[发明专利]一种酸性矿山废水改性的碳量子点及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种酸性矿山废水改性的碳量子点及其制备方法与应用，是将柠檬酸和尿素溶于酸性矿山废水中，进行水热反应，所得反应液经提纯后，即获得酸性矿山废水改性的碳量子点。本发明的方法可以显著提高碳量子点的荧光量子产率，且所得改性碳量子点的荧光强度遇金属离子即有明显淬灭，对金属离子的荧光响应强、检测范围广，因此可用于作为检测较高浓度金属离子的荧光探针。

技术领域

本发明涉及纳米荧光材料领域，具体涉及一种酸性矿山废水改性的碳量子点及其制备方法与应用。

背景技术

碳量子点(CQDs)是指以碳元素为主要成分的尺寸小于10nm的类球形的纳米颗粒。CQDs具有优秀的光学性质，良好的水溶性、低毒性、环境友好、原料来源广、成本低、生物相容性好等诸多优点。自从碳量子点被首次发现以来，人们开发出了许多合成方法，包括电弧放电法、激光销蚀法、电化学合成法、化学氧化法、燃烧法、水热合成法、微波合成法、模板法等。CQDs的应用广泛，在医学成像技术、环境监测、化学分析、催化剂制备、能源开发等许多的领域都有较好的应用前景。

但是，目前常规制备的碳量子点的方法普遍存在量子产率较低(相对荧光)的问题，这在一定程度上限制了碳量子点的应用，因而需对碳量子点进行改性。从改性的方法出发，主要从碳源的选择、反应的条件、杂原子掺杂、表面修饰和分离方法等方面来对碳点进行改性。其中，杂原子掺杂是调节碳量子点荧光性能的有效途径之一，也被大多数研究者广泛用于碳量子点的改性中。研究表明，杂原子的掺杂可能会影响碳量子点的表面缺陷，改变电子传输方式，还可以为碳量子点提供了更多活性位点和发光中心，从而影响到碳量子点的荧光性能。常用于掺杂的金属元素包括铁、铜和锌等，非金属元素包括氮、氧和硫等。

CQDs具有显著的上转换荧光性质，可以根据这一性质用作荧光探针检测金属离子，其原理是金属离子可以与CQDs表面的官能团结合从而降低其荧光强度，金属离子的荧光淬灭率(荧光强度的减少量/荧光原始值)与金属离子浓度成正相关。CQDs的量子产率越高，其荧光强度越高，耐受金属离子淬灭能力就越高。常规制备的CQDs相对量子产率(以硫酸奎宁为标准物质)大多在10％-30％，若能提高CQDs的量子产率将可提高检测金属离子浓度的范围。同时，目前CQDs作为荧光探针检测Cu²⁺、Ag⁺、Fe³⁺等金属离子时，主要用于含有少量金属离子的食品、饮料、自来水等物质的检测与分析，检测的浓度范围大多在0～1000μM。但是，电镀废水、矿山废水等含有的金属离子浓度远超过这个范围，因此，常规制备的CQDs检测环境中高金属离子浓度的方法将不再适用。除此之外，常规制备的CQDs一般只能有选择性得检测某种离子，而无法检测其他离子，因此增加CQDs检测金属离子的种类也是提高CQDs应用潜力的重要方向。

酸性矿山废水产生于矿产资源的开采过程中，因其低pH、高硫酸盐(SO₄^2-)和高溶解态金属(如Fe²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺、Cd²⁺等)含量等特征，被公认为是对生态环境危害最严重的污染源之一。考虑到酸性矿山废水中富含金属离子，用酸性矿山废水改性碳量子点具有一定的可实施性，并且具有减少污染和变废为宝的双重价值。

发明内容

为了避免上述现有技术的不足之处，本发明提出了一种酸性矿山废水改性的碳量子点及其制备方法与应用，旨在将酸性矿山废水中的金属和具有类石墨烯结构的碳量子点复合，以改善碳量子点的光学性能，使之具有更高的应用价值，同时减少酸性矿山废水对环境的污染。

本发明为解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明首先公开了一种酸性矿山废水改性的碳量子点，其特点在于：所述酸性矿山废水改性的碳量子点是将柠檬酸和尿素溶于酸性矿山废水中，进行水热反应，所得反应液经过滤、透析后，再经真空冷冻干燥，从而获得。

本发明所述的酸性矿山废水改性的碳量子点的制备方法，包括如下步骤：