活性炭用于铜离子的检测和吸附

活性炭用于铜离子的检测和吸附

　　工业化的快速发展给自然环境带来了严重的污染。工业废水主要排入河流、湖泊，产生大量重金属。1大多数重金属难以自然降解，对自然生态系统产生重大影响。铜离子(Cu2+)是一种最常见的重金属离子，可通过工业和人类活动释放到环境中。因此，灵敏的检测方法和高效的吸附材料对于预防和减少Cu2+至关重要。

　　活性炭是一种传统的吸附材料。检测环境中的重金属对于控制重金属污染也至关重要，检测方法有紫外可见分光光度法、离子交换色谱法、火焰原子吸收分光光度法等。然而，它们通常需要较高的仪器成本和复杂的检测操作。因此，金属离子传感器平台近年来备受关注，例如有机分子、纳米颗粒和碳点。

　　活性炭对铜离子的吸附能力

　　为了评价活性炭对Cu2+的吸附能力，我们选择两种活性炭作为吸附材料。吸附容量计算。如图1a所示，吸附平衡随着Cu2+浓度的增加而增加。两种活性炭均表现出优异的吸附能力，容量分别为50.21和68.06mg/g-1。吸附平衡时间也是评价吸附性能的重要指标，因此考察了吸附动力学过程，如图1b所示。活性炭在接触60分钟后达到平衡，吸附容量为50.58mg/g-1，而活性炭1在接触30分钟后达到平衡，吸附容量为59.81mg/g-1。

　　图1:两种活性炭对铜离子的(a)等温吸附和(b)动态吸附。

　　纳米活性炭点的荧光选择性和灵敏检测

　　纳米活性炭点对金属离子的选择性至关重要，添加纳米活性炭点后检查金属离子的荧光强度。当将纳米活性炭点添加到空白溶液和含有12种金属离子的溶液中时，发生荧光发射，如图2a和b所示。然而，当添加Cu2+时，纳米活性炭点的荧光强度明显下降，荧光强度下降了87.1%，表明发生了明显的荧光猝灭。随着Cu2+浓度从10nM增加到80nM，纳米活性炭点的荧光强度随着Cu2+浓度的增加而降低，如图2c所示。线性相关系数(r)为0.992(图2d)。检测限(LOD)计算为3r/S，其中r代表空白信号标准偏差(n=11)，n指对空白样品进行重复测量的次数，S(指斜率)的线性曲线)。因此，Cu2+的纳米活性炭点的LOD计算为2.83nmol/L-1。一些报道的材料可以同时检测两种或多种金属离子。例如，掺杂氮和硫制备的基于羊毛角蛋白的荧光CQD可以检测Cr6+和Fe3+。相比之下，鸽粪合成的氮硫共掺杂荧光纳米活性炭点可以检测Hg2+和Fe3+。在我们的案例中，纳米活性炭点对Cu2+的检测表现出高选择性。纳米活性炭点的表面有机基团(-COOH和-NH2)具有很强的选择性与Cu2+结合的能力，导致纳米活性炭点聚集，产生较高的猝灭荧光强度，从而导致纳米活性炭点的荧光强度猝灭。当Cu2+浓度在10至80nM范围内时，荧光强度表现出良好的线性相关性，如图2d所示。

　　图2：(a)12种金属离子的纳米活性炭点的荧光发射光谱，(b)360nm处的荧光强度，(c)不同浓度Cu2+的荧光发射光谱，(d)Cu2+检测的线性曲线。

　　淬火原理

　　基于目前的研究，已经提出了几种理论来解释纳米活性炭点的荧光猝灭现象，包括内过滤效应、电子转移和能量共振机制。Zeta电位和紫外光谱已被广泛用于阐明纳米活性炭点的猝灭机制。当引入Cu2+后，纳米活性炭点溶液的Zeta电位从-24.8mV增加到4.7mV，表明纳米活性炭点和Cu2+之间形成了复合物。添加100μmol/L-1铜离子后，纳米活性炭点的紫外吸收光谱在220至270nm范围内发生了显着变化。意味着纳米活性炭点和Cu2+的官能团之间存在配位。因此，可以推断纳米活性炭点和Cu2+之间的电子转移是荧光猝灭的主要原因。

　　活性炭用于铜离子的检测和吸附，制备了两种具有不同性能的碳基材料活性炭和纳米活性炭点。用NaOH活化后制备高比表面活性炭，其对Cu2+的吸附容量为68.06mg/g-1。与其他活性炭相比具有高吸附能力。纳米活性炭点在436nm处产生蓝色发射，对Cu2+检测具有选择性，并具有超LOD(2.83nmol/L-1)，因此，制备两种不同性能的材料用于环境中重金属的检测和去除，不仅实现了废弃材料的资源化利用，而且提供了一种新的思路关于环境保护。