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  現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展給人們的生產(chǎn)、生活帶來(lái)一些負(fù)面影響，諸如重金屬污染頻發(fā)等等。重金屬不能被微生物降解，在環(huán)境中只會(huì)以多種形態(tài)遷移、轉(zhuǎn)化，最終通過(guò)食物鏈富集對(duì)人類生命健康造成嚴(yán)重威脅。因此，設(shè)計(jì)和制造高效、綠色、智能重金屬吸附材料成為國(guó)內(nèi)外研究人員的重點(diǎn)。

  水凝膠被認(rèn)為是去除重金屬的有效吸附劑，因?yàn)樗z自身具有豐富的化學(xué)官能團(tuán)和三維孔洞結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，郭鑫副教授課題組重點(diǎn)研發(fā)了基于碳量子點(diǎn)和納米纖維素的三維網(wǎng)狀熒光水凝膠，該新型凝膠可作為去除重金屬的高效吸附劑和重金屬濃度檢測(cè)的高靈敏度傳感器。圖1顯示了以納米纖維素和碳量子點(diǎn)為主要組分的熒光水凝膠的合成。納米纖維素提供與藍(lán)色熒光碳量子點(diǎn)相連接的天然骨架，并在小分子單體和交聯(lián)劑的輔助下，構(gòu)建出三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，成為重金屬離子吸附過(guò)程中優(yōu)良的聚集器。包裹在三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的碳量子點(diǎn)不僅是響應(yīng)重金屬離子的熒光源，也是誘導(dǎo)重金屬離子聚集的吸附位點(diǎn)。

圖 1熒光納米纖維素水凝膠的制備機(jī)理

  圖2顯示了熒光納米纖維素水凝膠吸附重金屬和熒光檢測(cè)機(jī)理。將合成的熒光納米纖維素水凝膠樣品放入含重金屬離子的溶液中，熒光納米纖維素水凝膠表面化學(xué)基團(tuán)誘導(dǎo)溶液中重金屬離子初步富集；熒光納米纖維素水凝膠內(nèi)部納米纖維素骨架作為吸附聚集體，加速重金屬離子的擴(kuò)散和聚集；內(nèi)部三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提供大量離子傳輸通道，促進(jìn)重金屬離子從外部擴(kuò)散到內(nèi)部。同時(shí)，碳量子點(diǎn)被包裹在水凝膠的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，提高熒光信號(hào)強(qiáng)度、穩(wěn)定性，用于重金屬離子濃度的快速、高靈敏檢測(cè)。

圖2重金屬吸附和熒光檢測(cè)機(jī)理

  以上成果發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A (J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 27081-27088)。論文的第一作者和通訊作者為中南林業(yè)科技大學(xué)理學(xué)院郭鑫副教授。

  論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ta/c9ta11502a#!divAbstract