俄科学家发现利用改性纳米金刚石可快速检测水污染

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2018-08-21

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俄罗斯科学院西伯利亚分院克拉斯诺亚尔斯克科学中心生物物理研究所的科学家证实,纳米级金刚石可用于检测水中苯酚类毒性和剧毒物质。

此项发现使快速监测环境污染有了新方法。 相关研究成果发表在《纳米科学与纳米技术杂志》(JournalofNanoscienceandNanotechnology)上。 在含氧量不足的密闭室中引爆含碳爆炸物(例如,TNT炸药和黑索金的混合物)即可获得纳米金刚石。 纳米金刚石颗粒的本质是表面覆盖了化学活性杂质的惰性金刚石核。

爆炸后,表面碳原子的游离化学键与介质中的杂质(如,碳氢化合物碎片、金属原子)结合在一起,从而赋予了纳米金刚石化学活性。

研究人员对纳米金刚石颗粒表面进行了改性处理,获得了在水、有机溶剂、油等不同介质中均具有高胶体稳定性的纳米金刚石。 如将去离子水加入改性纳米金刚石粉末中,则可形成溶液,溶液中的纳米颗粒可在数年内保持悬浮状态,而不会聚集或沉淀。

通过这种方式获得的改性纳米金刚石悬浮液可进行反复多次干燥,加水后,会再次获得原来的特性。 此外,改性纳米金刚石在冻融、沸腾、高压灭菌后仍能保持胶体稳定性。

研究人员指出,原有的纳米金刚石并不具备这种性质,即使通过能分散纳米颗粒的超声波长时间处理,也很难获得稳定的悬浮液。 实验表明,改性纳米金刚石不易团聚,可作为化学反应中的催化剂。 如果将其添加至用来检测氨基安替比林、过氧化氢、苯酚等酚类物质的混合试剂中,溶液会迅速变成鲜艳的深红色。

根据得到的有色产物的量,通过光谱法可确定水样中苯酚浓度。

研究人员发现,发生这种反应是由于纳米颗粒表面存在微量的铁离子和铜离子。

研究人员还对改性纳米金刚石颗粒是否可多次重复使用进行了实验。 每次水样检测后,研究人员将纳米颗粒进行清洗并重新用于检测反应。

实验证明,同一纳米金刚石样品可在苯酚检测中至少使用7次。 目前,研究人员正在开发新型指示剂,即用固定在基底上的金刚石纳米颗粒检测固体载体中的苯酚。

新型指示剂在实际使用中将更为便捷。

例如,将金刚石纳米颗粒棒浸入水样中,将反应产物的颜色与测试标尺进行比较,从而获得水样被苯酚污染的程度。