盐湖卤水中铷、铯离子快速比色检测方法研究

With the increasing market demand of rubidium and cesium, the development of rapid, accurate and on-site detection method for rubidium and cesium ion in saline lake brine with high salt and high magnesium, has important significance on development and comprehensive utilization of the resources in saline lake. In view of the shortcomings of the existing detection methods for rubidium and cesium ions in saline lake brine, difficult to realize the fast and on-site detection, gold nanoparticles were used as a color indicator, the project intends to realize the on-site rapid colorimetric detection of rubidium and cesium ions based on the interaction of functionalized gold nanoparticles and rubidium and cesium ions, by observing the color change and the surface plasmon resonance absorption change of the solution. Studying the specific interaction and influencing factors between functional molecules on gold nanoparticles and rubidium and cesium ion, reveal the competitive behavior and law of the coexisting ions, clarify the colorimetric detection mechanism of rubidium and cesium ions; To achieve high selectivity, anti-interference, high excellent sensitivity and detection limit of rubidium and cesium ions in saline lake brine by optimizing the detection system. The effective implementation of the project, not only has important significance for the exploration and development of rubidium and cesium resource in saline lake, and provide theoretical basis for the design and development of new specific adsorbents of rubidium and cesium ions at the molecular level; At the same time, it has important practical significance to promote the comprehensive utilization of resources in saline lake in China and to enhance the potential economic value of brine.

随着铷、铯的市场需求日益增大，开发高盐盐湖卤水中铷、铯离子现场快速、准确的检测方法，对盐湖资源的开发及综合利用具有重要意义。本申请项目针对盐湖卤水中铷、铯离子现有检测方法难以实现现场快速检测的缺点，以金纳米粒子为变色指示剂，基于功能化金纳米粒子与铷、铯离子的相互作用，引起金纳米粒子溶液颜色以及表面等离子体共振吸收的变化，实现对铷、铯离子的现场快速比色检测。重点研究金纳米粒子表面的功能性分子与铷、铯离子的特异相互作用及影响因素，揭示共存离子的竞争行为与规律，阐明铷、铯离子比色检测原理；进而优化检测体系，实现对盐湖卤水中铷、铯离子的高选择性、抗干扰性、高灵敏性及优异检测限。该项目的有效实施，不仅对盐湖铷、铯资源的勘探和开发具有重要意义，而且为在分子水平上设计和开发盐湖卤水中铷、铯离子的新型特异吸附剂提供理论依据；同时，对于推进我国盐湖资源综合利用，提升卤水的潜在经济价值具有重要的实际意义。

开发高盐盐湖卤水中铷、铯离子的快速、准确检测方法，对盐湖资源的开发及综合利用具有重要意义。鉴于盐湖卤水中钾、钙、镁离子含量过高，对比色检测会产生干扰，开发水溶液中铷、铯离子的比色检测方法的同时，需要对盐湖卤水进行前处理或者开发铷、铯离子的特性吸附材料，脱附后利用开发的比色检测方法可以间接检测盐湖卤水中的铷、铯离子。本项目主要研究内容包括：利用金纳米粒子和普鲁士蓝，基于抗形貌转变的机理开发了Cs+比色检测方法，利用功能化金纳米粒子和二苯并-21-冠醚-7，基于聚集机理开发了Rb+、Cs+比色检测方法，在最优条件下，检测体系对Rb+/Cs+检测具有良好的选择性及抗干扰性能，利用比色及紫外-可见吸收光谱获得了Rb+/Cs+的裸眼检测限及紫外检测限，利用各种表征手段探明了Rb+/Cs+检测的机理；利用钛酸盐改性制备了生物质碳基Rb+和Cs+吸附剂，采用静态吸附法考察了吸附剂对铷、铯离子的吸附性能，对Rb+和Cs+的最大吸附容量分别达到2.07 mmol/g和1.47 mmol/g，用吸附剂从锂云母中提取锂后的卤水中Rb+和Cs+进行吸附，最大回收率可达100％，Rb+和Cs+脱附实验利用开发的Rb+/Cs+比色检测方法进行检测，结果与原子吸收结果基本一致。在本基金的支持下，我们也拓展了比色检测方法的研究，包括开发了水溶液中K+、Ba2+/Cd2+/Pb2+、草甘膦和溴氰菊酯的快速比色检测方法。通过该项目的实施，为盐湖卤水中铷、铯离子的快速检测以及吸附回收提供了新方法和新材料，为推进我国盐湖资源的开发和利用提供了很好的技术支撑，同时在水溶液中毒性离子以及有机小分子检测方面也取得了一系列有益的成果。在基金的支持下，项目组在Sensors and Actuators B: Chemical，Analyst，New Journal of Chemistry，Analytical methods等国际SCI 期刊上学术论文6篇；申请国家发明专利3件，项目执行期间，项目组成员张玉杰和张慧芳晋升为副研究员、硕士研究生导师，并被聘为《聊城大学学报》（自然科学版）编委；张慧芳入选青海省海西州高端创新人才百人计划，张玉杰入选宁波市领军与拔尖人才第三层次。