隨著人類社會的發展和人口的增長，對食物和能源的需求激增，使人類和地球陸地生態系統面臨著前所未有的壓力。工業革命以來，能源的需求和消費有了顯著增長。能源短缺和安全問題已成為全球關注的焦點。另一方面，化石燃料產生的溫室氣體是大氣汙染的主要汙染源和影響全球氣候變化的重要因素。全球氣候變化和能源危機正迫使尋求一個解決辦法，使我們的生產，生活和國民經濟可持續且健康的發展。面對上述雙重壓力，更多環保、經濟的、可替代性的可再生能源逐漸進入人們的視野。生物能源是眾多可再生能源 (風能、太陽能、水力、地熱等)中不可或缺的一種，利用生物質不僅可以顯著減少溫室氣體排放，還可以在能源稀缺的今天貢獻出自己的一份力。因此稻殼資源作為一種以生物質資源為基礎的生產，成為了一種化石能源的必不可少的替代品，而且目前貢獻了全球9-13%的份額能源供應。不僅如此，生物質資源作為一種可再生能源可以直接使用，也可以間接使用，或者轉換成另一種能源產品，如生物燃料。生物質能源的使用不僅可以補充短缺的化石燃料，而且可穩定大氣溫室氣體濃度低於危險的水平，減少大氣汙染，生物能源在一定程度上可緩解環境汙染問題。透過對生物能源的研究，可深入瞭解生物能源潛力的來源、型別、數量和分佈。這些都有助於評價生物能源在多大程度上可以替代和補充能源短缺，在很大程度上可以減少溫室氣體排放，但是如何合理開發利用生物能源這個寶貴財富便需要世界人民的共同努力。

稻殼是生物質資源中的一種產量巨大的農業廢棄物，稻殼含有豐富的矽、纖維素、木質素等。稻殼的資源利用已經越來越引起人們重視。稻殼裡豐富的木質纖維素透過熱解可製備生物油。稻殼其本身可製作為固體燃料和土壤改良劑等。利用強鹼處理稻殼後可以有效地減少矽的含量。經過碳化之後可以製備成稻殼基碳量子點，利用量子點獨特的熒光效能對重金屬元素進行定性定量的檢測。

熒光性材料的發現是從十六世紀開始的，人們偶然發現木切片的黃色溶液，在可見光照下，表現出藍色溶液。此時，熒光材料被越來越多的國內外專家所研究。二十世紀時，普朗克量子理論的提出為專家學者提供了新的對自然界的思考和從微觀世界來研究熒光材料。隨著對熒光材料的不斷研究，各種新型的熒光材料像似噴泉一般不斷湧出，對各種熒光材料的應用也是越來越廣泛。

量子點是上個世紀開始研究的熒光材料的重點方向，也是為了解決全球能源危機而發展起來的一個新型技術。1981 年貝爾實驗室科學家Brus利用改變硫化鎘膠體的大小得到了其變化的激發能量，首次將量子點的顏色和膠體的狀態聯絡在一起，解釋了量子點的顏色和大小之間的聯絡 ，也讓後來的科學家可以更好地瞭解與研究量子點，也為量子點的發展作了很大的鋪墊。

碳量子點（CQDs）是一種直徑小於 10 nm 的新型熒光碳奈米功能材料。和傳統的半導體量子點相比，熒光碳量子點粒徑更小、水溶性好、熒光特性好、並且具有更好的生物相容性。最重要的是碳量子點成本低廉，不像半導體量子點高昂的成本，而且半導體量子點一般含有毒的金屬離子，對環境和人體都具有很大的危害。正因為它的低毒性、生物相容性和熒光特性優越，所以近些年來碳量子點在醫藥方面、生物成像 、以及熒光分析檢測都有著大量的應用。碳量子點有著很好的熒光特性，常見的表徵手段有紫外-可見光譜法、透射電子顯微鏡法、紅外光譜法、熒光光譜法等。2004 年 Xu等人在用電弧法合成碳奈米管時，首次觀察到了發光的碳奈米粒子，即 CQDs，從而發現了其優越的效能。2006 年 Lu 等人利用鐳射刻蝕法也製得了碳量子點。2007 年，人們以電化學氧化法從多壁碳奈米管制備出可以發藍光的碳量子點。近年來，由於碳量子點的優越效能和其製備方法簡易，越來越多的人們進行了深入的探究。生物質 具有可再生、綠色低碳、易儲存和運輸特點。在生態環境惡化和資源短缺的條件下，生物質已經成為社會關注的熱點。在中國，農作物生物質資源極為豐富，主要包括秸稈、麥稈、稻草等。我國農作物秸稈每年產量約為 8 億噸，加工後廢棄物每年產量約為 1.42 億噸。在傳統的利用方式中，有 60％的秸稈被用作農用燃料，直接燃燒，或者露天燃燒和掩埋。不僅造成資源的浪費，還加重了環境的汙染。鑑於生物質資源如此的豐富，若將其製備成碳量子點，勢必產生更高的經濟價值。因此，本文探討了稻殼製備熒光碳量子點作為奈米探針，對廢水和廢油中的重金屬元素進行檢測；採用現代分析技術對量子點理化特性進行系統地表徵。主要確定碳量子點的熒光強度、尺寸大小、元素種類、微觀結構和形貌等。

重金屬元素是指在標準情況下單質密度大於 4500 kg/m 3 的金屬元素 ，其中主要是指一些毒性較大的金屬元素，例如鎘、鉛、砷等金屬元素，它可以來自於礦山開採使重金屬元素從地下深處暴露在地表或者地下水中，對環境的造成巨大的危害和對人體的健康造成了極大的威脅。比如鎘是人體非必需攝入元素之一，自然界中多以化合物出現，環境中正常存在的鎘離子含量很低，對身體無害，但當其含量超過限定範圍時，環境受到破壞，鎘離子便透過生物體進行富集，透過食物鏈進入人體引起人體中毒。鎘離子會與人體內細胞結合為鎘硫蛋白，積聚於肝、腎、脾中。當鎘含量在人體體內積聚過多時，人體會出現一系列病變如萎縮、骨質疏鬆等。因此，鎘的測定顯得尤為重要。環境中的鎘汙染主要來源是電鍍、採礦、電池等廢棄物、廢棄液的超標排放。目前，鎘的檢測方法主要有 ICP，電化學法，原子吸收分光光度法等。這些方法的不足之處是操作複雜、樣品需進行預處理、檢測速度不夠快等，因此簡單、高效靈敏的檢測鎘離子方法受到人們廣泛關注。碳量子點優良的光學特性、小尺寸、低毒性、良好生物相容性及易於表面修飾、製備成本低廉和反應條件溫和等優點，本文優選碳點作為熒光探針，開發出碳量子點檢測水中金屬離子的新方法。利用強鹼處理稻殼後可以有效地減少矽的含量，經過碳化後可以製備碳量子點，探究熒光增強碳量子點的最佳工藝，並將其應用於重金屬離子的檢測，開發出快速檢測重金屬離子新技術。