碳量子点在废水处理领域的研究进展*

郭博森，王闻达，赵 航，詹培颖，罗卫华,2,3

(1. 中南林业科技大学 材料科学与工程学院，长沙 410004；2. 中南林业科技大学 材料表界面科学与技术湖南省重点实验室，长沙 410004；3. 中南林业科技大学 湖南省木本生物质转化工程技术研究中心，长沙 410004)

0 引 言

由于人口的不断增长，导致环境污染越来越严重，影响人类的生存和社会的可持续性发展。其中废水处理是最受关注的问题之一。在全球范围内，80%的废水未经处理或再利用就返回生态系统。废水处理的必要性和紧迫性将会给大多数国家带来巨大的挑战[1]。在各种农业、工业生产及家庭用水的过程中，都会产生废水。而废水中除了释放到大气中的无机和有机化学物质外，还含有人造污染物[2-3],其中含有脂肪、砷、氯、钠、磷酸、钠、碳酸氢盐、镁、钙、挥发性酸、碳水化合物和铵盐等有害物质[4]。此外，未经处理的废水可触发水污染，这种情况会危及人们获得优质供水，进而危及他们的健康[5]。因此，各国为了避免水环境退化影响到人们的日常生活，需要新的技术或新的材料改进现在废水处理的弊端[6]。

随着科技的发展，人们取得了一些技术进步和成就，但废水处理在国际上仍然是一个严重的问题。与具有成本效益、可靠和环保的非常规技术相比，传统的修复技术效率低下且对生态有害[7]。因此，研究人员把废水处理的解决方法从宏观世界转移到微观世界。纳米技术的快速发展为废水处理开辟了新的方向，但最受关注的碳纳米管、富勒烯和石墨烯等纳米材料的水溶性较差，难以在可见光区域提供强荧光，这极大地限制了它们的应用。因此，碳量子点(CQDs)作为一种新型碳基零维材料，具有原料来源广、低毒性、成本低和生物相容性好等特点[8-10]，对废水处理具有极大的潜在价值。截至目前，研究人员在CQDs的合成及应用方面做了许多工作并取得了重要进展[11]，所以在CQDs短暂的历史中，已经出现了多种CQDs的合成方法及改性方式。文章综述了各种CQDs的合成方法并分析了其优缺点，之后着重从毒物质降解、毒物质监测两方面介绍了CQDs在废水处理中的应用，并对其未来的发展进行了展望。

1 碳量子点的制备

自CQDs发现以来，人们已开发出了多种CQDs的合成方法。但研究人员仍在寻找简易、廉价、尺寸可控、便于大规模生产高质量CQDs的方法。通常CQDs的制备方法可分为自上而下法和自下向上法两大类[12]。自上而下法，通过物理或化学方法破坏较大的碳结构使其分散为尺寸一般小于10 nm的碳点，常见方法有激光蚀刻法、电弧放电法、电化学法等；自下而上法，是指将小分子通过化学聚合反应合成CQDs，代表方法有水热法、微波法等。

1.1 自上而下法

电弧放电法[13]是最早制备出CQDs的方法，它是一种由密封反应器中产生的气体、等离子体驱动阳极电极中大块碳前驱体分解碳原子的方法[14]。在2004年，Xu等[15]首先用电弧法合成单壁碳纳米管，再通过琼脂糖凝胶和玻璃珠基质制备的电泳纯化，最后分离出短管状碳和黄橙色CQDs，这也是人类第一次制备出CQDs。但是CQDs纯度不高，还掺杂了其他碳材料。虽然电弧放电法制备出的CQDs具有较好的荧光性，但是CQDs产率不高，粒径也不均一，不适合工业化生产。

激光蚀刻法制备CQDs比较复杂，它是通过高能激光脉冲照射原材料表面，使其在高温高压下形成纳米颗粒。2006年，研究者首次利用激光销蚀法制备出了CQDs。他们先通过激光销蚀原材料，然后将产物放置硝酸中回流，用聚乙二醇1500(PEG1500N)使其钝化，最后再进行酸处理，制备出不同的CQDs[16](见图1)。后来发现在激光辐照过程中，通过选择适当的有机溶剂来改变CQDs的表面状态，可以调整合成的CQDs的光致发光(PL)性质[17]。在此研究基础上，研究学者报道了更简单的激光销蚀法来制备CQDs。他们用水、乙醇等简单的有机溶剂作为液体介质，最后合成的CQDs表现出可见和可调的PL[18]。CQDs制备最主要的挑战仍是量子产率，于是Cui等[19]通过超快高效双束脉冲激光对低成本碳布进行烧蚀来合成CQDs。通过分束器将单激光束分成双光束不仅缩短了激光烧蚀时间，提高烧蚀效率，而且获得的CQDs比单束脉冲激光烧蚀获得的CQDs尺寸更均匀，产率也高达35.4%。但是通常激光蚀刻法制备CQDs产量低、粒径不均匀、成本高、需要的设备要求也较高。

图1 PEG1500N钝化后的CQDs[16]Fig.1 PEG1500N CQDs afterpassivation[16]

与激光蚀刻法相比，电化学法制备工艺操作简便，通过循环伏安等化学方法剥离电极来制备CQDs。常用碳纳米管和石墨作为碳源，因为它们是制备电极的理想材料[20-21]。在2007年，Zhou等[22]发明了一种将多壁碳纳米管转化为CQDs的方法，制备出蓝色荧光纳米晶体，但其产率为6.4%。另一种以碳纳米管为原料，通过电化学法制备CQDs的方法是在带有高氯酸锂的碳酸丙二酯溶液中合成CQDs，该方法操作简单，粒径也均匀，但是产率仅有6.1%[23]。除此之外，以石墨、铂和银/氯化银分别作为工作电极、对电极和参比电极，采用碱性醇作为电解质，制备出的CQDs颜色逐渐从无色变化成亮黄色。这种颜色的变化可能是由于表面氧化造成的，而且产量也相对较高达到11.2%。此外，还验证了此CQDs可以检测自来水中的铁离子(Fe3+)[24]。虽然电化学法有众多优点，但其适合的反应较少，且需要特殊设备。

1.2 自下而上法

在大规模制备CQDs中，化学氧化法是一种简单、高效的方法。它是将碳材料用强氧化剂进行处理来制备CQDs的方法。Peng等[25]通过使用浓硫酸脱去碳水化合物的水，产生碳物质，然后用硝酸处理碳材料使其分解为CQDs，最后用含胺封端的化合物使其钝化。制备出能发出不同颜色的光且无毒害的CQDs，使其能够在实际日常生活中应用。化学氧化法也可制备具有生物相容性的CQDs，可以通过选取煤块、木头、椰壳作为碳源，经过硝酸处理，制备出的CQDs表现出较强的荧光[26]。近年来，研究学者开发了一种通过化学氧化直接从活性炭中提取氧化碳量子点(QD)的简便方法(见图2)。该方法具有成本低、量子点产率高(>10%)和可大规模生产等优点，所制备的氧化碳量子点其表面具有丰富的羧基，并表现出很强的电化学发光(ECL)活性，因此它在ECL生物传感和成像方面有巨大的潜力[27]。

图2 化学氧化法制备CQDs[27]Fig.2 Preparation of CQDs by chemical oxidationmethod[27]

水热法是十分常见的一种方法，是将材料和溶剂放在密封的压力容器中，通过在高温下反应制备CQDs的方法。这种方法具有成本低、操作简单的优点[28-29]，且原料广泛，果汁、葡萄糖、草叶等都可以作为它的原料[30]。Zhu等[31]采用水热法制备的碳点产率高达80%，极大的提高了碳点的工业化生产。在研究水热法制备CQDs的过程中，人们还发现通过调节石墨氮的量，可以制备具有不同波长可控荧光的全彩CQDs[32]。通过水热法制备CQDs的具体过程就是将小的有机分子和聚合物溶解在水中，然后再将其在聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中加热到高温(100～200 ℃)。这些小的有机基团先连接在一起形成碳原核，然后生长成粒径均小于10 nm的CQDs[33]。随着人们对水热法机理的不断研究，发现富含碳氮生物分子可用来改变水热冷缩作用下CQDs的内部结构，该方法是制备具有可调掺杂成分的电催化剂的理想方法[34]。近年来，制备出了符合一种绿色发展理念的CQDs，研究学者通过简单的水热法制备出了以木质纤维素农林生物质为前驱体的CQDs，所得木质纤维素基CQDs由于生物质成分的不同而显现出不同的荧光。此外，通过研究基于木质纤维素的CQDs的荧光效应、产率和猝灭响应效率，还发现木质纤维素生物质中较高的非结构糖可以提高CQDs的产率[35]。

微波法是一种高效、绿色的方法，得到了人们广泛运用。因为微波处理可以提供密集和高效的能量，从而缩短反应时间，使其可以快速和大规模制备CQDs；也因其提供均匀和同步的加热，能得到尺寸较均匀的CQDs[36-38]。根据微波辅助工艺，可以用鸡蛋壳薄膜灰为原料，使鸡蛋壳薄膜灰中的电子在开关电子场下剧烈地旋转和振动，致使微小的碎片脱落后生长成一定尺寸的颗粒，最后将颗粒钝化，得到CQDs[39]。这种方法成本低廉、便于推广。Ding等[40]以1,6-己二胺二盐酸盐和二甲基亚砜作为前驱体，通过一步微波法合成了产率为24%的氮-硫共掺杂碳量子点(N/S-CQDs)(见图3)。结果显示此CQDs可以运用到细胞成像，不过此CQDs可能会造成二次污染，不适合于废水处理。

图3 微波法制备CQDs[40]Fig.3 The CQDs were prepared by the microwavemethod[40]

模板法也是纳米材料制备中常用的方法，在CQDs的合成中得到了广泛的应用，此方法的特点是可以得到尺寸均一的碳量子点。模板法通常是以成本低等特定的物质为模板，后将材料沉积到模板上得到CQDs的方法。可以用两性聚合物F127和二氧化硅复合物为模板，将酚醛树脂作为碳源，再通过强碱溶液除去硅载体获得CQDs[41](见图4)，制备过程比较复杂。之后研究者开发出一种新的、简便的制备亲水性CQDs的方法。具体是以N-十六烷基胺为表面活性剂，以四乙氧基偏硅烷为前驱体，以氨为催化剂，先制备了质谱球。再以此为纳米反应器，柠檬酸为碳前驱体，用浸渍法制备出不需要任何表面钝化，则具有较强的蓝色发光性能且产率为23%的CQDs[42]。

图4 模板法制备CQDs[41]Fig.4 The CQDs were prepared by the templatemethod[41]

2 碳量子点在废水中的应用

CQDs由于表面积大、高的催化活性、光致发光等优异特性在废水处理中有着巨大的潜在价值。CQDs可以作为催化剂，来降解废水中的毒害物质。例如可作为光催化剂，通过光的照射来降解、净化有毒物质。此外，快速、准确监测废水中的重金属离子是目前急需解决的问题。可以将CQDs作为荧光探针，利用CQDs的荧光特性，从而检测出重金属离子是否存在。

2.1 毒物质降解

2.1.1 催化剂

开发出低成本、无毒、高效光催化剂对于水污染处理至关重要。众多研究发现环境相容的光催化剂在废水处理中领域有非常重要的作用。CQDs具有的高比表面积和在其表面的含氧官能团使它们成为去除污染物[43]的有效吸附剂和降解废水中污染物的有效光催化剂[44]。可以使用CQDs修饰甲酸氧铋(BiOCOOH)，来解决光催化剂的紫外线限制，同时提高其光催化活性。合成可见光驱动的复合催化剂CQDs/BiOCOOH的具体过程为先将BiOCOOH和CQDs分散在乙醇和超纯水中，然后再把溶液置马弗炉中反应，最后冲洗、干燥得到CQDs/BiOCOOH光催化剂。结果发现废水中双氯芬酸的光降解反应速率比在原始BiOCOOH降解下快4.64倍，而且还发现CQDs/BiOCOOH复合催化剂也可用于其他新兴污染物(PPCPs)的降解[45](见图5)，这表明其具有优异的脱氯、矿化和脱毒性能。可以降解多种废水污染物的CQDs复合材料还有基于CQDs、溴氧化铋(BiOBr)和块状石墨碳氮化物(gC3N4)，通过水热法制备的CQDs-BiOBr/CN光催化剂。实验表明CQDs-BiOBr/CN复合材料在120 min内对头孢克肟降解率为92.82%，并可重复使用，对废水中抗生素污染物降解表现出非常好的实际效用。此外，CQDs-BiOBr/CN对大肠杆菌也表现出优异的光催化活性[46]。这种可以降解多种污染物的光催化剂为废水处理的研究开辟了新的方向。

图5 CQDs作为光催化剂降解废水中的DCF[45]Fig.5 CQDs act asphotocatalysts to degrade DCF in wastewater[45]

PPCPs作为一种新兴污染物，是目前急需解决的污染物种类。近年来，PPCPs以原始或被转化形式排入到污水中，进而污染到人们日常的饮用水。其中卡马西平(CBZ)由于其存留时间长、不易降解等原因是目前最主要的医药污染物。Qi等[47]使用芦苇秸秆制备的生物质CQDs，对CBZ表现出良好的降解和矿化能力。他们用生物质CQDs修饰具有Z型结构的MgIn2S4/氯氧化铋(BiOCl)异质结光催化剂，提高了CBZ在水溶液中的光催化降解性能，为生物炭材料光催化处理水中PPCPs提供了绿色研究方向。除此之外，还有一种方法是以玉米芯为原料，通过光诱导法合成新型环保光催化剂Fe3O4/BiOBr/CQDs，此催化剂可以在120 min的光照射下去除99.52%的CBZ[48]，证明了光诱导法比水解法可以更好地修饰CQDs，因此合成的绿色光催化剂在水污染物处理方面具有更好的应用前景。CQDs也是废水中有机染料分解的有效催化剂。采用搅拌器辅助法以甜瓜皮为碳源合成蓝色荧光碳量子点，在阳光和超声波作用下降解罗丹明B，日光下CQDs对罗丹明B的降解效率为99.11%[49]。Sabet等[50]通过水热法由成本非常低的杂草为原料，合成了粒径微小且均匀的氮掺杂碳量子点(N-CQD)，研究发现它在降解酸性蓝、酸性红、曙红Y、羊毛铬黑T、甲基橙和亚甲蓝6种染料的同时还从水中去除了镉离子(Cd2+)和铅离子(Pb2+)，因此这种由杂草合成的CQDs是去除废水中有机和无机污染物的良好材料。

总有机碳(TOC)含量是衡量水有机污染的重要指标，因此有效降解TOC对于解决废水污染是至关重要的。采用原位生长法制备α-羟基氧化铁(α-FeOOH)，橙皮水热氧化[51]制备CQDs，合成了带针状结构的电催化剂CQDs/FeOOH。实验结果证明，经过60 min后，CQDs/FeOOH可有效去除约99.6%的左氧氟沙星和53.7%的TOC[52]。此催化剂对于TOC的降解能力较低，但是Qi等[53]使用离子蚀刻法制备了N掺杂的生物质碳量子点(N-CQDs)修饰的pn异质结光催化剂BiO2-x/BiOCl，结果发现经过120 min后，对TOC的去除效率达到了89.40%。它在磺胺类抗生素的光降解中也表现出较强的催化活性。

虽然光催化技术在废水处理领域逐渐成熟，但是设计高效的光催化剂和自由基降解污染物的机理仍需研究。因此，以CQDs修饰钒酸铋(BiVO4)和β-FeOOH，采用静电自组装法制备S型异质结光催化剂BiVO4/CQDs/β-FeOOH，在可见光照射下，15 min后氧氟沙星去除率达到99.21%，更重要的是，该结果揭示了光催化过程中的主要反应基团会随着pH条件的变化而发生定向转化的现象[54]，这可以为降解废水污染物所需的最适pH研究提供巨大帮助。

2.1.2 复合膜

用于污染物降解和抗菌应用的多功能光催化剂通常需求量很大，但它们在电荷转移和光捕获能力方面效果较差。通过水热法制备的Z型海绵状N/S-CQDs/钼酸铋/二氧化钛薄膜可以解决这种问题。这种三元薄膜在可见光和近红外光下显示出增强的光催化效率，在经过240 min，可见光照射下，环丙沙星降解率为85.8%；近红外光照射下降解率为44.6%。此外，该复合膜有效地实现了对革兰氏阳性枯草芽孢杆菌和革兰氏阴性大肠杆菌的光催化杀菌[55]。这种薄膜相对方便的回收利用性能和优异的光催化性能为工业化发展提供了巨大帮助。CQDs可作为膜中的纳米填料与其他材料复合，来增强复合膜的杀菌能力[56]。Mabborang等[57]通过静电纺丝合成的CQDs-聚丙烯腈/聚己内酯纳米复合膜，用于吸附重金属铜离子(Cu2+)。纳米纤维垫的吸附容量随接触时间的增加达到最大值63.45 mg/g，最大吸附效率为90.74%。

复合膜除了吸附去除重金属离子外，最重要的作用仍是去除有机染料。采用溶液铸造法制备出聚乙烯醇(PVA)/CQDs纳米复合材料薄膜，去除废水中的亚甲基蓝染料，经过40 min后去除效率约为97.1%，且PVA/CQDs复合材料薄膜重复使用5次后离子吸附效率依然保持稳定[58]。以啤酒废料为前驱体，通过水热法合成自带氮掺杂的CQDs，后将其封装在PVA基质中。结果发现，亚甲基蓝可以有效地从水溶液中吸附到复合水凝胶中，并在紫外线照射下完全降解[59](见图6)，这为开发基于自然废物资源的CQDs并将其运用于废水处理领域提供了巨大帮助。目前对废水处理应用最多的便是各种光催化剂，基于CQDs的光催化剂研究也逐渐成熟，但许多仍在实验阶段，并未投入生产使用。从经济、环保等各方面实际考虑，CQDs光催化剂在废水处理方面的应用还需进一步研究。

图6 PVA/CQDs水凝胶复合薄膜降解亚甲基蓝效果图[59]Fig.6 Effect diagram of methylene blue degradation in PVA/CQDs[59]

2.2 毒物质监测

CQDs不仅在去除废水有害离子中有重大作用，而且也可用作废水中杂离子的监测。虽然制备出的大量CQDs对杂离子都有非常高的灵敏度，但大多数CQDs都会对废水造成二度污染，反而对废水处理产生了负面影响。因此，制备出无毒害、环境相容性好的CQDs至关重要。可以利用各种典型的农作物作为碳源合成CQDs，得到的CQDs荧光性好、粒径均匀。由于表面羟基和羧基的存在，合成的CQDs在水中高度分散[60]，可作为荧光探针用于检测Fe3+离子，该研究对于将农作物废弃物转化为高附加值产品具有重要意义。采用绿色制备理念的Huang等[61]用草莓汁在聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中合成含氮的荧光碳量子点，这种CQDs对于汞离子(Hg2+)敏感且无毒害，可以检测水中Hg2+。对于检测废水中Hg2+的研究还有以柠檬酸钠和尿素为前驱体，通过电化学碳化制备一种平均粒径为2.4 nm的蓝色荧光CQDs，结果表明，它也可作为废水中Hg2+的高灵敏度检测器[62]。直接热解技术与微波辅助相结合技术是一种新兴的制备方法。结果表明，利用这种方法所开发的CQDs对氨(NH3)的显示出有效的荧光，可用作水环境样品中NH3浓度的选择性监测[63]。制酒产业的兴起，产生了大量的酒糟，浪费了资源，研究人员通过对酒糟进行热处理，合成在光激发下可以发出红光的碳量子点(R-CQD)，R-CQD的PL强度取决于含有R-CQD溶液的pH值，并且pH响应是可逆的，表明R-CQD可用于pH传感器。另外，当将铬离子添加到具有R-CQD的溶液中时，可以观察到R-CQD的荧光猝灭[64]，因此只需通过标准PL测量，就可以对溶液中的铬离子进行检测。除此之外，还有Keerthana等[65]以L-丝氨酸和柠檬酸为原料，采用一步微波技术合成N/CQD，随后使用硼酸对N/CQD进行硼功能化，以合成B-N/CQD(见图7)。以此开发了一种新型荧光传感器，用于检测工业废水中的主要污染物苦味酸。目前，基于CQDs的毒物质监测大多数是监测毒离子，因此对于废水处理应用有一定的局限性。

图7 B-N/CQD制备原理图[65]Fig.7 Schematic diagram of the B-N/CQD preparation[65]

CQDs最主要的监测方式是制备成荧光探针。将CQDs氨基功能化后作为荧光探针，由于铬阴离子(Cr(Ⅵ))与CQD表面的氨基之间形成了离子键，所以这种CQD荧光对Cr(Ⅵ)选择性猝灭[66]，这种化学传感方法在复杂的溶液中，具有非常好的效果。Zhao等[67]通过一步水热法合成了新型B/N-CQD，其中选择3-羧基苯基硼酸和乙二胺作为前驱体。所获得的B/N-CQD对钴离子(Co2+)表现出较好的识别能力，可作为监测Co2+的荧光探针,此外，这种探针首次用于人尿中Co2+的监测。表明了B/N-CQD是检测环境水样中Co2+的理想探针。重工业的发展需求造成了废水中Fe3+含量过高，Fe3+是废水中含量较多的阳离子之一。为了解决CQDs的团聚效应并增加其识别位点，合成CQDs-3,4,9,10-芘四羧酸(N-CQDs/PTCA)复合材料，以此作为荧光探针，选择性地检测Fe3+。结果表明，该方法快速、检测信号明显、选择性强，为利用自组装法检测Fe3+提供了新方向[68]。但这种方法可能会造成二次污染，不符合绿色发展理念。可以通过采用生物质木质素作为碳源，两步法合成CQDs。先是将木质素酸解离，然后木质素片段的芳香再融合。该CQDs纳米探针对浓度为0～300 μmol/L的Fe3+具有高度灵敏的响应[69]。可再生生物质木质素的利用不仅为CQDs的可持续、低成本和大规模生产提供了新方向，而且为传感领域提供了一种新型的纳米探针，因此CQDs在工业废水中的危险物质监测方面有相当大的潜力。

2.3 多功能应用

部分CQDs还可以在废水处理中表现出多重作用。例如采用一步水热法由蟹壳废料为原料合成亮绿色荧光CQDs[70]。此种CQDs除了表现出出色的Cd2+检测外，同时还表现出对大肠杆菌和肺炎克雷伯菌两种水传播病原体的抗菌活性。在高盐度条件下，监测Co2+是非常困难的，现有对Co2+的传统处理方法也非常容易产生二次污染且能耗高,但是Ren等[71]采用一步水热法成功制备出了基于天然深共晶溶剂的N-CQDs,合成的N-CQDs表现出优异的荧光性和高耐盐性，首次实现了高盐度条件下水中Co2+的同时监测和处理。近来，研究学者开发出了一种使用人指甲作为绿色前驱体，通过水热制备CQDs的简便方法。指甲衍生的CQDs(FN-CQDs)可以选择性地监测的Cu2+,在阳光照射下可以有效去除2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)，特别是与纯石墨氮化碳合成FN-CQD/gC3N4复合材料之后，在75 min内成功去除了100%的2,4-DCP[72]。这种能同时监测和处理毒害物质的CQDs对未来废水处理具有深远的影响，但是目前这种CQDs研究较少，而且从经济效益和工业化考虑其在废水处理的应用中还不够成熟。

3 结 语

CQDs的合成方法已经得到广泛应用，特别是水热法因其简便、低成本等特点成为了最有可能让CQDs实现工业化的制备方法。目前，CQDs的制备材料也都趋于使用水果、植物、木质素等一些绿色材料，使用的制备工艺经过十几年的优化，具有一定的经济性和高效性。但是研究者很少使用与上述材料具有类似化学结构(碳基、羧基和羟基)组成的可持续材料，这不符合废物利用的环保发展策略；水热法的反应时间较长限制了其发展，因此，现有的制备工艺都未能实现CQDs工业化生产；而且，制备的CQDs单纯发射长波长的红色荧光较少，近红外一区和红外二区几乎没有。无论是产率还是荧光性能，CQDs的制备都侧重于材料的选择和制备方法的改进。此外，通过共晶溶剂预处理材料来减少反应时间和降低毒性也是不错的研究方向。总之，未来CQDs研究的重心应为其精确的原子结构和荧光机理，这可为合成高产率、荧光效果更好的CQDs提供良好的研究基础。

CQDs因其低毒性和PL特点，在废水处理领域中得到了广泛应用，特别是作为光催化剂降解有机污染物和作为荧光探针等传感器监测金属离子等方面。但是无论是CQDs的制备还是在废水处理中的应用目前都还不够成熟，而对于CQDs未来在废水处理领域挑战主要为：(1)CQDs作为光催化剂，对能有效降解的毒物质单一且具有不稳定性，容易受到pH、温度及光照强度的影响；(2)CQDs作为荧光探针等传感器来监测废水中的毒离子，CQDs存疑的光致发光机理，会对CQDs的荧光猝灭准确性产生影响；(3)CQDs具有较大的比表面积，具有很强的吸附性，但是其毒性累积造成的间接危害一直未得到有效解决。随着纳米智能新型多维分析工具的出现，研究人员能够明确CQDs的结构和光致发光特性之间的关系，这可以为未来碳量子点在废水处理领域中更好的应用提供理论依据。