一种荧光碳量子点的制备方法及其应用

本发明属于荧光碳量子点制备及在石油开采废水中对放射性元素检测的应用，具体涉及一种荧光碳量子点的制备方法及其应用。

背景技术：

1、在石油天然气开采过程中，在地层中的微量放射性元素（钍、铀等）可能被石油或水溶解并带出而沉积在石油管道的内壁上，产生放射性污染。人们已经在石油开采的废水、管垢和污泥中明显测出天然放射性。因此，监测放射型测井过程的安全问题十分重要。

2、铀在水中最稳定的可溶离子形式是含有二氧基的线性铀酰离子(uo22+)，它给水、土壤、大气和生态系统带来了一系列的毒性和放射性污染问题，并且可以随着生物链在人体器官内积累，对人体器官造成辐射损伤。因此，美国环境保护署(epa)规定饮用水中铀的污染限值为130 nm。

3、虽然目前已经建立了许多用于铀检测的商业分析技术，包括电感耦合等离子体原子发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法、x射线荧光光谱法、原子吸收光谱法、高效液相色谱法等，但它们成本高，耗时长，需要复杂的仪器及专业的人员。

4、综上所述，亟需一种uo22+的简便、快速的检测方法以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题就是提供一种石油开采废水中放射性元素的检测方式，通过微波辅助热解邻苯二胺及沙星盐酸盐制备了表面富含氨基的荧光碳量子点，铀酰离子的加入，荧光碳量子点通过配位以及氢键相互作用与铀酰离子结合，使得体系荧光猝灭并且提高溶液的浊度信号，实现铀酰离子的荧光/浊度双模式检测，提高检测的灵敏度和准确性。

2、采用的技术方案为：

3、一种荧光碳量子点的制备方法，原料包括邻苯二胺和沙星盐酸盐，邻苯二胺与沙星盐酸盐的质量比为1：0.01~5；所述制备方法包括如下步骤：

4、（1）取邻苯二胺与沙星盐酸盐，放置于研钵中，充分研磨混匀，再转移到烧杯中；

5、（2）将烧杯置于微波炉中进行固相反应，微波炉的功率为600~800 w，反应时间为0.5~10 min，即可制得荧光碳量子点；所述荧光碳量子点为红色荧光碳量子点，即能发出红色荧光。

6、优选的，所述沙星盐酸盐母核化学式为c14h13n3o3•hcl，沙星盐酸盐为环丙沙星盐酸盐、氧氟沙星盐酸盐、诺氟沙星盐酸盐中的任一种。

7、作为进一步的优选，所述沙星盐酸盐为环丙沙星盐酸盐。采用含有氮杂环的沙星盐酸盐类化合物，可以使制备的荧光碳量子点表面具有更加丰富的亲水官能团，使其在中性条件下亦可保持良好的红色荧光性能，为后续的铀酰离子检测奠定基础。

8、作为进一步的优选，邻苯二胺与环丙沙星盐酸盐的反应质量比为1：0.03~3。

9、优选的，所述步骤（2）中，制得荧光碳量子点的粒径1~10 nm。

10、一种荧光碳量子点在铀酰离子检测中的应用，采用制备的荧光碳量子点，基于荧光/浊度对石油废水中的铀酰离子进行检测。本发明方法制备的荧光碳量子点表面具有丰富的氨基官能团，能够通过配位作用与铀酰离子配位，进一步，分子间通过氢键作用结合，一方面，表现为溶液红色荧光淬灭，另一方面，表现为体系的浊度增加。

11、基于荧光/浊度对铀酰离子进行检测。

12、荧光检测：溶液ph＝7时，向含荧光碳量子点的磷酸盐缓冲溶液中逐渐加入不同浓度的铀酰离子，孵育1～2 min后，将溶液转移到荧光分光光度计中进行荧光检测（荧光信号是逐渐降低的）；以荧光变化率为纵坐标，铀酰离子的浓度为横坐标建立线性关系，相关方程为y= 0.025x+0.055，计算得知检测限为0.02 μm，线性相关系数为0.9977；

13、浊度检测：溶液ph＝7时，向含荧光碳量子点的磷酸盐缓冲溶液中逐渐加入不同浓度铀酰离子，孵育1～2 min后，将溶液转移到浊度仪中进行浊度检测（肉眼可以看到溶液逐渐变浑浊，浊度仪信号逐渐提高）；以浊度的绝对强度变化值为纵坐标、铀酰离子的浓度为横坐标建立线性关系，相关方程为y= 0.374x+1.306，计算得知检测限为0.06 μm，线性相关系数为0.9919。

14、优选的，荧光检测时，荧光碳量子点的浓度为50mg·ml-1。

15、优选的，磷酸盐缓冲溶液的浓度为0.01m，不同铀酰离子的浓度是从0.1~30 μm范围内选取5～8个值进行测量。

16、优选的，浊度检测时，荧光碳量子点的浓度为100mg·ml-1。

17、优选的，磷酸盐缓冲溶液的浓度为0.01m，不同铀酰离子的浓度是从0.3~200 μm范围内选取5～8个值进行测量。

18、铀酰离子与荧光碳量子点表面的氨基发生配位作用，进一步分子间通过氢键作用继续聚集、变大直至析出，使得溶液变浑浊，提高溶液的浊度信号；基于此，通过浊度来检测铀酰离子。

19、与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

20、（1）本发明首次提出了利用浊度定量的方式来检测铀酰离子，无需大型设备，使检测更加简便、快速，提高石油开采安全性。

21、（2）本发明采用双模式：荧光与浊度信号可互相辅助证明，相较于单一信号的检测体系准确率更高。

22、（3）本发明采用微波辅助固相合成，能够获得荧光碳量子点，在进行微波辅助固相反应时，环丙沙星盐酸盐的添加能够促进荧光碳量子点的生成，降低荧光碳量子点的反应时间，使得制备的荧光碳量子点表面官能团丰富，从而保持良好的水溶性，同时解决了大量有机溶剂消耗、后处理复杂等缺点，过程迅速，能耗低，污染小，并且摆脱了对反应溶剂的依赖，不仅可在石油开采废水中对放射性元素进行检测，同样适用于其他大量的生产和工业推广应用。

23、（4）邻苯二胺与沙星盐酸盐反应得到的荧光碳量子点表面具有更丰富的亲水官能团，使其在中性条件下保持良好的红色荧光。

技术特征：

1.一种荧光碳量子点的制备方法，其特征在于，原料包括邻苯二胺和沙星盐酸盐，邻苯二胺与沙星盐酸盐的质量比为1：0.01~5；所述制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种荧光碳量子点的制备方法，其特征在于，沙星盐酸盐为环丙沙星盐酸盐、氧氟沙星盐酸盐、诺氟沙星盐酸盐中的任一种。

3.根据权利要求2所述的一种荧光碳量子点的制备方法，其特征在于，沙星盐酸盐为环丙沙星盐酸盐。

4.根据权利要求1所述的一种荧光碳量子点的制备方法，其特征在于，在步骤（2）中，制得荧光碳量子点的粒径为1~10 nm。

5.一种荧光碳量子点在铀酰离子检测中的应用，采用权利要求1-4任一项所述方法制备的荧光碳量子点，其特征在于，基于荧光/浊度对铀酰离子进行检测；

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，荧光检测时，荧光碳量子点的浓度为50mg·ml-1。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，磷酸盐缓冲溶液的浓度为0.01 m，不同铀酰离子的浓度是从0.1~30 μm范围内选取5～8个值进行测量。

8.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，浊度检测时，荧光碳量子点的浓度为100mg·ml-1。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，磷酸盐缓冲溶液的浓度为0.01 m，不同铀酰离子的浓度是从0.3~200 μm范围内选取5～8个值进行测量。

技术总结本发明属于荧光碳量子点制备及在石油开采废水中放射性元素检测的应用技术领域，具体涉及一种荧光碳量子点的制备方法及其应用。本发明通过微波辅助热解邻苯二胺及沙星盐酸盐制备了表面富含氨基的荧光碳量子点。铀酰离子的加入，荧光碳量子点通过配位以及氢键相互作用与铀酰离子结合，使得体系荧光猝灭并且提高溶液的浊度信号，实现铀酰离子的荧光/浊度双模式检测，提高检测的灵敏度和准确性。本发明首次提出了利用浊度定量的方式来检测铀酰离子，无需大型设备，使检测更加简便、快速，提高了石油开采的安全性。合成过程迅速，能耗低，污染小，并且摆脱了对反应溶剂的依赖，适用于大量的生产和工业推广。技术研发人员：王鑫,梁心怡,李想,徐庆雨,矫春鹏,商艳雪,夏鸿坤,曾景斌受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）技术研发日：技术公布日：2024/6/30