一种原位快速显色检测镉离子的气凝胶及其制备方法与应用

本发明属于环境检测领域，具体涉及一种原位快速显色检测镉离子的气凝胶及其制备方法与应用。

背景技术：

1、传统镉离子检测方法一直以来都采用了高昂的分析仪器，如原子吸收光谱和原子荧光光谱仪。然而，这些传统方法可能相对耗时、需要专业设备和技能，并且在处理危险化学品时需要谨慎。

2、近年来，出现了如光电化学法、传感器技术等新型技术，以解决传统方法的一些局限性。例如，分子印记技术利用特制的分子印迹聚合物识别和捕获镉离子，然后测定其浓度。《a critical review on the use of molecular imprinting for trace heavymetal and micropollutant detection》中提到的分子印记技术，制备高效的分子印迹聚合物需要严格控制反应条件和模板分子的配比，这一过程相对复杂。并且，在使用分子印迹技术之前，通常需要对样品进行复杂的预处理步骤，以确保目标离子与分子印迹聚合物发生良好的识别和吸附。另外，也没有克服传统检测技术对实验室环境的依赖性。

3、光电化学传感器利用镉与特定材料的相互作用来产生可测量的信号，以确定镉的浓度，也是一类新型技术。其中，基于显色反应的光学传感器成为了一种简单、经济、快捷的替代方案。通过材料设计可以解决显色剂特异性差、灵敏度低等问题。这一技术的意义不仅在于它的高效性，还在于其经济性和便携性。相较于昂贵的传统仪器，这种光学传感器降低了检测成本。此外，它的快速性也有助于实时监测和快速决策，有利于环境检测和保护。

4、因此，开发一种用于原位快速显色检测镉离子的光学传感器，无疑具有巨大的实际价值和广阔的应用前景，为环境检测和保护提供了一种高效、经济、可操作的解决方案。

技术实现思路

1、为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种原位快速显色检测镉离子的气凝胶的制备方法。

2、本发明的另一目的在于提供上述方法制得的一种原位快速显色检测镉离子的气凝胶。

3、本发明的再一目的在于提供上述一种原位快速显色检测镉离子的气凝胶在环境检测领域中的应用。

4、本发明的又一目的在于提供上述一种原位快速显色检测镉离子的气凝胶在检测重金属镉离子含量中的应用。将气凝胶小球投放在水中后，小球迅速吸附镉离子，负载的显色剂与镉离子发生显色反应，通过颜色变化检测镉离子含量。

5、本发明目的通过以下技术方案实现：

6、一种原位快速显色检测镉离子的气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

7、将海藻酸钠和钙盐加入到水中，搅拌均匀后得到混合溶液，加入复配显色剂，搅拌至颜色均匀，加入葡萄糖酸内酯进行交联反应，将混合液迅速倒入模具中凝固成型，冷冻干燥后得到原位快速显色检测镉离子的气凝胶；

8、所述复配显色剂为石墨烯量子点与卟啉按照一定比例复配得到。

9、优选地，所述石墨烯量子点为氨基功能化石墨烯量子点、氮掺杂石墨烯量子点、硫掺杂石墨烯量子点中的至少一种；

10、所述卟啉为四醛基苯基卟啉、5,10,15,20-四(4-甲氧苯基)卟啉、5,10,15,20-四(4-n-甲基吡啶基)卟啉对甲苯磺酸酯、5,10,15,20-四(4-氨基苯基)卟啉中的至少一种。

11、优选地，所述石墨烯量子点与卟啉的质量比为1：1～10，更优选为1:1～2.33。

12、优选地，所述钙盐为碳酸钙、氯化钙、葡萄糖酸钙、硫酸钙或磷酸钙的一种。

13、优选地，所述复配显色剂与水的质量比为1：25～100；

14、优选地，所述搅拌均匀的转速为500～1200rpm，时间为1～3h；

15、优选地，所述搅拌至颜色均匀的转速为300～1200rpm，时间为0.5～1h。

16、所述海藻酸钠、钙盐和水的质量比为3～10：1～10：1～500，更优选为1～5：1：1～150。

17、优选地，所述葡萄糖酸内酯和混合溶液的质量比为1：1～100，更优选为1:52.5；

18、所述加入葡萄糖酸内酯是在搅拌条件下加入。

19、优选地，所述气凝胶为直径为3.5～20mm气凝胶小球；

20、优选地，所述模具为3.5～20mm球形硅胶磨具；

21、所述成型的时间为0.5～4h，冷冻干燥时间为24～72h。

22、一种原位快速显色检测镉离子的气凝胶，由上述方法制备得到。

23、上述原位快速显色检测镉离子气凝胶在环境检测领域中的应用。

24、上述原位快速显色检测镉离子气凝胶在检测重金属镉离子含量中的应用。

25、与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

26、(1)本发明采用石墨烯量子复配卟啉显色剂，通过气凝胶平台解决了显色检测特异性差和灵敏度低问题，提高了检测的准确性。

27、(2)本发明所制备的气凝胶对镉离子具有特异性响应，抗干扰性强。

28、(3)本发明所制备的气凝胶吸水性强，对镉的吸附能力强，极大地缩短了响应时间。

29、(4)本发明所述气凝胶可通过肉眼可见的颜色变化来判断其污染程度，实现了现场的快速检测。

30、(5)本发明所用材料成本低，制备方法简单，具备广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种原位快速显色检测镉离子的气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种原位快速显色检测镉离子的气凝胶的制备方法，其特征在于，所述石墨烯量子点为氨基功能化石墨烯量子点、氮掺杂石墨烯量子点、硫掺杂石墨烯量子点中的至少一种；

3.根据权利要求1所述的一种原位快速显色检测镉离子的气凝胶的制备方法，其特征在于，所述石墨烯量子点与卟啉的质量比为1：1～10。

4.根据权利要求1所述的一种原位快速显色检测镉离子的气凝胶的制备方法，其特征在于，所述钙盐为碳酸钙、氯化钙、葡萄糖酸钙、硫酸钙或磷酸钙的一种。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种原位快速显色检测镉离子的气凝胶的制备方法，其特征在于，所述复配显色剂与水的质量比为1：25～100；

6.根据权利要求5所述的一种原位快速显色检测镉离子的气凝胶的制备方法，其特征在于，所述葡萄糖酸内酯和混合溶液的质量比为1：1～100；

7.根据权利要求1所述的一种原位快速显色检测镉离子的气凝胶的制备方法，其特征在于，所述气凝胶为直径为3.5～20mm气凝胶小球；

8.一种原位快速显色检测镉离子的气凝胶，其特征在于，由权利要求1～7任一项所述的方法制备得到。

9.权利要求8所述原位快速显色检测镉离子的气凝胶在环境检测领域中的应用。

10.权利要求8所述原位快速显色检测镉离子的气凝胶在检测重金属镉离子含量中的应用。

技术总结
本发明属于环境检测领域，公开了一种原位快速显色检测镉离子的气凝胶及其制备方法与应用。本发明的步骤如下：将海藻酸钠和钙盐加入到水中，搅拌均匀后得到混合溶液，加入复配显色剂，搅拌至颜色均匀，加入葡萄糖酸内酯，将混合液倒入模具中凝固成型，冷冻干燥后得到原位快速显色检测镉离子的气凝胶，所述复配显色剂为石墨烯量子点与卟啉按照一定比例复配得到。本发明采用石墨烯量子复配卟啉显色剂，通过气凝胶平台解决了显色检测特异性差和灵敏度低问题，所用材料灵敏度高、选择性好，且无需采用价格昂贵、操作复杂的精密仪器，可实现当场检测以及污染程度的划分，所用材料成本低，实用性强，具备广阔的应用前景。

技术研发人员：蒋刚彪,汤石鹏,王磊,黄美燕,胡汉剑,胡甜,韦碧琪,张婷
受保护的技术使用者：华南农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17