[发明专利]利用量子点辅助超级电容器解离、浓缩和原位监测低浓赋存稀贵元素的方法

权利要求书

1.一种利用量子点辅助超级电容器解离、浓缩和原位监测低浓赋存稀贵元素的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

（1）将矿产固废原料破碎后放入超级电容器中，所述的超级电容器包括阴极、阳极、电解质与量子点的混合溶液，对超级电容器充电时，电解质中的氢离子浓度增加、导致电解质的酸度提高，形成酸性水环境；使吸附于矿产固废原料表面的低赋存稀贵元素离子进行离子交换解离，氢离子被中和，离子交换解离的稀贵元素离子进入电解质溶液中，成为游离的稀贵元素离子；存在于超级电容器电解质中的量子点与稀贵元素离子结合形成量子点-稀贵元素聚集体，使解离后的稀贵元素离子被量子点捕集并完成初次富集，在超级电容器电场作用下该聚集体向阴极表面移动完成稀贵元素的进一步富集；

所述的量子点材料选用碳量子点、金属硫和金属氮量子点以及前述量子点的复合态量子点，所述的碳量子点是以碳元素为核心的氧、硫、氮及修饰金属的集合体，阳极和阴极材料为金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物或者金属氧化物、金属硫化物和金属氮化物的复合物；电解质为无机酸、有机酸、无机盐或有机盐，电解质溶液pH值为0-7；

（2）反向操作超级电容器，使聚集体脱离阴极表面、同时再生电极自身；脱离阴极的量子点-稀贵元素聚集体在电解质溶液环境中自然沉降，完成一轮循环操作；

（3）依据量子点-稀贵元素的光学效应、电学效应、磁学效应，实现稀贵元素的原位分析甄别、实时跟踪稀贵元素离子富集过程动力学和富集容量，实现一体化低浓稀贵元素的原位酸解离、浓缩和监测，所述的矿产固废原料中稀贵元素的含量为10-50000 μg/g。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中矿产固废原料包括煤基固废和废弃尾矿，所述的煤基固废选自粉煤灰、煤泥和煤矸石中的一种，所述的废弃尾矿选自铁矿渣、磷矿石、赤泥和复合伴生矿渣中的一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，超级电容器由阴极和阳极浸没在电解质与量子点的混合溶液中组成，量子点与电解质的配比为每克电解质中加入1-1000毫克量子点。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，阳极和阴极材料为金属氧化物或金属硫化物，所述的金属选自铁、锰、钴、镍、镁和锌中的至少一种。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述的阳极和阴极材料选自FeCo₂O₄、NiCo₂O₄、ZnCo₂O₄、CoFeO₄、Ni₂S₃和Co₂S₃中的一种。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，量子点粒径为1-50 nm。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的碳量子点为叶酸或多元素氮磷硫掺杂半导体型碳量子点。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的超级电容器的充电能量由可再生太阳能供给。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，超级电容器的操作温度范围是5℃-300℃，压力为0.01-30 MPa。