[发明专利]一种利用量子点处理淡水中重金属离子的方法

说明书

本发明属于污水处理领域，公开了一种利用量子点处理淡水中重金属离子的方法。本发明合成巯基丙酸修饰的CdSe/ZnS量子点(QD‑MPA)和谷胱甘肽修饰的CdSe/ZnS量子点(QD‑GSH)，由于量子点的纳米尺寸效应，使得该量子点拥有极大的比表面积和很强的吸附能力。与常规纳米材料相比，量子点的水相合成方法较为简单，成本低廉，且核壳结构量子点的结构稳定、易于修饰，能够大大提高其吸附效率。

技术领域

本发明主要涉及一种利用量子点处理淡水中重金属离子的方法，属于污水处理领域。

背景技术

随着现代工业的快速发展，含重金属(离子)工业废水的排放量急剧增加，由于重金属毒性大、难降解、易被生物富集、能经过食物链传递等特点，其对水资源的污染已经严重威胁到了生态系统和人体健康。常见的重金属有汞、铬、铅、砷、锌、铜、镍等。水体中的重金属离子在痕量水平即表现出高的毒性及致癌性,其可通过食物链的富集作用蓄积于动物体内造成持久性的危害,并诱发多种疾病。探究水体中重金属的去除是保障用水安全及提高水资源重复利用性的有效手段。

目前治理水环境中重金属离子的方法多种多样，如化学沉淀法、混凝沉淀法、电解法、离子交换法、吸附法和生物处理法等。其中，吸附法效果显著、操作简单、成本低廉，且吸附剂可以通过合适的解吸过程再生利用，因此吸附法被广泛应用。常见吸附剂主要有活性炭、介孔材料、高分子聚合物等，然而，常规吸附剂吸附容量小、吸附效率偏低，无法高效去除水体中的重金属离子。随着纳米技术的出现，各种纳米材料通过引入功能团或其他方法改善性能用于废水的治理。由于纳米材料的尺寸小于100nm，并且具有独特的性能，如比表面积大、吸附能力强、溶解速率快，而成为重金属污染治理中的热门吸附剂。现有的纳米材料作为吸附剂，有着各种各样的缺陷，例如去除效率低、吸附容量不足、易团聚、易氧化、需要进行复杂的修饰改性等等。

发明内容

本发明的目的在于是提供一种利用结构稳定的CdSe/ZnS量子点去除水体中重金属离子的方法。

实现本发明的技术解决方案是：制备巯基丙酸或谷胱甘肽修饰的CdSe/ZnS量子点(QD-MPA)，及淡水中重金属离子的吸附实验验证。

本发明的技术方案概述如下：

1.量子点的合成

(1)CdSe量子点的合成方法

先制备前驱体NaHSe，在50mL圆底烧瓶中迅速加入双蒸水2.0mL和0.04g NaHB4，震荡溶解，然后再加入Se粉，使二者的比例变为1:2，Se粉过量，抽真空，通入氮气除氧，在氮气保护下反应大约2.0h。先得到前驱体NaHSe颜色为无色透明。同时量取120mL双蒸水加入250mL的圆底烧瓶中，在氮气的保护下加入CdCl₂(0.0154g)和巯基乙酸(18μLMAA)，调节溶液的pH至8.0，在隔绝氧气条件下反应30min，迅速加入新制备的NaHSe，每隔20min取样。有关方程式如下：

2Se+4NaBH₄+7H₂O→2NaHSe+Na₂B₄O₇+14H₂↑CdSe

(2)CdSe/ZnS量子点的合成方法

取60mL制备好的CdSe量子点，同时滴加Na₂S和ZnSO₄溶液(在无氧的条件下进行)，在温度为50℃反应1h，得到CdSe/ZnS量子点，量子点浓度以溶液中Cd²⁺含量计算。最后取CdSe/ZnS核壳型量子点20mg溶于1.0mL氯仿中，再加入100μL 0.1mol/L的巯基丙酸或谷胱甘肽，60℃加热反应1h。将溶液洗涤干燥后所得的量子点即为水溶性的巯基丙酸或谷胱甘肽修饰的CdSe/ZnS核壳型量子点。

2.吸附实验