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開發污染物檢測應用 一次環保與稀土的雙贏
2021年03月01日 09:12:08
來源：化工儀器網 點擊量：5433
近日，稀土高新區正式實施“稀土超分子傳感材料產業技術開發”項目，旨在推動我國稀土功能材料應用技術研究開發，從而進一步拓展北方稀土產業鏈。該項目將用稀土材料研發制備高靈敏和高選擇性的污染物傳感器，主要用于廢水、廢氣中有機物小分子、重金屬離子及揮發胺等的污染物的檢測。
【化工儀器網 行業動態】稀土是不可再生的稀缺性戰略資源，而我國是稀土資源儲量豐富、產量多且能供應全部稀土元素的國家，所以稀土也成為我國貿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用，但一定知道我國把握著世界稀土貿易的命脈。
稀土在眾多尖端科技領域和軍工領域都有著廣泛的應用，因此也被稱為“工業維生素”和“新材料之母”。我國雖然是稀土大國，但是系統性研究、應用水平仍與國外有較大差距。曾經“挖土賣土”的粗放型資源開發模式不僅開發不出稀土的價值，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，推進稀土應用技術研發與轉化，逐漸從稀土大國向稀土強國轉變。在世界稀土之都包頭建設的稀土高新技術產業開發區就是其中的重要力量。
近日，稀土高新區正式實施“稀土超分子傳感材料產業技術開發”項目，旨在推動我國稀土功能材料應用技術研究開發，從而進一步拓展北方稀土產業鏈。該項目將用稀土材料研發制備高靈敏和高選擇性的污染物傳感器，主要用于廢水、廢氣中有機物小分子、重金屬離子及揮發胺等的污染物的檢測。
污染物檢測一直是環保工作的重點內容，可以及時發現污染情況，為治理提供必要的數據支持。在目前的環境監測技術中，基于熒光的化學檢測方法是一種重要的連續分析測量技術。其中熒光傳感器不僅具有操作簡單、成本低等特點，還有很高的選擇性和靈敏度，因此是環境監測技術的熱點研究對象。
熒光傳感器的難點在于合適的構筑材料難以尋找。而稀土基傳感材料由于稀土離子電子層結構獨特，具有發射譜帶較窄、熒光壽命較長、色純度高等特點，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。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，而稀土金屬有機框架雖然具有多孔和明確的通道，但通道內的溶劑分子卻會對目標分子的進入造成阻礙，影響傳感性能的實現。如果去除溶劑分子則會導致材料的框架崩潰，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。
這是一個新的領域，如果能夠研發出可行的成果對于推動我國的稀土應用的發展、拓展稀土產業鏈將有重要作用。“稀土超分子傳感材料產業技術開發”項目的研究人員從生物酶的超分子結構中獲得靈感，將稀土超分子籠作為突破方向。項目團隊以三苯胺作為面式配體，以稀土銪離子為頂點，構筑了一種具有空穴結構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，團隊證明，該材料能夠很好地檢測有機物小分子、重金屬離子及揮發胺，可以彌補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用，使廢水廢氣中有機物小分子、重金屬離子及揮發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筑材料，提升了稀土產品的附加價值，是我國稀土應用研發的進步，對于我國稀土產業的發展具有重要的意義。
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