智能微流控检测芯片的构建及其Pb2+检测性能

通过将具有Pb²⁺响应性的聚（N-异丙基丙烯酰胺-共聚-苯并-18冠-6丙烯酰胺）智能微凝胶与H型微通道相结合，构建了一种能便捷、灵敏、可视化检测水溶液中Pb²⁺浓度的新型智能Pb²⁺检测微流控芯片。该微流控检测芯片主要由软光刻技术构建，并结合紫外光照聚合在H型微通道中原位构建智能微凝胶。基于该微凝胶的Pb²⁺响应性体积相变和H型微通道中的流体流动，该微流控检测芯片能将Pb²⁺浓度信号有效转换为易于检测读取的、可视化的H型微通道中指示液覆盖的指示柱数目的变化信号。通过光学显微镜便捷观察测量指示液覆盖的指示柱数目的变化，实现了对水溶液中痕量Pb²⁺浓度的超灵敏定量检测。该微流控检测芯片为水环境中的痕量Pb²⁺浓度的便捷、灵敏、可视化检测提供了新策略。     

聚(N-异丙基丙烯酰胺-共聚-烯丙基硫脲)智能微凝胶的制备及其Hg2+响应性能的研究

以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和烯丙基硫脲(ATU)为共聚单体,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,2,2′-偶氮二(2-甲基丙基咪)二盐酸盐(V50)为引发剂,通过沉淀聚合法制备了一种可用于Hg²⁺检测与去除的聚(N-异丙基丙烯酰胺-共聚-烯丙基硫脲)(PNA)智能微凝胶。利用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)和扫描电镜(SEM)对微凝胶进行了化学成分和形貌表征。利用动态光散射纳米粒度分析仪(DLS)对微凝胶的粒径分布及温度响应性进行了研究。探究了干扰离子、pH和温度对微凝胶Hg²⁺响应性能的影响。利用原子吸收光谱仪(AAS)探究了PNA微凝胶对Hg²⁺的吸附去除效果。结果显示,PNA微凝胶具有良好的温敏性以及对Hg²⁺的特异响应性,响应Hg²⁺后引起的收缩比(RD)随着ATU单体比例的增加而减小,并确定了最佳检测温度为30℃。随着Hg²⁺浓度的增加,RD值逐渐减小,根据Hg²⁺浓度与RD...     

Hg2+介导的碳量子点荧光关-开法检测同型半胱氨酸

以柠檬酸为碳源、乙二胺为氮源，采用一步水热法合成氮掺杂的荧光碳量子点。通过选择性实验发现Hg²⁺可诱导碳量子点荧光猝灭(off),而同型半胱氨酸分子中的巯基，对于Hg²⁺具有更强的配位能力，竞争性结合使Hg²⁺由碳量子点表面解离，进而导致荧光恢复(on),基于Hg²⁺介导的关-开机理建立了测定同型半胱氨酸的新方法。实验表明，c(同型半胱氨酸)=3～20μmol/L,碳量子点的荧光恢复程度与同型半胱氨酸浓度呈现良好的线性关系，线性方程为y=7.059 4x-19.647,相关系数为r=0.998 5,检测限为0.06μmol/L。该方法具有高选择性、高灵敏度，有望用于同型半胱氨酸的检测。     

基于苯并噻唑的汞离子荧光探针的合成与应用研究

以末端缩硫醛作为识别位点、苯并噻唑衍生物作为荧光团，设计并合成了一种具有特定反应的新型Hg²⁺荧光探针(BDP)。它与Hg²⁺结合时会促进硫解反应，生成具有强荧光的3-苯并噻唑-6-二乙氨基-2-羟基苯甲醛，从而达到荧光增强的效果。通过紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱研究了探针BDP对Hg²⁺的识别效果，表明探针BDP可高选择性、高灵敏度地检测Hg²⁺,具有检出限低(14.9 nmol/L)、响应迅速等优良性能，已被成功应用于实际水样中Hg²⁺的检测。     

5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)检测水体痕量Hg~(2+)的研究

由于羧基卟啉在水中良好的溶解性及对Hg⁽²⁺⁾的高亲和性,利用5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉与Hg(2+)的高亲和性,利用5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉与Hg⁽²⁺⁾反应前后的荧光特性变化,实现水体Hg(2+)反应前后的荧光特性变化,实现水体Hg⁽²⁺⁾的痕量检测。结果显示,该探针与Hg(2+)的痕量检测。结果显示,该探针与Hg⁽²⁺⁾具有良好的配位性,且检测前后体系出现的颜色变化具有可视性。在中性条件下,四羧基卟啉荧光被Hg(2+)具有良好的配位性,且检测前后体系出现的颜色变化具有可视性。在中性条件下,四羧基卟啉荧光被Hg⁽²⁺⁾猝灭,荧光强度与汞离子浓度之间存在良好的指数函数关系,相关系数为0.998。因此,5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉可作为一种高效、可靠的探针用于水体中Hg(2+)猝灭,荧光强度与汞离子浓度之间存在良好的指数函数关系,相关系数为0.998。因此,5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉可作为一种高效、可靠的探针用于水体中Hg⁽²⁺⁾的痕量检测。     

均三嗪衍生物比色识别Cu2+及荧光识别Zn2+

以对氨基苯腈、邻叔丁基苯酚和3,5-二叔丁基水杨醛为原料合成了两种含有均三嗪对称结构的离子探针1和2，通过核磁共振氢谱、核磁共振碳谱、红外、质谱对合成产物进行表征，确认其结构。利用紫外吸收光谱和荧光光谱两种手段分别考察了探针1和探针2在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中对金属离子（Cr³⁺、Mn²⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺）的识别性能，通过核磁共振氢谱对探针1与Zn²⁺的识别机理进行研究。结果表明，两种探针热稳定性强，探针1溶液中加入Zn²⁺会引起荧光强度的显著增强，抗干扰性强，是一种高选择性识别Zn²⁺的荧光增强型探针；探针2中加入Cu²⁺后溶液由无色变成黄色，紫外光谱长波长处出现新吸收峰，是一种可裸眼识别的、高效的紫外Cu²⁺探针。     

巯基修饰Cu-MOFs材料的制备及其汞吸附性能

为高效对废水中的Hg²⁺进行吸附，采用电化学法合成Cu-BDC金属有机骨架材料，并进行-SH修饰，制备SH-Cu-BDC材料，用于对含Hg²⁺废水的吸附研究。通过EDS与IR红外对修饰前后样品的表征分析可知，-SH基团成功修饰到Cu-BDC材料上；N₂吸附实验表明，修饰后的SH-Cu-BDC材料出现微孔结构且比表面积增大；SEM分析表明，电化学合成Cu-BDC材料具有独特花状结构，修饰后SH-Cu-BDC材料表面均匀分布着触角状物质；10 mg SH-Cu-BDC对20 ml浓度为300 mg·L^-1的Hg²⁺溶液进行吸附，当pH=5，60 min时吸附饱和，最大吸附量为585 mg·g^-1；SH-Cu-BDC材料对Hg²⁺的吸附符合拟二级反应动力学方程和Langmuir吸附等温模型，该吸附过程是以表面吸附为主的扩散过程，且符合单分子层吸附规律；吸附再生实验表明，SH-Cu-BDC作为吸附剂可重复使用，且具有一定的稳定性。     

CuO改性商用选择性催化还原催化剂催化氧化单质汞性能

燃煤烟气中单质汞（Hg⁰）的高效氧化是提高燃煤电厂脱汞效率的关键,为提高传统选择性催化还原（SCR）催化剂氧化Hg⁰的性能,本文采用溶液浸渍法制备了CuO-SCR催化剂,在固定床反应装置上考察了其脱硝协同氧化单质汞性能,并借助BET、XRD和XPS等分析技术对催化剂进行表征。结果表明,CuO的掺杂显著提高了商用SCR催化剂的Hg⁰氧化性能和低温脱硝活性;在200~400℃内,随着反应温度升高和NO+NH₃浓度增大,NH₃对CuO-SCR催化剂的Hg⁰氧化性能抑制作用加强;在350℃、模拟燃煤烟气条件下,随着空速比的减小,催化剂的Hg⁰氧化性能显著提高,NH₃对Hg⁰氧化的抑制作用明显减弱。催化剂表征结果表明,CuO-SCR催化剂表面存在氧化还原反应V⁴⁺+Cu²⁺?V⁵⁺+Cu⁺,增强了催化剂的催化活性。Hg⁰在CuO-SCR催化剂表面的氧化过程遵循Mars-Maessen机制,能够有效增强催化剂的Hg⁰氧化性能。     

5-氯水杨醛-罗丹明B荧光探针的合成及其识别性能研究

以水合肼、5-氯水杨醛和罗丹明B为原料,合成了5-氯水杨醛-罗丹明类衍生物探针L,目标化合物5-氯水杨醛罗丹明B联肼经核磁、红外光谱和质谱进行了表征,采用紫外光谱法和荧光光谱法研究了其与金属离子的识别性能。结果表明,该探针可选择性紫外识别Cu²⁺和荧光识别Hg²⁺,在1.0～12.0μmol·L^-1范围定量检测Cu²⁺,R=0.998 6,检出限为0.53μmol·L^-1;在3.0～7.0μmol·L^-1范围定量检测Hg²⁺,580 nm处的荧光强度与Hg²⁺浓度呈良好的线性关系,相关系数(R)=0.997 4,检出限为0.56μmol·L^-1。Job’s曲线表明,探针L与Cu²⁺、探针L与Hg²⁺的结合物质的量的比均为1∶1,并对其响应机理进行了探讨。     

不同烟气组分对粉状活性焦吸附汞的影响机理

在模拟燃煤热烟气为热源和介质条件下，以准东褐煤为原料，通过一维沉降炉进行炭化活化（一步法）制备粉状活性焦，考察了活性焦对Hg⁰的吸附能力，探索了SO₂、H₂O、O₂、CO₂、H₂O+O₂、SO₂+O₂及H₂O+SO₂+O₂气氛对活性焦吸附Hg⁰的影响机理。结果表明：一步法获得的活性焦对Hg⁰具有较高的吸附性能。N₂气氛作对比，H₂O、H₂O+O₂、CO₂和SO₂气氛下抑制活性焦对Hg⁰的吸附；O₂、SO₂+O₂和H₂O+SO₂+O₂促进活性焦对Hg⁰的吸附。通过Hg 4f的XPS分析证明了不同气氛组成对活性焦吸附Hg⁰的抑制和促进机理。H₂O覆盖在活性焦活性位上和堵塞孔隙而抑制活性焦对Hg⁰的吸附；SO₂与Hg⁰在活性焦上发生竞争吸附而抑制对Hg⁰的吸附；CO₂ 吸附在活性焦微孔上而抑制对Hg⁰的吸附；O₂气氛下主要形成了HgO, SO₂+O₂气氛下Hg⁰被氧化成HgSO₃，进一步氧化成HgSO₄； H₂O+SO₂+O₂气氛下，Hg⁰被氧化成HgO和HgSO₄。     

L-半胱氨酸和聚吡咯功能化磁性高岭土对水中Hg2+的吸附

为提高高岭土对水中Hg²⁺的吸附能力并改善其团聚性能，采用一种安全、高效、绿色的方法合成了L-半胱氨酸和聚吡咯双功能化的磁性高岭土(m@Kaolin-LC/Ppy)。通过扫描电镜、傅里叶红外、X射线衍射仪、比表面积分析仪和磁强计等对吸附剂进行表征，分析了m@Kaolin-LC/Ppy合成前后的各项参数，同时研究了不同pH和反应温度下对水中Hg²⁺的去除情况。结果表明：m@Kaolin-LC/Ppy在pH=7和投加量为0.05 g/L的条件下取得最佳吸附量372.5 mg/g，对Hg²⁺的去除过程符合准二级动力学和Langmuir等温吸附，并以化学吸附为主。m@Kaolin-LC/Ppy具有较好的重复使用性、良好的分散能力和化学稳定性，吸附后易于从水中分离出来。     

氯添加对燃煤过程中汞析出规律的影响

首先利用管式炉对燃煤及燃煤加氯后煤中汞排放进行研究,结果表明,对于神混煤而言,原煤燃烧后烟气中单质Hg⁰和氧化态汞Hg²⁺的比例分别为74.3%、25.7%。添加Cl后,烟气中Hg²⁺的比例有所上升,当加氯量为0.015%、0.030%和0.045%时,烟气中Hg²⁺的比例分别上升为32.7%、36.1%和40%,随加氯量的增加,其对汞的氧化作用也随之增强。在现场工程示范试验中,利用脱硫废水中的氯氧化烟气中的汞,以达到脱硫废水与烟气中的汞协同脱除的目的。结果表明,随着脱硫废水喷洒煤的量越大,进入SCR烟气中Hg²⁺比例增大,经过SCR后Hg²⁺的比例随之增大。由于飞灰对Hg²⁺的吸附能力较Hg⁰强,电除尘系统的脱汞效率提高,但脱硫废水喷洒煤对湿电除尘系统的脱汞效率影响不大。总之,脱硫废水喷洒量越大,燃煤机组烟气净化设备对汞协同去除效率也随之提高。     

Ti-Al复合载体载锰催化剂同时脱硝脱汞实验

采用溶胶-凝胶法制备了一系列TiO₂、TiO₂-Al₂O₃（TiAl）、MnO₂/TiO₂（MnTi）和MnO₂/TiO₂-Al₂O₃（MnTiAl）样品,在固定床实验装置上研究了MnTi和MnTiAl催化剂的脱硝、脱汞性能,并对相应的样品进行了BET、XRD、H₂-TPR、XPS表征分析。表征结果表明,Al₂O₃掺入TiO₂后能极大提高载体的比表面积,提升催化剂氧化还原性能,且有利于高价态锰离子（Mn³⁺和Mn⁴⁺）和化学吸附氧（O*）在催化剂表面富集。固定床实验结果表明,在反应温度范围内,MnTiAl催化剂脱硝、脱汞性能均优于MnTi催化剂,MnTiAl催化剂在200℃时脱硝、脱汞效率分别高达88.5%和96.1%。MnTiAl脱除烟气Hg⁰过程中,将Hg⁰氧化为Hg²⁺的同时,催化剂表面Mn³⁺、Mn⁴⁺和O*浓度均被消耗,同时烟气中的O₂能将催化剂表面较低价态的锰离子（Mn²⁺和Mn³⁺）重新氧化为高价态锰离子（Mn³⁺和Mn⁴⁺）,并且能补充催化剂表面的化学吸附氧（O*）,进而实现催化剂催化氧化Hg⁰过程。     

活性炭表面模拟烟气与元素汞间均/异相氧化反应特性

通过固定床吸附实验,在130℃温度下模拟研究燃煤烟气组分在椰壳活性炭(CS-AC)表面吸附气态元素汞(Hg⁰)过程中的作用与影响,揭示模拟烟气组分、Hg⁰以及活性炭表面三者间的均相、异相氧化反应特性。实验研究了CS-AC在N₂和模拟烟气气氛下对Hg⁰的吸附,模拟烟气组分与Hg⁰间的均相氧化反应,以及吸附模拟烟气组分后CS-AC在N₂气氛下对Hg⁰的吸附。研究表明在N₂气氛下CS-AC对Hg⁰不具备物理吸附的能力,而在模拟烟气组分下CS-AC对Hg⁰具有较强的吸附能力,初始吸附效率达80%。仅在模拟烟气均相反应作用下,大约只有14%的Hg⁰被氧化为Hg²⁺。经过预先跟常规模拟烟气吸附反应,CS-AC表面具备一定氧化性化学元素基团（如NO_x）后,能够在N₂气氛下对Hg⁰进行化学吸附,初始吸附效率达67%左右。可以认为模拟烟气和Hg⁰两者间的均相作用不是促进CS-AC在模拟烟气组分下对Hg⁰具有较强的吸附能力的主因。活性炭吸附Hg⁰的过程中,活性炭表面在烟气组分氧化Hg⁰的过程中起到了积极的促进作用。无论在N₂气氛下,还是在模拟烟气下,CS-AC吸附Hg⁰是气氛中氧化性组分、Hg⁰和活性炭表面三者间的异相化学氧化吸附反应过程。     

3-氨基香豆素衍生的荧光探针

香豆素是常用的荧光生色团，在发展新型高效的荧光探针中有重要应用。3-氨基香豆素是一种α,β-脱氢氨基酸内酯，为其发展成为有多种生物活性与其他功能分子提供了独特的结构基础。迄今为止，以3-氨基香豆素为原料发展了一系列荧光探针分子，快速检测金属离子和生物分子。综述了以3-氨基香豆素为原料发展的一系列新的荧光探针，这些探针主要用于选择性地高效探测Hg²⁺、Ag⁺、Cu²⁺、Cu⁺、Pd²⁺、Zn²⁺和Cr²⁺等多种金属离子、硫离子、半胱氨酸和β-巯基乙醇等生物硫醇、H₂O₂和活性蛋白质。     

电解脱硫废水及产物回喷氧化烟气中Hg0的研究

为了处理燃煤电厂排放的高氯脱硫废水、解决烟道气氯元素质量分数不足及选择性催化还原催化剂对Hg⁰氧化效率较低等问题,利用电解法降低脱硫废水中的氯离子质量分数,并将电解产物回喷入烟道内,提高Hg⁰氧化效率。研究了电流和氯离子初始质量浓度对脱硫废水中Cl^-脱除量和阳极电解产物中Cl₂所占比例的影响。考察了不同条件下的电解脱硫废水阳极液产物回喷到烟道内对SCR催化剂氧化Hg⁰的效率的影响。随着电流和氯离子初始质量浓度的增加,脱硫废水中的Cl^-脱除量有所增加,阳极电解产物中Cl₂所占比例也有增加的趋势。将不同电解脱硫废水阳极液产物回喷至燃煤烟气中,SCR催化剂对Hg⁰氧化效率明显提升。     

多壁碳纳米管负载FeS2的制备及脱汞性能分析

采用硝酸铁与硫脲在溶剂热反应条件下制备FeS₂，利用物理浸渍法将FeS₂负载至多壁碳纳米管（MWCNTs）上，借助扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X光电子能谱（XPS）等分析测试手段对制备样品的结构特性进行探究，通过固定床反应器研究模拟烟气氛围下吸附剂对烟气中单质汞的吸附特性。实验考察了不同FeS₂负载量、烟气初始汞浓度、床层温度以及O₂、NO和SO₂对吸附剂脱汞效率的影响。结果表明，制备出的FeS₂分散性较好，呈球状晶体，表面均匀覆盖着MWCNTs，成团簇状。当负载量为10%、反应温度为70℃时，FeS₂/MWCNTs的吸附效果最好，最高脱除效率能达到100%，60min后脱除效率仍有80.3%。TPD脱附曲线和XPS分析结果进一步表明烟气中的Hg⁰被氧化成Hg²⁺以HgS的形式附着在吸附剂表面，证实吸附剂以化学吸附为主。此外，汞脱除效率随初始汞浓度的增加而降低，汞吸附容量却随之增加，60min最高能达到5.1μg/g。酸性气体NO和SO₂的存在，占据了吸附剂表面的活性点位，不利于Hg⁰的吸附，但低浓度NO对吸附剂的整体效果影响不大，抗NO性能较好。     

巯基聚苯乙烯树脂对FGD系统中Hg2+的脱除性能

以氯甲基化聚苯乙烯微球为原料,经过两步反应制得巯基聚苯乙烯树脂,用红外光谱测试、比表面分析、元素分析及热重分析表征了该巯基聚苯乙烯树脂,测试了此巯基聚苯乙烯树脂对含Hg²⁺烟气、脱硫废水及脱硫浆液的脱汞性能。分析测试表明:巯基聚苯乙烯树脂热稳定性好,能有效脱除烟气、脱硫废水及脱硫浆液中的Hg²⁺。巯基聚苯乙烯树脂对烟气中Hg²⁺的脱除效率大于90%,对脱硫废水及脱硫浆液的脱汞率接近100%。将此树脂置于脱硫系统内,能捕捉脱硫系统内的Hg²⁺,避免Hg²⁺进入脱硫石膏而造成脱硫石膏中汞的再释放。用6mol·L^-1盐酸洗脱捕捉了Hg²⁺的巯基聚苯乙烯树脂,再生3次后,巯基聚苯乙烯树脂的再生率仍高达90.2%。     

基于甘氨酸席夫碱的Zn2+荧光探针的制备及性能研究

以甘氨酸与5-氯水杨醛为原料，构建了一种高效的席夫碱Zn²⁺荧光探针分子L,结构由¹HNMR和¹³CNMR进行了表征，性能通过光谱实验进行了研究。光谱分析实验结果表明，探针分子L对Zn²⁺具有出色的选择性和灵敏度，在0～14μmol/L浓度范围内，体系荧光强度与Zn²⁺浓度呈线性关系，检出限为13.72 nmol/L,在365 nm紫外灯下裸眼观察到明显的荧光颜色变化，可实现Zn²⁺可视化检测。通过Job曲线和DFT理论计算对识别机理进行了研究，结果表明，探针分子L与Zn²⁺以摩尔比2∶1结合。此外，水样检测实验表明探针分子L具有应用于检测实际水样中Zn²⁺的潜力。     

反应型荧光探针在检测金属离子中的研究进展

金属离子广泛存在于自然界中,与环境科学、生命科学、医学等领域有着密切的联系。一些金属离子如Hg²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Al³⁺等,在生物体的生理和病理中扮演着重要角色,摄入过量或不足都会导致生理功能的紊乱,引发各种疾病。近几年来,反应型荧光探针因其高选择性和高灵敏性的特点得到了快速的发展。本文主要综述了近五年来反应型荧光探针在检测金属离子中的研究进展,主要介绍了各类探针分子的设计合成、传感机理、检测结果以及其在生物检测中的应用。指出反应型荧光探针的研究发展还处在初级阶段,该领域将会朝着灵敏度更高、反应时间更少、应用范围更广的方向发展,此外,反应型荧光探针在生物检测以及实际应用方面也有望得到进一步的应用发展。