发其发出狭窄的、对称的荧光光谱(半高宽为20～30nm)。这样的性质使得发不同荧光的量子点能够同时被同一波长的光激发；同时也使得量子点的激发光谱和发射光谱可以得到分离，有助于荧光信号的采集和提高信号检测灵敏度。