碳點(diǎn)摻雜復(fù)合型水凝膠的制備及其對(duì)Fe3+的檢測(cè)和吸附*

馬培林，張一昆，宋亞婷，張 濤，李 旭，劉志明

(東北林業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱 150040)

0 引 言

重金屬離子一直是危害生態(tài)環(huán)境和人類公共衛(wèi)生的全球性問(wèn)題，并可能通過(guò)在生物體中積累而導(dǎo)致多種疾病[1]。其中，F(xiàn)e3+在工業(yè)廢水中都非常普遍，并且毒性較高，如果在人體內(nèi)積累過(guò)多可引起嘔吐、腹瀉和腸道損傷[2]。因此，在水介質(zhì)中有效地檢測(cè)和去除Fe3+對(duì)環(huán)境保護(hù)和人體安全至關(guān)重要。Fe3+的檢測(cè)和去除引起了許多研究者的關(guān)注，研究人員制備了許多檢測(cè)廢水中Fe3+的方法，包括質(zhì)譜、原子吸收光譜、電化學(xué)分析、化學(xué)傳感器和比色分析法[3-7]。但這些方法較為復(fù)雜且成本較高。因此，迫切需要尋找簡(jiǎn)便的方法來(lái)檢測(cè)和去除廢水中的Fe3+。熒光探針因其獨(dú)特的熒光特性而成為了檢測(cè)Fe3+簡(jiǎn)單有效的方法，在現(xiàn)代研究中而受到了廣泛關(guān)注[8]。

碳點(diǎn)(CDs)作為一種新型的碳基熒光納米材料，近年來(lái)在重金屬離子檢測(cè)、生物傳感器[9]、藥物傳遞和生物成像等方面發(fā)展迅速，這歸因于其生物相容性、低毒性和熒光特性而受到廣泛關(guān)注[8]。CDs含有大量的含氧基團(tuán)，如羰基、羥基、羧基等，都具有與金屬離子相互作用的能力，這些基團(tuán)可以將它們的電子提供給金屬離子，形成配位絡(luò)合物[10]。同時(shí)，CDs還摻雜了氮(N)、硼(B)、硫(S)、磷(P) 等原子可以進(jìn)一步改善材料的性能，為金屬離子提供更多的位點(diǎn)[11]。Bi等[12]通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了Fe3+對(duì)CDs熒光猝滅的作用，進(jìn)而證實(shí)了—NH2、—OH和—COOH的存在。CDs的表面有大量的結(jié)合位點(diǎn)，在許多情況下這些結(jié)合位點(diǎn)是特定于某種金屬離子的[13]。CDs具有—COOH，在脫質(zhì)子化時(shí)產(chǎn)生羧酸離子，這些羧酸離子與Fe3+離子形成絡(luò)合物，因此可以檢測(cè)Fe3+。

CDs可作為探針直接檢測(cè)環(huán)境污水中的金屬離子，但在實(shí)際情況下，廢水中含有的有機(jī)溶液容易使CDs聚集，導(dǎo)致熒光強(qiáng)度減弱[14]。同時(shí)，由于親水基團(tuán)的作用，絕大多數(shù)CDs可溶于水，難以從水中去除，造成了二次污染。為了克服這些問(wèn)題，必須有一個(gè)載體實(shí)現(xiàn)CDs的分散和固定功能化[15]。水凝膠因其良好的生物相容性、環(huán)境友好性和在解吸過(guò)程具有方便的重復(fù)利用性，已成為去除廢水中重金屬、除草劑、有機(jī)染料等多種污染物的重要材料[16]。將CDs與水凝膠結(jié)合得到的復(fù)合水凝膠不僅具有對(duì)重金屬離子的光學(xué)檢測(cè)能力，而且也具有去除這些金屬離子的能力。

本文分別使用殼聚糖(CS)、葡萄糖(GL)、海藻酸鈉(SA)以3種生物質(zhì)材料為基體與三聚氰胺復(fù)合制備得到了CS-CDs、GL-CDs和SA-CDs這3種碳點(diǎn)。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)CS-CDs的熒光性能最好。將CS-CDs引入到以SA為基體的水凝膠中，得到了對(duì)Fe3+有特異性熒光猝滅的作用，并對(duì)其具有良好的吸附性，且具有良好的循環(huán)使用性能。結(jié)果表明，(CS-CDs)-SA-Lgs-gel水凝膠可以作為一種有效的對(duì)Fe3+視覺(jué)檢測(cè)和吸附雙功能，具有良好的應(yīng)用前景。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 碳點(diǎn)的制備

配置1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的醋酸溶液，以醋酸溶液為溶劑配置2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))殼聚糖(CS)溶液；在70 g CS溶液中加入0.7 g三聚氰胺并攪拌均勻，將溶液轉(zhuǎn)移至特氟龍內(nèi)襯的反應(yīng)釜，180 ℃反應(yīng)12 h，8 000 r/min離心30 min去上層清液，0.22 μm濾膜過(guò)濾，冷凍干燥得到CS-CDs；分別配置2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))葡萄糖(GL)，海藻酸鈉(SA)溶液，在70 g溶液中加入0.7 g三聚氰胺(MA)攪拌均勻，轉(zhuǎn)入特氟龍內(nèi)襯反應(yīng)釜中，最后冷凍干燥分別得到GL-CDs和SA-CDs。

1.2 碳點(diǎn)水凝膠的制備

將20 mL 2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的海藻酸鈉溶液和6 g丙烯酰胺(AAm)以及7 mg木質(zhì)素磺酸鈉(Lgs)溶解在含有25 mg MBA和75 mg KPS的燒杯中。然后分別將所制備的CS-CDs、GL-CDs和SA-CDs加入溶解的溶液中。用超聲波去除溶液中的氣泡后，在50 ℃烘箱中加熱2 h分別得到(CS-CDs)-SA-Lgs-gel、(GL-CDs)-SA-Lgs-gel和(SA-CDs)-SA-Lgs-gel。

1.3 樣品的性能及表征

紅外光譜儀由PerkinElmer 公司的傅立葉紅外光譜儀分析測(cè)定；碳點(diǎn)的粒徑采用日本電子公司的TEM-2100透射電子顯微鏡；熒光分光光度采用上海華旋光電科技有限公司F-7000熒光分光光度計(jì)測(cè)定；力學(xué)測(cè)試采用日本島津公司的AG-A10T萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。

1.4 吸附特性

將0.5 g水凝膠置于2 000 mg/L Fe3+溶液中靜置13 h。 用紫外分光光度法測(cè)定吸附前后溶液中金屬離子的濃度。水凝膠的吸附量計(jì)算公式為:

q=(C0/Cf)*V/m

(1)

式中：C0和Cf(mg/L)為吸附前后Fe3+溶液濃度；V(L)是整個(gè)溶液的體積；m(g)為吸附劑的干重。

1.5 熒光特性

1.5.1 熒光光譜測(cè)定

采用F-7000熒光分光光度計(jì)在，發(fā)射狹縫寬度為5 nm。將尺寸為0.5 cm×0.5 cm、厚度為0.1 cm的水凝膠在340～440 nm激發(fā)波長(zhǎng)下測(cè)試熒光強(qiáng)度，進(jìn)而確定其最佳激發(fā)波長(zhǎng)。

1.5.2 金屬離子選擇性測(cè)試

相同質(zhì)量的碳點(diǎn)水凝膠浸泡在10 mL (0.05 mol/L)不同金屬離子溶液中，避光環(huán)境中反應(yīng)4 h，測(cè)定其熒光強(qiáng)度。

1.5.3 檢測(cè)極限測(cè)試

將相同質(zhì)量的碳點(diǎn)水凝膠放在不同濃度的Fe3+溶液中，測(cè)定其熒光強(qiáng)度， 通過(guò)Stern-Volmer方程擬合熒光強(qiáng)度與離子濃度，估算碳點(diǎn)水凝膠的檢測(cè)極限。Stern-Volmer方程如下：

F0/F=1+Ksv[C]

(2)

式中：F0為未與金屬離子反應(yīng)的熒光強(qiáng)度；F為與金屬離子反應(yīng)后的熒光強(qiáng)度；KSV為擬合曲線斜率；C為金屬離子溶液濃度。

檢測(cè)極限公式如下：

LOD=3σ/s

(3)

式中：σ為空白試樣標(biāo)準(zhǔn)偏差;s為擬合曲線斜率。

1.5.4 檢測(cè)循環(huán)探究

先將碳點(diǎn)水凝膠浸泡在Fe3+水溶液中，熒光猝滅后浸入EDTA溶液中再生，此為一個(gè)檢測(cè)-再生循環(huán)，檢測(cè)不同循環(huán)次數(shù)的水凝膠的熒光性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 碳點(diǎn)特性分析

2.1.1 碳點(diǎn)熒光特性分析

由圖1所示通過(guò)對(duì)CS-CDs、GL-CDs和SA-CDs3種碳點(diǎn)在不同激發(fā)波長(zhǎng)(340～440 nm)下的熒光強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，所有碳點(diǎn)的熒光強(qiáng)度皆隨著激發(fā)波長(zhǎng)的增加先升高后降低，發(fā)現(xiàn)當(dāng)CS-CDs被380 nm激發(fā)光激發(fā)時(shí)在450 nm處具有最佳的發(fā)射峰，GL-CDs被激發(fā)波長(zhǎng)為420 nm的激發(fā)光照射時(shí)在450 nm處具有最佳的發(fā)射峰，而SA-CDs則在400 nm激發(fā)光激發(fā)時(shí)在450 nm處具有最佳的發(fā)射峰，我們對(duì)比了這3種碳點(diǎn)的最佳發(fā)射峰，發(fā)現(xiàn)CS-CDs的熒光最強(qiáng)。因此，我們選取CS為原料制備碳點(diǎn)，380 nm為最佳激發(fā)波長(zhǎng)。

圖1 (a)、(b)和(c)分別為CS、GL和SA制備得到碳點(diǎn)在不同激發(fā)波長(zhǎng)下熒光強(qiáng)度的對(duì)比；(d)是3種碳點(diǎn)的最大熒光強(qiáng)度的對(duì)比Fig.1 (a)-(c) The comparison of fluorescence intensity of carbon dots prepared by CS, GL and SA at different excitation wavelengths respectively; (d) the comparison of the maximum fluorescence intensity of the three carbon dots

2.1.2 CS-CDs的粒徑分布和結(jié)晶度分析

圖2是通過(guò)高分辨率透射電子顯微鏡觀察所得CS-CDs形貌和粒徑分布。可以看出，碳點(diǎn)粒徑范圍在2.5～3.5 nm之間，沒(méi)有出現(xiàn)聚集，具有較窄的粒徑分布，高分辨圖譜可以看到結(jié)晶衍射條紋，這與XRD的結(jié)果一致，表明CS-CDs內(nèi)核為石墨結(jié)構(gòu),同時(shí)我們測(cè)試了CS-CDs的XRD，可以看出CS-CDs特征峰在17.6°和25.9°，其結(jié)晶度較高。

圖2 (a)、(b)和(c)為CS-CDs的TEM圖；(d) CS-CDs為XRD圖譜Fig.2 (a)-(c) TEM images of CS-CDS;(d) XRD patterns of CS-CDS

2.2 (CS-CDs)-SA-Lgs-gel的特性分析

2.2.1 (CS-CDs)-SA-Lgs-gel的形貌分析

圖3為加入碳點(diǎn)的水凝膠的微觀形貌，由于CS-CDs增加了凝膠的交聯(lián)點(diǎn)，阻礙了大孔隙的形成，從而導(dǎo)致了相對(duì)較小的孔隙結(jié)構(gòu)。(CS-CDs)-SA-Lgs-gel的孔隙結(jié)構(gòu)使水凝膠具有更好的抗壓強(qiáng)度。而這種結(jié)構(gòu)更有利于吸附有害金屬離子。并且，在(CS-CDs)-SA-Lgs-gel中沒(méi)有觀察到CS-CDs的聚集，說(shuō)明CS-CDs在水凝膠表面的分布相對(duì)均勻。

圖3 (CS-CDs)-SA-Lgs-gel的微觀形貌Fig.3 The micromorphology of (CS-CDs)-SA-Lgs-gel

2.2.2 (CS-CDs)-SA-Lgs-gel的結(jié)構(gòu)分析

通過(guò)紅外光譜(FT-IR)對(duì)CS-CDs、SA、AAm、Lgs和(CS-CDs)-SA-Lgs-gel的化學(xué)成分進(jìn)行了表征。AAm的紅外分析曲線中1 670 cm-1為C=O的特征峰，3 320 cm-1為N—H的特征峰；SA的紅外曲線中，1 100 cm-1為—C—O—C—的拉伸振動(dòng)，1 420 cm-1為—COO—的對(duì)稱拉伸振動(dòng)，2 906 cm-1為O—H的伸縮振動(dòng)。CS-CDs的紅外曲線中在3 380 cm-1為O—H和N—H的特征峰，3 121 cm-1為C—H的特征峰，1 638 cm-1處出現(xiàn)C=O和C=C的特征吸收峰，C—H、N—H的特征峰在1 429 cm-1處，為C—O彎曲振動(dòng)在1 030 cm-1處，Lgs的紅外分析曲線中1 600和1 028 cm-1處為其特征吸收峰[17]。(CS-CDs)-SA-Lgs-gel的光譜，不僅可以觀察到CS—CDs的C=O和O—H特征吸收峰，而且O—H和—COO—在光譜中的位置與SA相同，在3 320 cm-1處的N—H的特征吸收峰振動(dòng)加強(qiáng)，Lgs的特征吸收峰出現(xiàn)在(CS-CDs)-SA-Lgs-gel上，說(shuō)明了(CS-CDs)-SA-Lgs-gel制備成功。

圖4 SA、AAM、CS-CDs、Lgs和(CS-CDs)-SA-Lgs-gel的FT-IRFig.4 FT-IR diagrams of SA, AAM, CS-CDs, Lgs and (CS-CDs)-SA-Lgs-gel

圖5 不同碳點(diǎn)的水凝膠對(duì)Fe3+的吸附量及吸附效率的圖Fig.5 Figure of Fe3+ adsorption capacity and efficiency of hydrogels with different carbon points

2.3 吸附測(cè)量及機(jī)理

不同碳點(diǎn)含量的水凝膠對(duì)鐵離子的吸附能力如圖5所示。加入6 mg碳點(diǎn)時(shí)，所得到的水凝膠對(duì)Fe3+的吸附量達(dá)到220 mg/L，吸附效率達(dá)到75 %。圖中看到隨著CS-CDs的增加，對(duì)Fe3+的吸附量先增加后減小，這是因?yàn)樘键c(diǎn)的增加，凝膠中含有的羥基和氨基基團(tuán)會(huì)增加，可以與更多的Fe3+螯合。說(shuō)明對(duì)Fe3+的過(guò)程中化學(xué)吸附占主要因素。但碳點(diǎn)增加到一定量時(shí)，吸附位點(diǎn)已達(dá)到飽和，水凝膠的吸附性能下降。因此，之后實(shí)驗(yàn)中選取6 mg碳點(diǎn)進(jìn)行研究。

2.3.1 吸附動(dòng)力學(xué)研究

由圖6所示(CS-CDs)-SA-Lgs-gel對(duì)Fe3+的吸附在10 h左右達(dá)到平衡。采用3種動(dòng)力學(xué)模型模擬水凝膠對(duì)Fe3+的靜態(tài)吸附，分別為準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型(4)、準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型(5)和Elovich方程(6)：

ln(qe-qt)=lnqe-k1t

(4)

(5)

qt=(1/b)ln(ab)+(1/b)lnt

(6)

式中：qe(mg/g)和qt(mg/g)分別為任意時(shí)刻的吸附平衡和吸附容量，k1(min-1)和k2(g/mg·min-1)為平衡速率參數(shù)。

通過(guò)表2得到準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合較好，平衡吸附容量的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值也更接近。這是因?yàn)槲竭^(guò)程不是一個(gè)單一的過(guò)程，它是由許多步驟組成的，水凝膠對(duì)Fe3+的吸附主要為化學(xué)吸附。

圖6 (a)為(CS-CDs)-SA-Lgs-gel對(duì)Fe3+的平衡吸附量和吸附效率；(b)和(c) (CS-CDs)-SA-Lgs-gel水凝膠對(duì)Fe3+吸附的準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)圖和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)圖；(d) Elovich方程圖Fig.6 (a) The equilibrium adsorption amount of (CS-CDs)-SA-Lgs-gel to Fe3+; (b) pseudo-first order, (c) pseudo-second order kinetics plots and (e) Elovich equation for the adsorption of the Fe3+ on (CS-CDs)-SA-Lgs-gel

表1 (CS-CDs)-SA-Lgs-gel對(duì)Fe3+的吸附動(dòng)力學(xué)模擬參數(shù)Table 1 Adsorption kinetics simulation parameters of (CS-CDs)-SA-Lgs-gel on Fe3+

2.3.2 等溫線吸附研究

如圖7所示在1 000～5 000 mg/g的初始濃度范圍內(nèi)吸附量隨初始濃度的增加而增加。通過(guò)Langmuir(7)和Freundlish(8)這兩種等溫模型來(lái)描述水凝膠對(duì)Fe3+的吸附：

Ce/qe=1/(qmKl)+Ce/qe

(7)

lnqe=lnKF+(lnCe)/n

(8)

式中：Ce(mg/L)為平衡態(tài)Fe3+的濃度，qe(mg/g)為平衡態(tài)Fe3+的吸附量，qm (mg/g)為水凝膠的最大吸附量。KL(L/mg)的常數(shù)是朗繆爾吸附溫度相關(guān)，qm和KL已經(jīng)計(jì)算得到的斜率和截距的Ce/qe線性方程,KF(mg/g(L /mg)/ n)是Freundlish和相關(guān)的常數(shù)吸附劑的吸附能力，1/n是一個(gè)常數(shù)，表示吸附質(zhì)與吸附劑的親和力，一般小于1，0.1～0.5表示易吸附。

圖7 (a)Fe3+初始濃度對(duì)吸附量的影響；(b) Fe3+初始濃度對(duì)吸附效率的影響；(c) (CS-CDs)-SA-Lgs-ge對(duì)Fe3+吸附的朗繆爾Langmuir等溫線圖；(d) Freundlish等溫線圖Fig.7 (a) Effect of initial concentration of Fe3+ on adsorption and adsorption efficiency; (b) linear plots of Langmuir and (c) freundlich isotherms for Fe3+ adsorption by (CS-CDs)-SA-Lgs-gel

表2 (CS-CDs)-SA-Lgs-gel對(duì)Fe3+的吸附等溫線參數(shù)Table 2 Adsorption isotherm parameters of (CS-CDs)-SA-Lgs-gel on Fe3+

由表3所示，(CS-CDs)-SA-Lgs-gel對(duì)Fe3+的等溫吸附更符合Langmuir等溫方程模型。可能是的吸附位點(diǎn)均勻分散在表面，水凝膠表面官能團(tuán)與Fe3+螯合，吸附過(guò)程均為單層吸附，加入碳點(diǎn)的水凝膠官能團(tuán)更多，吸附位點(diǎn)更多吸附量則更大。

2.3.3 (CS-CDs)-SA-Lgs-gel的循環(huán)性能分析

圖8是(CS-CDs)-SA-Lgs-gel對(duì)Fe3+的吸附-解吸研究。由圖可知，(CS-CDs)-SA-Lgs-gel的Fe3+初始吸附量為180 mg/g，經(jīng)過(guò)五次吸附-解吸循環(huán)后，(CS-CDs)-SA-Lgs-gel對(duì)Fe3+的吸附量為60.3 mg/g，雖然經(jīng)過(guò)五次吸附-解吸以后(CS-CDs)-SA-Lgs-gel吸附量降低了1/3，仍然具有較好的吸附性能。

圖8 (CS-CDs)-SA-Lgs-gel的解吸性能Fig.8 Desorption performance of (CS-CDs)-SA-Lgs-gel

2.4 熒光測(cè)量及機(jī)理

2.4.1 (CS-CDs)-SA-Lgs-gel對(duì)金屬離子選擇性檢測(cè)

在380 nm的激發(fā)波長(zhǎng)下研究不同金屬離子對(duì)(CS-CDs)-SA-Lgs-gel在450 nm處熒光強(qiáng)度的影響，把(CS-CDs)-SA-Lgs-gel浸泡在5 mL (0.05 mol/L) 離子溶液中，研究不同金屬離子(Cr3+、Ni2+、Ba2+、Pb2+、Co2+、Mn2+、Cu2+、Fe3+、Zn2+和NH4+)的熒光猝滅作用。除Fe3+可以顯著猝滅CS-CDs的熒光外，大多數(shù)金屬離子對(duì)CS-CDs的熒光發(fā)射沒(méi)有影響。因此，CS-CDs可用于特異性檢測(cè)Fe3+。使用CS-CDs檢測(cè)Fe3+是基于Fe3+與CS-CDs的—COOH、—OH和—NH2的配合或伴有電子轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致熒光猝滅。

圖9 (CS-CDs)-SA-Lgs-gel對(duì)不同金屬離子的猝滅Fig.9 Quenching of different metal ions by (CS-CDs)-SA-Lgs-gel

2.4.2 檢測(cè)極限測(cè)定

測(cè)定相同質(zhì)量(CS-CDs)-SA-Lgs-gel在Fe3+濃度分別為0.1，1，10，1，10，100，1 000，5 000和10 000 μmol/L的溶液中的熒光光譜，分析(CS-CDs)-SA-Lgs-gel對(duì)于Fe3+的檢測(cè)極限；由圖10(a)所示，(CS-CDs)-SA-Lgs-gel的熒光強(qiáng)度隨Fe3+濃度的增加而降低。由圖10(b)得出檢出極限為1.21 μmol/L。我國(guó)規(guī)定飲用水中Fe3+最高排放標(biāo)準(zhǔn)為5.35 μmol/L[18]。(CS-CDs)-SA-Lgs-gel對(duì)于Fe3+的檢測(cè)極限比規(guī)定的最高排放標(biāo)準(zhǔn)低，因此(CS-CDs)-SA-Lgs-gel可以檢測(cè)溶液Fe3+。

圖10 (a)(CS-CDs)-SA-Lgs-gel在不同濃度Fe3+溶液中的熒光圖譜；(b) (CS-CDs)-SA-Lgs-gel對(duì)于Fe3+的檢測(cè)極限Fig.10 (a) Fluorescence spectra of (CS-CDs)-SA-Lgs-gel in Fe3+ solutions with different concentrations;(b) detection limit of(CS-CDs)-SA-Lgs-gel for Fe3+

2.4.3 檢測(cè)循環(huán)性能

探究了碳點(diǎn)水凝膠的檢測(cè)循環(huán)性能，將水凝膠進(jìn)行3次Fe3+檢測(cè)-EDTA脫附循環(huán)實(shí)驗(yàn)，將不同檢測(cè)次數(shù)的水凝膠放于0.1 mol/L乙二胺四乙酸中浸泡4 h，分別檢測(cè)它們的熒光性能。由圖看出，隨著檢測(cè)-脫附循環(huán)次數(shù)的增加，水凝膠的熒光強(qiáng)度逐漸降低，與未檢測(cè)Fe3+的水凝膠熒光強(qiáng)度相比較有所下降，與未經(jīng)過(guò)EDTA脫附的水凝膠熒光強(qiáng)度相比較有很大提高。因此，碳點(diǎn)水凝膠在檢測(cè)Fe3+方面有較好的循環(huán)性能。

圖11 (CS-CDs)-SA-Lgs-gel的循環(huán)使用性能Fig.11 Cyclic performance of(CS-CDs)-SA-Lgs-gel

2.5 碳點(diǎn)水凝膠的力學(xué)性能分析

研究碳點(diǎn)的含量對(duì)水凝膠力學(xué)性能的影響。圖12是不同CS-CDs含量水凝膠的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖。由圖可知，在一定范圍內(nèi)，水凝膠的力學(xué)性能隨著CS-CDs含量的增加先變強(qiáng)后變?nèi)酰?dāng)沒(méi)有添加CS-CDs時(shí)，水凝膠的應(yīng)變約為50%，當(dāng)添加量為6 mg時(shí)，拉伸應(yīng)變最大，達(dá)到170%，但當(dāng)添加量達(dá)到9 mg時(shí)，水凝膠的應(yīng)變下降到140%，應(yīng)力下降到0.06 MPa。水凝膠網(wǎng)絡(luò)中氨基，羧基，羥基不僅可以和CS-CDs絡(luò)合，形成配位鍵，還可以形成分子間氫鍵，從而增強(qiáng)水凝膠的力學(xué)性能，但過(guò)多的配位鍵會(huì)使水凝膠變脆，力學(xué)性能下降。因此，添加適量的CS-CDs才能增強(qiáng)水凝膠的力學(xué)性能。

圖12 不同碳點(diǎn)含量復(fù)合水凝膠的應(yīng)力與應(yīng)變曲線圖Fig.12 Stress and strain curves of composite hydrogels with different carbon point contents

3 結(jié) 論

綜上所述，通過(guò)將CS-CDs與SA和AAm以及Lgs單體共聚，成功地合成了具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的(CS-CDs)-SA-Lgs-gel。增加一定量的CS-CDs對(duì)Fe3+有較好的吸附性能，吸附量最高達(dá)約180mg/g。此外，CS-CDs的引入賦予了(CS-CDs)-SA-Lgs-gel熒光性能，且對(duì)Fe3+有特異性檢測(cè)功能，當(dāng)(CS-CDs)-SA-Lgs-gel接觸Fe3+后會(huì)發(fā)生熒光猝滅，且猝滅程度隨接觸時(shí)間和Fe3+溶液濃度成正比，且當(dāng)Fe3+的濃度>1.21 μmol/L的時(shí)候(>國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)5.35 μmol/L)，(CS-CDs)-SA-Lgs-gel就可以檢測(cè)出來(lái)熒光猝滅，因此(CS-CDs)-SA-Lgs-gel對(duì)Fe3+有良好的特異性檢測(cè)功能。由于該水凝膠對(duì)Fe3+有效檢測(cè)和較高的吸附能力，可以作為一種有效的檢測(cè)和吸附Fe3+的多功能材料，因此(CS-CDs)-SA-Lgs-gel具有廣泛的應(yīng)用前景。