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一种壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料的制备及其修饰电极电化学法检测重金属离子   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2015-06-24
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2015-11-25
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2017-10-20
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2035-06-24
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201510355762.8 申请日 2015-06-24
公开/公告号 CN105004773B 公开/公告日 2017-10-20
授权日 2017-10-20 预估到期日 2035-06-24
申请年 2015年 公开/公告年 2017年
缴费截止日
分类号 G01N27/30G01N27/48 主分类号 G01N27/30
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 4
权利要求数量 5 非专利引证数量 1
引用专利数量 2 被引证专利数量 0
非专利引证 1、Yongqiang Dong等.Blue luminescentgraphene quantum dots and graphene oxideprepared by tuning the carbonizationdegree of citric acid《.Carbon》.2012,第50卷(第12期),第4738-4743页. 唐凤霞.基于纳米复合材料检测水体中重金属含量《.中国优秀硕士学位论文全文数据库(电子期刊) 工程科技I辑》.2015,(第3期),第16-21页. Chengfeng Zhou等.Facile synthesis ofsoluble graphene quantum dots and itsimproved property in detecting heavymetal ions《.Colloids and Surfaces B:Biointerfaces》.2014,第118卷72-76. 常艳兵 等.GO/CHIT复合物修饰的电化学传感器对土壤中镉和铅的同时测定《.曲靖师范学院学报》.2013,第32卷(第3期),30-33.;
引用专利 CN104391030A、CN102645479A 被引证专利
专利权维持 3 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 常州大学 当前专利权人 常州大学
发明人 孔泳、欧洁 第一发明人 孔泳
地址 江苏省常州市武进区滆湖路1号 邮编
申请人数量 1 发明人数量 2
申请人所在省 江苏省 申请人所在市 江苏省常州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
摘要
本发明涉及一种壳聚糖‑石墨烯量子点纳米复合材料的制备以及其修饰电极与铋膜结合用电化学法同时检测Zn2+、Cd2+和Pb2+,包括以下步骤:制备石墨烯量子点、制备壳聚糖‑石墨烯量子点纳米复合材料、制备壳聚糖‑石墨烯量子点纳米复合材料修饰电极、结合铋膜用电化学法同时检测Zn2+、Cd2+和Pb2+。本发明的有益效果是:壳聚糖‑石墨烯量子点纳米复合材料的制备方法简便易行,制备过程环保无污染,且壳聚糖‑石墨烯量子点/铋膜修饰电极对Zn2+、Cd2+和Pb2+可以实现同时且高灵敏检测。
  • 摘要附图
    一种壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料的制备及其修饰电极电化学法检测重金属离子
  • 说明书附图:图1
    一种壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料的制备及其修饰电极电化学法检测重金属离子
  • 说明书附图:图2
    一种壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料的制备及其修饰电极电化学法检测重金属离子
  • 说明书附图:图3
    一种壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料的制备及其修饰电极电化学法检测重金属离子
  • 说明书附图:图4
    一种壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料的制备及其修饰电极电化学法检测重金属离子
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2017-10-20 授权
2 2015-11-25 实质审查的生效 IPC(主分类): G01N 27/30 专利申请号: 201510355762.8 申请日: 2015.06.24
3 2015-10-28 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种使用壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料修饰电极同时检测Zn2+、Cd2+和Pb2+的方法,其特征在于:步骤如下:
a、制备石墨烯量子点:称取柠檬酸固体研磨成白色粉末后加入坩埚中,用程控箱式电炉进行加热反应;反应结束后,取出固体样品,加入适量超纯水,超声溶解;待产物充分溶解后,抽滤得黄色透明溶液,常温下避光保存;
b、制备壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料:配置一定浓度的壳聚糖溶液,将壳聚糖粉末溶解于0.1M的醋酸溶液中,搅拌溶解后,逐滴加入石墨烯量子点溶液,反应过程中持续搅拌,滴加氢氧化钠溶液至一定pH值,析出黄色固体沉淀物为壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料,冷冻干燥24小时;
c、制备壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料修饰电极:将石墨烯量子点-壳聚糖复合材料超声分散于超纯水中,用移液枪移取一定量的分散液滴涂于玻碳电极表面,在室温下干燥1h;
d、电化学法同时检测Zn2+、Cd2+和Pb2+:本实验使用方波溶出伏安法(SWSV)测定水中的Zn2+、Cd2+和Pb2+;实验采用三电极体系,其中工作电极为壳聚糖-石墨烯量子点复合材料修饰的直径为3mm的玻碳电极,铂片为辅助电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极的三电极体系;将壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料修饰电极置于含有Bi3+的NaAc-HAc缓冲溶液中,并在此缓冲溶液中加入一定待测浓度Pb2+、Cd2+和Zn2+,于负电位下搅拌并富集,静止后,使用SWSV对Zn2+、Cd2+和Pb2+的溶出峰电流进行记录。

2.根据权利要求1所述一种使用壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料修饰电极同时检测Zn2+、Cd2+和Pb2+的方法,其特征是:所述步骤a中柠檬酸质量为0.2~20.0g,反应温度为
100~300℃,反应时间为0.1~2h,溶解固体产物时所用超纯水为2~20mL。

3.根据权利要求1所述一种使用壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料修饰电极同时检测Zn2+、Cd2+和Pb2+的方法,其特征是:所述步骤b中壳聚糖溶液浓度为0.2~20mg/mL,石墨烯量子点溶液浓度为0.2~20mg/mL,滴加氢氧化钠溶液至pH为2~8。

4.根据权利要求1所述一种使用壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料修饰电极同时检测Zn2+、Cd2+和Pb2+的方法,其特征是:所述步骤c中移液枪移取分散液的体积为1~10μL,浓度为0.2~20mg/mL。

5.根据权利要求1所述一种使用壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料修饰电极同时检测Zn2+、Cd2+和Pb2+的方法,其特征是:所述步骤d中NaAc-HAc缓冲溶液体积为2~50mL,浓度为0.01~10M;溶液中Bi3+浓度为100~10000μg/L,Pb2+、Cd2+和Zn2+浓度为50~500μg/L;富集电位为-2.0~-1.0V,富集时间为300~900s,静止时间为1~30s。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及一种壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料的制备以及其修饰电极与铋膜结合用电化学法同时检测Zn2+、Cd2+和Pb2+,属于纳米材料制备以及电化学检测研究领域。技术背景
[0002] 近年来,人们越来越关注可持续发展且环保型的天然聚合物。壳聚糖(CS),阳离子(1-4)-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖,一般通过甲壳素脱乙酰作用获得,是地球上最为丰富的天然聚合物之一。拥有良好的生物相容性,可生物降解性,多官能团等众多优点,壳聚糖在食品包装、水处理、膜分离、组织工程和药物缓释领域引起较多的关注。尽管如此,壳聚糖因其机械强度低限制了其广泛的应用。纳米复合技术通过利用如碳纳米管、氧化石墨烯、粘土等材料,可以有效的解决这个问题。当纳米填料在壳聚糖内部拥有最佳的分子尺度,以及均匀分散都可使其达到最大的机械增强。
[0003] 石墨烯量子点(GQDs)作为一种新型的零维碳纳米材料受到了广泛的关注。因其拥有众多优点,如优异的水溶性、发光性能、耐光漂白、良好的生物相容性、无毒且表面易功能化,应用于光伏器件、细胞成像等领域。相比碳纳米管和石墨烯等碳材料,GQDs拥有更小的尺寸和更好的分散性,GQDs作为纳米填料分散于聚合物基体中,能显著改善材料的力学性能。
[0004] 纳米填料在聚合物基体中均匀地分散以及两者之间良好的界面粘合性是至关重要的因素。GQDs因其表面富含-COOH和-OH亲水基团,当其溶于水时表面是高度负电荷,显然是因为羧基电离的结果。另一方面,CS作为一种亲水性聚合物,在每个单元内拥有-NH2和-OH,CS在酸性介质中被质子化,作为一种聚阳离子材料有利于其聚合物链可以与GQDs发生静电作用,并紧密的结合在一起。通过自组装的方式将GQDs作为纳米填料分散与聚合物基体中,该反应简单有效,且反应所得壳聚糖/石墨烯量子点(CS-GQDs)纳米复合材料形貌良好且环境友好。该纳米复合材料具有较大的比表面积和表面含有较多官能团,易于与金属离子配位,我们将其修饰电极与铋膜结合并实现同时且灵敏地检测三种重金属离子Zn2+、Cd2+和Pb2+。

发明内容

[0005] 本发明的目的是在于提供一种壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料的制备以及其2+ 2+ 2+
修饰电极与铋膜结合应用于电化学法同时检测Zn 、Cd 和Pb 。将壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料修饰于玻碳电极后,结合铋膜能够高效的实现同时且灵敏地检测三种重金属离子Zn2+、Cd2+和Pb2+。
[0006] 本发明所述一种壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料的制备以及其修饰电极与铋2+ 2+ 2+
膜结合应用于电化学法同时检测Zn 、Cd 和Pb ,包括以下步骤:
[0007] a、制备石墨烯量子点:称取柠檬酸固体研磨成白色粉末后加入坩埚中,用程控箱式电炉进行加热反应。反应结束后,取出固体样品,加入适量超纯水,超声溶解。待产物充分溶解后,抽滤得黄色透明溶液,常温下避光保存。
[0008] b、制备壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料:配置一定浓度的壳聚糖溶液,将壳聚糖粉末溶解于0.1M的醋酸溶液中,搅拌溶解后,逐滴加入石墨烯量子点溶液,反应过程中持续搅拌,滴加氢氧化钠溶液至一定pH值,析出黄色固体沉淀物为壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料,冷冻干燥24小时。
[0009] c、制备壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料修饰电极:将石墨烯量子点-壳聚糖复合材料超声分散于超纯水中,用移液枪移取一定量的分散液滴涂于玻碳电极表面,在室温下干燥1h。
[0010] d、电化学法同时检测Zn2+、Cd2+和Pb2+:本实验使用方波溶出伏安法(SWSV)测定水中的Zn2+、Cd2+和Pb2+。实验采用三电极体系,其中工作电极为壳聚糖-石墨烯量子点复合材料修饰玻碳电极(直径3mm),铂片为辅助电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极的三电极体系。将壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料修饰电极置于NaAc-HAc缓冲溶液中(含铋离子/Bi3+),并在此缓冲溶液中加入一定待测浓度Zn2+、Cd2+和Pb2+,于负电位下搅拌并富集,静止后,使用SWSV对Zn2+、Cd2+和Pb2+的溶出峰电流进行记录。
[0011] 本发明所述一种壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料的制备以及其修饰电极与铋膜结合用电化学法同时检测Zn2+、Cd2+和Pb2+,进一步的技术方案还可以是所述步骤a中,柠檬酸质量为0.2~20.0g,反应温度为100~300℃,反应时间为0.1~2h,溶解固体产物时所用超纯水为2~20mL。
[0012] 本发明所述一种壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料的制备以及其修饰电极与铋膜结合用电化学法同时检测Zn2+、Cd2+和Pb2+,进一步的技术方案还可以是所述步骤b中,壳聚糖溶液浓度为0.2~20mg/mL,石墨烯量子点溶液浓度为0.2~20mg/mL,滴加氢氧化钠溶液至pH为2~8。
[0013] 本发明所述一种壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料的制备以及其修饰电极与铋膜结合用电化学法同时检测Zn2+、Cd2+和Pb2+,进一步的技术方案还可以是所述步骤c中,移液枪移取分散液的体积为1~10μL,浓度为0.2~20mg/mL。
[0014] 本发明所述一种壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料的制备以及其修饰电极与铋膜结合用电化学法同时检测Zn2+、Cd2+和Pb2+,进一步的技术方案还可以是所述步骤d中,NaAc-HAc缓冲溶液体积为2~50mL,浓度为0.01~10mol/L;溶液中Bi3+浓度为100~10000μg/L,Zn2+、Cd2+和Pb2+浓度为50~500μg/L;富集电位为-2.0~-1.0V,富集时间为300~900s,静止时间为1~30s。
[0015] 本发明有益效果是:壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料的制备方法简便易行,制2+ 2+ 2+
备过程环保无污染,且壳聚糖-石墨烯量子点/铋膜修饰电极对于Zn 、Cd 和Pb 可以实现同时且高灵敏检测。

实施方案

[0021] 现在结合具体实施例对本发明做进一步说明,以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
[0022] 实施例一:
[0023] 制备壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料包括以下几个步骤:
[0024] (1)称取2.0g柠檬酸研磨成白色粉末后加入10mL坩埚中,用程控箱式电炉在200℃条件下加热反应0.5h。反应结束后,取出固体样品,加入10mL超纯水,超声溶解。待产物充分溶解后,抽滤得黄色透明溶液,常温下避光保存。
[0025] (2)配置浓度为2mg/mL的壳聚糖溶液,将壳聚糖粉末溶解于0.1M的醋酸溶液中,搅拌溶解后,逐滴加入2mg/mL石墨烯量子点溶液,反应过程中持续搅拌,滴加氢氧化钠溶液至pH为4.5,析出黄色固体沉淀物为壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料,冷冻干燥24小时。通过静电自组装法制备所得壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料拥有较大比表面面积,可从附图1看出其蓬松多孔的结构。此外,通过附图2的透射电镜图可以看出,石墨烯量子点作为纳米填充材料均匀的分散在壳聚糖基体中。该纳米复合材料拥有较好的类似海绵状的形貌,适合滴涂于电极表面对金属离子进行检测。
[0026] 实施例二:
[0027] 壳聚糖-石墨烯量子点/铋膜修饰电极对Zn2+、Cd2+和Pb2+实施同时检测包括以下几个步骤:
[0028] (1)将石墨烯量子点-壳聚糖复合材料超声分散于超纯水中,用移液枪移取5μL(2mg/mL)的分散液滴涂于玻碳电极表面,在室温下干燥1h。
[0029] (2)本实验使用方波溶出伏安法(SWSV)测定水中的Zn2+、Cd2+和Pb2+。实验采用三电极体系,其中工作电极为壳聚糖-石墨烯量子点复合材料修饰玻碳电极(直径3mm),铂片为辅助电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极的三电极体系。将壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料修饰电极置于20mL 0.1mol/L NaAc-HAc缓冲溶液(pH=5.5)中(含1000μg/L的Bi3+),并在此缓冲溶液中加入一定待测浓度Zn2+、Cd2+和Pb2+(300μg/L),-1.5V电位下搅拌并富集600s,静止15s后,使用SWSV(-1.4~-0.3V)对Zn2+、Cd2+和Pb2+的溶出峰电流进行记录。其中,三种离子检测浓度范围为50~450μg/L,锌离子线性回归方程为I=0.01425C+0.03055,检测限为8.84μg/L;镉离子线性回归方程为I=0.05574C+0.27507,检测限为1.99μg/L和铅离子线性回归方程为I=0.0465C+0.48815,检测限为3.10μg/L(S/N=3)。五次实验相对标准偏差分别为锌离子、镉离子和铅离子分别是4.2%、3.7%和4.8%。
[0030] 对比例一:
[0031] 石墨烯量子点/铋膜修饰电极对Zn2+、Cd2+和Pb2+实施同时检测包括以下几个步骤:
[0032] (1)称取2.0g柠檬酸研磨成白色粉末后加入10mL坩埚中,用程控箱式电炉在200℃条件下加热反应0.5h。反应结束后,取出固体样品,加入10mL超纯水,超声溶解。待产物充分溶解后,抽滤得黄色透明溶液,常温下避光保存。将石墨烯量子点用移液枪移取5μL(2mg/mL)的分散液滴涂于玻碳电极表面,在室温下干燥1h。
[0033] (2)本实验使用方波溶出伏安法(SWSV)测定水中的Zn2+、Cd2+和Pb2+。实验采用三电极体系,其中工作电极为石墨烯量子点修饰玻碳电极(直径3mm),铂片为辅助电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极的三电极体系。将石墨烯量子点修饰电极置于20mL 0.1mol/L NaAc-HAc缓冲溶液(pH=5.5)中(含1000μg/L的Bi3+),并在此缓冲溶液中加入一定待测浓度2+ 2+ 2+
Zn 、Cd 和Pb (300μg/L),-1.5V电位下搅拌并富集600s,静止15s后,使用SWSV(-1.4~-
0.3V)对Zn2+、Cd2+和Pb2+的溶出峰电流进行记录。实验结果表明(图4),单一石墨烯量子点修饰电极(曲线a)对金属离子的检测效果明显低于壳聚糖-石墨烯量子点/铋膜修饰电极(曲线d)。
[0034] 对比例二:
[0035] 壳聚糖/铋膜修饰电极对Zn2+、Cd2+和Pb2+实施同时检测包括以下几个步骤:
[0036] (1)配置浓度为2mg/mL的壳聚糖溶液,将壳聚糖粉末溶解于0.1M的醋酸溶液中,搅拌溶解后,滴加氢氧化钠溶液至固体沉淀物析出,冷冻干燥24小时。将壳聚糖超声分散于超纯水中,用移液枪移取5μL(2mg/mL)的分散液滴涂于玻碳电极表面,在室温下干燥1h。
[0037] (2)本实验使用方波溶出伏安法(SWSV)测定水中的Zn2+、Cd2+和Pb2+。实验采用三电极体系,其中工作电极为壳聚糖电极(直径3mm),铂片为辅助电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极的三电极体系。将壳聚糖分散液用移液枪移取5μL(2mg/mL)的分散液滴涂于玻碳电极表面,在室温下干燥1h。将壳聚糖修饰电极置于20mL 0.1mol/L NaAc-HAc缓冲溶液(pH=5.5)中(含1000μg/L的Bi3+),并在此缓冲溶液中加入一定待测浓度Zn2+、Cd2+和Pb2+(300μg/L),-1.5V电位下搅拌并富集600s,静止15s后,使用SWSV(-1.4~-0.3V)对Zn2+、Cd2+和Pb2+的溶出峰电流进行记录。实验结果表明(图4),单一壳聚糖修饰电极(曲线b)对金属离子的检测效果明显低于壳聚糖-石墨烯量子点/铋离子复修饰电极(曲线d)。对比例三:
[0038] 壳聚糖-石墨烯量子点(无铋膜修饰电极)对Zn2+、Cd2+和Pb2+实施同时检测包括以下几个步骤:
[0039] (1)将石墨烯量子点-壳聚糖复合材料超声分散于超纯水中,用移液枪移取5μL(2mg/mL)的分散液滴涂于玻碳电极表面,在室温下干燥1h。
[0040] (2)本实验使用方波溶出伏安法(SWSV)测定水中的Zn2+、Cd2+和Pb2+。实验采用三电极体系,其中工作电极为壳聚糖-石墨烯量子点复合材料修饰玻碳电极(直径3mm),铂片为辅助电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极的三电极体系。将壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料修饰电极置于20mL 0.1mol/L NaAc-HAc缓冲溶液(pH=5.5)中(不含Bi3+),并在此缓2+ 2+ 2+
冲溶液中加入一定待测浓度Zn 、Cd 和Pb (300μg/L),-1.5V电位下搅拌并富集600s,静止
15s后,使用SWSV(-1.4~-0.3V)对Zn2+、Cd2+和Pb2+的溶出峰电流进行记录。实验结果表明(图4),无铋膜的壳聚糖-石墨烯量子点复合材料修饰电极(曲线c)对金属离子的检测效果明显低于壳聚糖-石墨烯量子点/铋离子修饰电极(曲线d)。
[0041] 本发明以壳聚糖-石墨烯量子点复合材料修饰电极结合铋膜用电化学法同时检测Zn2+、Cd2+和Pb2+,相比于其他检测手段,制备方法简便易行,制备过程环保无污染,且壳聚糖-石墨烯量子点/铋膜修饰电极对于Zn2+、Cd2+和Pb2+可以实现同时且高灵敏检测。

附图说明

[0016] 下面结合附图对本发明进一步说明。
[0017] 图1为实施例一中壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料扫描电镜图;
[0018] 图2为实施例一中壳聚糖-石墨烯量子点纳米复合材料透射电镜图;
[0019] 图3实施例二中壳聚糖-石墨烯量子点/铋膜修饰电极对Zn2+、Cd2+和Pb2+实施同时检测;
[0020] 图4为对比例一中石墨烯量子点/铋膜修饰电极(曲线a),对比例二中壳聚糖/铋膜修饰电极(曲线b),和对比例三中壳聚糖-石墨烯量子点(无铋膜)(曲线c)修饰电极对Zn2+、Cd2+和Pb2+实施同时检测;
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