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大連化學(xué)物理研究所太陽能研究部(DNL16)李燦院[詳細(xì)]
開發(fā)污染物檢測應(yīng)用 一次環(huán)保與稀土的雙贏
2021年03月01日 09:12:08
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：5429
近日，稀土高新區(qū)正式實施“稀土超分子傳感材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)”項目，旨在推動我國稀土功能材料應(yīng)用技術(shù)研究開發(fā)，從而進(jìn)一步拓展北方稀土產(chǎn)業(yè)鏈。該項目將用稀土材料研發(fā)制備高靈敏和高選擇性的污染物傳感器，主要用于廢水、廢氣中有機(jī)物小分子、重金屬離子及揮發(fā)胺等的污染物的檢測。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)動態(tài)】稀土是不可再生的稀缺性戰(zhàn)略資源，而我國是稀土資源儲量豐富、產(chǎn)量多且能供應(yīng)全部稀土元素的國家，所以稀土也成為我國貿(mào)易的與談判的重要籌碼，并因之聞名于眾。我們不一定知道稀土的具體應(yīng)用，但一定知道我國把握著世界稀土貿(mào)易的命脈。
稀土在眾多尖端科技領(lǐng)域和軍工領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，因此也被稱為“工業(yè)維生素”和“新材料之母”。我國雖然是稀土大國，但是系統(tǒng)性研究、應(yīng)用水平仍與國外有較大差距。曾經(jīng)“挖土賣土”的粗放型資源開發(fā)模式不僅開發(fā)不出稀土的價值，反而使稀土的銷售受制于人。近年來，我國不斷稀土科研能力，推進(jìn)稀土應(yīng)用技術(shù)研發(fā)與轉(zhuǎn)化，逐漸從稀土大國向稀土強(qiáng)國轉(zhuǎn)變。在世界稀土之都包頭建設(shè)的稀土高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)就是其中的重要力量。
近日，稀土高新區(qū)正式實施“稀土超分子傳感材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)”項目，旨在推動我國稀土功能材料應(yīng)用技術(shù)研究開發(fā)，從而進(jìn)一步拓展北方稀土產(chǎn)業(yè)鏈。該項目將用稀土材料研發(fā)制備高靈敏和高選擇性的污染物傳感器，主要用于廢水、廢氣中有機(jī)物小分子、重金屬離子及揮發(fā)胺等的污染物的檢測。
污染物檢測一直是環(huán)保工作的重點(diǎn)內(nèi)容，可以及時發(fā)現(xiàn)污染情況，為治理提供必要的數(shù)據(jù)支持。在目前的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)中，基于熒光的化學(xué)檢測方法是一種重要的連續(xù)分析測量技術(shù)。其中熒光傳感器不僅具有操作簡單、成本低等特點(diǎn)，還有很高的選擇性和靈敏度，因此是環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的熱點(diǎn)研究對象。
熒光傳感器的難點(diǎn)在于合適的構(gòu)筑材料難以尋找。而稀土基傳感材料由于稀土離子電子層結(jié)構(gòu)獨(dú)特，具有發(fā)射譜帶較窄、熒光壽命較長、色純度高等特點(diǎn)，可以有效克服來源于檢測體系的背景熒光，提高檢測的靈敏度和精確度。
然而稀土基傳感材料的開發(fā)也存在不少問題，材料的滲透性、器件的制造以及性能都是其作為傳感器材料的難點(diǎn)。尤其是滲透性，傳感器的工作原理對材料的滲透性要求較高，而稀土金屬有機(jī)框架雖然具有多孔和明確的通道，但通道內(nèi)的溶劑分子卻會對目標(biāo)分子的進(jìn)入造成阻礙，影響傳感性能的實現(xiàn)。如果去除溶劑分子則會導(dǎo)致材料的框架崩潰，是薄膜難以成型。因此以往很少有稀土材料作為污染物檢測傳感器開發(fā)。
這是一個新的領(lǐng)域，如果能夠研發(fā)出可行的成果對于推動我國的稀土應(yīng)用的發(fā)展、拓展稀土產(chǎn)業(yè)鏈將有重要作用。“稀土超分子傳感材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)”項目的研究人員從生物酶的超分子結(jié)構(gòu)中獲得靈感，將稀土超分子籠作為突破方向。項目團(tuán)隊以三苯胺作為面式配體，以稀土銪離子為頂點(diǎn)，構(gòu)筑了一種具有空穴結(jié)構(gòu)的稀土四面體籠超分子材料，并旋涂方法制備成薄膜。通過實驗，團(tuán)隊證明，該材料能夠很好地檢測有機(jī)物小分子、重金屬離子及揮發(fā)胺，可以彌補(bǔ)熒光傳感器在這一方面的缺陷。
這一研究成果一方面拓展了熒光傳感器在污染物檢測中的應(yīng)用，使廢水廢氣中有機(jī)物小分子、重金屬離子及揮發(fā)胺的檢測更加快速簡單；另一方面，稀土材料成為熒光傳感器的構(gòu)筑材料，提升了稀土產(chǎn)品的附加價值，是我國稀土應(yīng)用研發(fā)的進(jìn)步，對于我國稀土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。
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