利用椰子废弃物制成的可持续传感器，能够灵敏且同时检测多种重金属

《Chemosphere》：Sustainable sensor from coconut waste for sensitive and simultaneous detection of heavy metals

椰子肉生物炭经磷酸活化及不同温度热解后制备化学修饰电极，用于Cd2?、Pb2?、Hg2?同步检测。CMA300电极灵敏度达42.75 μA·L·μmol?1（Cd2?），检测限0.0014 μM，在复杂基质中表现出优异选择性和准确性，验证六个实际样品回收率89%-106%。研究实现农业废弃物资源化利用，开发出可持续的重金属电化学传感器。

　　这项研究聚焦于开发一种基于农业废弃物的可持续电化学传感器，用于同时检测三种有毒重金属离子——镉（Cd2?）、铅（Pb2?）和汞（Hg2?）。随着环境问题日益受到关注，重金属污染的检测与监控变得尤为重要。镉、铅和汞因其难以降解和在生物体内积累的特性，对生态系统和人类健康构成了长期威胁。这些金属污染主要来源于人类活动，如工业排放、不合理的废弃物处理，但也可能来自自然源。然而，它们的负面影响，如神经毒性、肾功能障碍、氧化应激以及与严重疾病如帕金森病和阿尔茨海默病的关联，使得其检测变得不可或缺。

在这样的背景下，传统的重金属检测方法，如原子吸收光谱法（AAS）和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS），虽然具有较高的灵敏度，但往往成本高昂，操作复杂，需要专业设备和高度训练的技术人员。因此，开发一种高效、低成本、可持续的检测方法成为当务之急。电化学方法，包括循环伏安法、线性扫描伏安法和差分脉冲伏安法，为重金属检测提供了一种独特的解决方案。这些方法不仅具备成本低、响应快、灵敏度高的特点，还能够实现原位和实时的检测，为现场快速分析提供了便利。

本研究利用一种常见的农业废弃物——绿椰果皮（CM），通过磷酸活化和受控温度热解的方法合成了一系列生物炭材料。这些材料在结构、形态和表面化学特性方面进行了系统的表征，以寻找最适合用于传感器制造的材料。最终，CMA300电极表现出最佳的性能，并成功应用于Cd2?、Pb2?和Hg2?的同步检测。通过差分脉冲伏安法的实验，研究者观察到了竞争吸附现象，其中Pb2?在电极表面表现出较长的保留时间，长达1080分钟，这表明了良好的动力学相互作用。

CMA300传感器在检测过程中表现出较高的灵敏度，对Cd2?的灵敏度达到42.75 μA·L/μmol?1，对Pb2?的灵敏度为38.96 μA·L/μmol?1，对Hg2?的灵敏度为8.07 μA·L/μmol?1。同时，该传感器的检测限也非常低，特别是对Cd2?的检测限为0.0014 μM，优于许多已报道的传感器。这种高灵敏度和低检测限的特性，使得CMA300在复杂基质中的应用更加可靠和高效。

除了其卓越的检测性能，CMA300还展现出显著的经济优势和环保价值。生物炭的制备过程相对简单，成本低廉，这为其在大规模应用中的可行性提供了保障。此外，该传感器的成功开发也凸显了农业废弃物的再利用潜力。绿椰果皮作为农业副产品，其数量庞大，却往往被忽视。通过将其转化为生物炭材料，不仅能够减少废弃物的处理压力，还能为环境治理提供新的思路。

在实验验证过程中，CMA300被应用于六种实际样品，包括污水、化妆品和饮用水。实验结果显示，该传感器在这些样品中的回收率介于89%到106%之间，进一步验证了其在复杂基质中的准确性和选择性。这一结果表明，CMA300不仅能够有效检测重金属，还能够在实际应用中克服多种干扰因素，保持较高的检测可靠性。

从更广泛的角度来看，这项研究不仅在分析技术上取得了突破，还在可持续发展和绿色创新方面提供了新的视角。通过将农业废弃物转化为高性能的检测材料，CMA300传感器成为了一种具有双重价值的解决方案。一方面，它满足了对重金属检测的高精度和高灵敏度需求；另一方面，它也符合可持续发展的理念，为环境治理和资源再利用提供了新的路径。

此外，研究还引入了一种创新的动力学评估方法，用于量化电极表面在剥离分析过程中预浓缩的重金属量。这种方法不仅提高了检测的准确性，还为理解金属与电极之间的相互作用提供了新的理论依据。通过结合废弃物的高价值利用、电化学检测技术和性能评估方法，这项研究为解决重金属污染和废弃物处理的双重挑战提供了切实可行的方案。

总体而言，CMA300电化学传感器的开发不仅为重金属污染的检测提供了新的工具，还为农业废弃物的再利用和绿色技术的发展开辟了新的可能性。其低成本、高灵敏度和良好的选择性，使其在环境监测和公共健康保护中具有广泛的应用前景。同时，该研究也强调了在可持续发展背景下，如何通过创新手段将传统废弃物转化为有价值的资源，为环境保护和资源循环利用提供了新的思路。