[发明专利]一种碳量子点荧光双网络水凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明属于功能材料制备及应用的技术领域，具体涉及一种碳量子点荧光双网络水凝胶及其制备方法与应用。本发明水凝胶以琼脂/聚丙烯酰胺双网络水凝胶为基体，碳量子点键合在所述琼脂/聚丙烯酰胺双网络水凝胶。采用高效的“一锅法”制备得到琼脂/聚丙烯酰胺双网络水凝胶，将其浸泡在氮掺杂碳量子点溶液中，制得的水凝胶具备优异的力学强度和荧光性能。该荧光水凝胶对水中金属离子具有猝灭现象，特别是对三价铁离子荧光猝灭效果最明显，特异性识别作用最强，最低检测限约为3.64μmol/L(μM)，在80‑160μM内呈现线性关系。本发明荧光水凝胶制备方法简单，便于携带，拓宽了水凝胶在环境监检测、生物医用领域的应用范围。

技术领域

本发明属于功能材料制备及应用的技术领域，具体涉及一种碳量子点荧光双网络水凝胶及其制备方法与在水中金属离子检测中的应用。

背景技术

工业快速发展在带来巨大经济效益的同时，也对环境、水体造成了极大的破坏及污染。伴随着矿山开采、工业电镀、冶炼等工业活动的增加，同时也带来了大量的工业含铁废水，虽然和汞、铅、砷、镉等离子相比，铁离子对人和动物不会造成显著危害，但铁离子的危害具有累积性、不可降解性、和腐蚀性等特点，并且其在水中长期、大量堆积也会对水体造成严重的危害，因此，对水中铁离子的检测对于水污染的治理与保护具有十分重要的意义。

随着人们环保意识的增强以及国家对于治理环境污染的决心，目前对于水中重金属离子的检测主要包括以下方法：极谱法、溶出伏安法、酶抑制法、原子吸收法、原子发射光谱法以及荧光探针法等。其中荧光探针法具有灵敏度高、操作简便抗干扰强等优点而被广泛用于离子检测。

碳量子点(CDs)作为一种新型的荧光材料，和传统的有机荧光物质相比，具有良好的水溶性，稳定的光学性能，低毒甚至无毒性，良好的生物相容性，易于进行改性等优势，目前在离子检测、生物影像等方面被广泛应用。碳量子点作为新型的荧光探针，对于金属离子具有高度的选择性和敏感性，在特定的金属离子作用下，碳量子点荧光发生猝灭，从而达到检测金属离子的效果。

但是由于碳量子点在水溶液中容易发生聚集诱导猝灭的趋势，从而影响实际的检测效果。因此找到一种合适的基体材料来作为承载碳量子点的基体具有十分重要的意义。水凝胶是一种具有三维网络分子结构，能在水中充分溶胀而不溶解的高分子聚合物，并且水凝胶分子内部一般含有大量的亲、疏水基团，可以和碳量子点表面基团(羧基、羟基)之间发生相互作用，不仅可以使碳量子点与凝胶之间结合的更加牢固，而且还能在一定程度上提高水凝胶的力学强度，因此，将水凝胶与碳量子点有机结合起来具有十分重要的意义。

目前，有关水凝胶与碳量子点的相关研究还较少，并且大多数都是针对单网络水凝胶与碳量子点结合的研究，并且单网络水凝胶由于受制于自身较差的力学强度，极大地限制了荧光单网络水凝胶的进一步运用。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明的目的是提供一种碳量子点荧光双网络水凝胶及其制备方法，并提供了其在水中金属离子检测中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明第一方面提供了一种碳量子点荧光双网络水凝胶，以琼脂/聚丙烯酰胺双网络水凝胶为基体，碳量子点键合在所述琼脂/聚丙烯酰胺双网络水凝胶。

上述技术方案中，进一步地，所述碳量子点为氮掺杂碳量子点，碳量子点粒径2-10nm。

本发明第二方面提供了一种碳量子点荧光双网络水凝胶的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将琼脂、丙烯酰胺、交联剂、光引发剂溶于去离子水后，搅拌均匀，形成第一溶液；

(2)将第一溶液油浴加热，待琼脂完全溶解，形成第二溶液；

(3)将第二溶液注入模具内，紫外固化成型，形成琼脂/聚丙烯酰胺双网络水凝胶；