[发明专利]一种含氮掺杂碳量子点的检测纸及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种含氮掺杂碳量子点的检测纸及其制备方法和应用。本发明的含氮掺杂碳量子点的检测纸由以下质量百分比的原料制成：纤维素：9％～50％；氨基酸：50％～91％。本发明的含氮掺杂碳量子点的检测纸的制备方法包括以下步骤：先将纤维素和氨基酸分散在溶剂中，再进行微波反应、抽滤和干燥，即得含氮掺杂碳量子点的检测纸。本发明的含氮掺杂碳量子点的检测纸可以用于检测废水中的金属阳离子是否超标，具有发光强度高、显色性好、检测速度快和稳定性好等优点，且其制备方法简单、绿色环保，适合大面积推广应用。

技术领域

本发明涉及金属离子检测技术领域，具体涉及一种含氮掺杂碳量子点的检测纸及其制备方法和用于检测废水中金属阳离子的应用。

背景技术

量子点是一种重要的低维半导体材料，其三个维度上的尺寸都不大于对应的半导体材料的激子玻尔半径的两倍。量子点一般为球形或类球形，直径通常在2nm～20nm之间。量子点是一种纳米级别的半导体，通过对这种纳米半导体材料施加一定的电场或光压，它们便会发出特定频率的光，而光的频率会随着半导体尺寸的改变而变化，因而通过调节这种纳米半导体的尺寸就可以控制其发出的光的颜色。

常见的量子点有硅量子点、锗量子点、硫化镉量子点、硒化镉量子点、碲化镉量子点、硒化锌量子点、硫化铅量子点、硒化铅量子点、磷化铟量子点和砷化铟量子点等，这些量子点大多有毒，且对环境也有很大的危害。碳量子点是由无定形结构或纳米晶体结构的sp²/sp³碳内核和外层含氧/氮官能团组成的尺寸小于10nm的单分散球状纳米碳颗粒，是一种具有荧光性质的新型碳基零维纳米碳材料。碳量子点的性能与各种金属量子点类似，其在制备的过程中不涉及重金属的使用，甚至可以直接从食物中提取碳量子点。碳量子点不仅化学惰性较高(原因在于碳性质稳定)，而且在水中具有优异的溶解性(原因在于表面含有很多羧基等亲水性的官能团)，相较于金属量子点，其具有较高的生物相容性和较低的细胞毒性，且对环境危害很小，原料来源广，具有很好的应用前景。碳量子点具有优异的光学性质，不但具有激发/发射可调光的光致发光性能，而且还具备上转换发光、化学致发光和电化学致发光等性质。

金属阳离子能够使碳量子点发生荧光猝灭，这使得碳量子点有望在废水检测领域发挥重要的作用。当废水中铁离子浓度超过0.3mg/L时，废水开始变色产生异味，当废水中铁离子浓度超过5mg/L时，水中活性污泥的形成变慢。当废水中铜离子浓度超过0.1mg/L时，会对水体的自净功能产生抑制效果，当废水中铜离子浓度超过3mg/L时，水体会产生异味。目前，废水中金属阳离子含量检测的常用手段是将废水加入碳量子点溶液中，再测定溶液的荧光光谱，这种方法操作比较繁琐，且不能直接快速判断废水中金属离子是否超标，实际应用的意义并不大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含氮掺杂碳量子点的检测纸及其制备方法和用于检测废水中金属阳离子的应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种含氮掺杂碳量子点的检测纸，其由以下质量百分比的原料制成：纤维素：9％～50％；氨基酸：50％～91％。

优选的，一种含氮掺杂碳量子点的检测纸，其由以下质量百分比的原料制成：纤维素：9％～17％；氨基酸：83％～91％。

优选的，所述纤维素为阔叶木纤维素、针叶木纤维素、非木材纤维素中的至少一种。

优选的，所述非木材纤维素为玉米苞叶纤维素、麦秆纤维素、蔗渣纤维素、菠萝叶纤维素中的至少一种。

优选的，所述氨基酸为L-组氨酸、赖氨酸、色氨酸、苏氨酸中的至少一种。

进一步优选的，所述氨基酸为L-组氨酸。

上述含氮掺杂碳量子点的检测纸的制备方法包括以下步骤：先将纤维素和氨基酸分散在溶剂中，再进行微波反应、抽滤和干燥，即得含氮掺杂碳量子点的检测纸。