CN101382492B - 乙醇的催化发光气敏材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种乙醇的催化发光气敏材料，其特征是由钛盐、锆盐和镧盐为起始原料，经沉淀、洗涤、干燥、研磨和煅烧等过程，制成复合氧化物纳米粉体，其中Ti与Zr的原子比为100：35～55，Ti与La的原子比为100：20～30，粒径分布为35～50nm。使用本发明所提供的敏感材料制成的乙醇传感器对空气中微量乙醇的监测具有良好的选择性和灵敏度。

Description

乙醇的催化发光气敏材料
技术领域
本发明涉及一种用于监测空气中微量乙醇的敏感材料，尤其是由TiO2、ZrO2和La2O3纳米粉体组成的复合氧化物气敏材料，属于传感技术领域。
背景技术
乙醇又称酒精，是无色、透明，具有特殊香味的液体(易挥发)，密度比水小，可以与水、乙酸、丙酮、苯、四氯化碳、氯仿、乙醚、乙二醇、甘油、硝基甲烷、吡啶和甲苯等溶剂混溶，是一种重要的有机溶剂，能溶解多种有机物和无机物，在化工、制药和印刷等许多领域被广泛采用；乙醇对细菌繁殖体、真菌及病毒都有很好的杀灭作用，因此，它也是最常见、最普通并为人所熟悉的消毒剂。但是，乙醇易挥发，其蒸气容易扩散，能与空气形成爆炸性混合物，遇明火或高热会引燃甚至爆炸；此外，乙醇为中枢神经系统抑制剂，对人体的作用一般可分为兴奋、催眠、麻醉、窒息四个阶段，患者进入第三或第四阶段，会出现意识丧失、瞳孔扩大、呼吸不规律、休克、心力循环衰竭及呼吸停止。人们在生产中长期接触高浓度乙醇可引起鼻、眼、粘膜刺激症状，以及头痛、头晕、疲乏、易激动、震颤、恶心等；长期酗酒可引起多发性神经病、慢性胃炎、脂肪肝、肝硬化、心肌损害及器质性精神病等；目前交管部门为了保证交通安全，严格限制并检测驾驶员的饮酒情况。可见，建立对微量乙醇的快速分析具有很强的现实意义。
空气中微量乙醇的准确分析方法主要有气相色谱法、指示剂法及重铬酸钾氧化分光光度法等，由于都需要预先富集才能对乙醇进行准确测定，因此检测耗时长且不易现场完成；目前出现的乙醇在线传感器或分析仪，如交管部门现场使用的酒精浓度测定仪，多采用电化学法和比色测定方法，误差都比较大，只能作为一种半定量分析方法。
发明内容
本发明的目的是克服以往技术的不足，提供一种乙醇蒸气的纳米复合氧化物敏感材料及其制备方法。用这种敏感材料制作的乙醇气体传感器，可以在现场或在线快速、准确测定微量乙醇的含量。
本发明所述的微量乙醇的纳米复合氧化物敏感材料是由TiO2、ZrO2和La2O3纳米粉体组成，其制备方法是：以能溶于水或乙醇中的有机或无机钛盐、锆盐和镧盐为起始原料分别制成稳定的水溶液或乙醇溶液，将制备的溶液在适当条件下混合，并缓慢生成沉淀，经陈化、过滤、洗涤、烘干和研磨后，通过高温煅烧制成纳米粉体材料。其中钛盐包括硝酸钛、磷酸钛、钛酸丁酯和四氯化钛等，锆盐包括氯氧化锆、醋酸锆、硫酸锆、四氯化锆和硝酸氧化锆等，镧盐包括硝酸镧、氯化镧、醋酸镧和碳酸镧等。
本发明的最佳纳米复合氧化物敏感材料是以钛酸丁酯(C16H36O4Ti)、八水氯氧化锆(ZrOCl2·8H2O)和五水醋酸镧(La(AC)3·5H2O)为起始原料制成的。制备过程如下：按Ti、Zr和La的原子比为100：35～55：20～30的量分别称取钛酸丁酯、八水氯氧化锆和五水醋酸镧，将钛酸丁酯溶于两倍重量的50％乙醇水溶液中，八水氯氧化锆和五水醋酸镧分别溶于等重量的5％盐酸水溶液中，将以上三种溶液分别加热至40℃后混合，保持温度并不断搅拌下，缓慢滴加20～30％的氨水，滴加量为混合液总量的1/4～1/3，滴加速度为两秒钟1滴，滴加完成后，冷却至室温，继续搅拌1小时，静置5～8小时，将沉淀过滤并用去离子水洗涤两次，于110℃烘干2小时，充分研磨后，在高温箱式电阻炉中以每分钟不超过5℃的速度升温至400～500℃，保持此温度2～4小时，即得到粒径分布为35～50nm的纳米粉体材料。
本发明具有如下显著优点：
(1)利用稀氨水的弱碱性来缓慢调节溶液的酸碱性，沉淀过程缓慢，颗粒生长均匀，所得粉体材料粒径分布范围小；
(2)所制备的敏感材料对乙醇气体具有很高的灵敏性和选择性；
(3)用所制备的敏感材料制成的乙醇气体传感器连续使用寿命超过180小时。
具体实施方式
实施例1
按Ti、Zr和La的原子比为100：35：20的量分别称取钛酸丁酯、八水氯氧化锆和五水醋酸镧，将钛酸丁酯溶于两倍重量的50％乙醇水溶液中，八水氯氧化锆和五水醋酸镧分别溶于等重量的5％盐酸水溶液中，将以上三种溶液分别加热至40℃后混合，保持温度并不断搅拌下，缓慢滴加25％的氨水，滴加量为混合液总量的1/4，滴加速度为两秒钟1滴，滴加完成后，冷却至室温，继续搅拌1小时，静置6小时，将沉淀过滤并用去离子水洗涤两次，于110℃烘干2小时，充分研磨后，在高温箱式电阻炉中以每分钟不超过5℃的速度升温至450℃，保持此温度2小时，即得到粒径分布为35～50nm的纳米粉体材料。
实施例2
按Ti、Zr和La的原子比为100：45：25的量分别称取钛酸丁酯、八水氯氧化锆和五水醋酸镧，将钛酸丁酯溶于两倍重量的50％乙醇水溶液中，八水氯氧化锆和五水醋酸镧分别溶于等重量的5％盐酸水溶液中，将以上三种溶液分别加热至40℃后混合，保持温度并不断搅拌下，缓慢滴加25％的氨水，滴加量为混合液总量的1/4，滴加速度为两秒钟1滴，滴加完成后，冷却至室温，继续搅拌1小时，静置5小时，将沉淀过滤并用去离子水洗涤两次，于110℃烘干2小时，充分研磨后，在高温箱式电阻炉中以每分钟不超过5℃的速度升温至400℃，保持此温度3小时，即得到粒径分布为35～50nm的纳米粉体材料。
实施例3
按Ti、Zr和La的原子比为100：55：30的量分别称取钛酸丁酯、八水氯氧化锆和五水醋酸镧，将钛酸丁酯溶于两倍重量的50％乙醇水溶液中，八水氯氧化锆和五水醋酸镧分别溶于等重量的5％盐酸水溶液中，将以上三种溶液分别加热至40℃后混合，保持温度并不断搅拌下，缓慢滴加30％的氨水，滴加量为混合液总量的1/4，滴加速度为两秒钟1滴，滴加完成后，冷却至室温，继续搅拌1小时，静置7小时，将沉淀过滤并用去离子水洗涤两次，于110℃烘干2小时，充分研磨后，在高温箱式电阻炉中以每分钟不超过5℃的速度升温至500℃，保持此温度2小时，即得到粒径分布为35～50nm的纳米粉体材料。
实施例4
按Ti、Zr和La的原子比为100：35：30的量分别称取钛酸丁酯、八水氯氧化锆和五水醋酸镧，将钛酸丁酯溶于两倍重量的50％乙醇水溶液中，八水氯氧化锆和五水醋酸镧分别溶于等重量的5％盐酸水溶液中，将以上三种溶液分别加热至40℃后混合，保持温度并不断搅拌下，缓慢滴加20％的氨水，滴加量为混合液总量的1/3，滴加速度为两秒钟1滴，滴加完成后，冷却至室温，继续搅拌1小时，静置8小时，将沉淀过滤并用去离子水洗涤两次，于110℃烘干2小时，充分研磨后，在高温箱式电阻炉中以每分钟不超过5℃的速度升温至500℃，保持此温度3小时，即得到粒径分布为35～50nm的纳米粉体材料。
实施例5
按Ti、Zr和La的原子比为100：45：25的量分别称取硝酸钛、醋酸锆和五水醋酸镧，将硝酸钛、醋酸锆和五水醋酸镧分别溶于等重量的5％盐酸水溶液中，将以上三种溶液分别加热至40℃后混合，保持温度并不断搅拌下，缓慢滴加25％的氨水，滴加量为混合液总量的1/4，滴加速度为两秒钟1滴，滴加完成后，冷却至室温，继续搅拌1小时，静置8小时，将沉淀过滤并用去离子水洗涤两次，于110℃烘干2小时，充分研磨后，在高温箱式电阻炉中以每分钟不超过5℃的速度升温至450℃，保持此温度3小时，即得到粒径分布为35～50nm的纳米粉体材料。
实施例6
按Ti、Zr和La的原子比为100：40：25的量分别称取钛酸丁酯、八水氯氧化锆和硝酸镧，将钛酸丁酯溶于两倍重量的50％乙醇水溶液中，八水氯氧化锆和硝酸镧分别溶于等重量的5％盐酸水溶液中，将以上三种溶液分别加热至40℃后混合，保持温度并不断搅拌下，缓慢滴加30％的氨水，滴加量为混合液总量的1/4，滴加速度为两秒钟1滴，滴加完成后，冷却至室温，继续搅拌1小时，静置7小时，将沉淀过滤并用去离子水洗涤两次，于110℃烘干2小时，充分研磨后，在高温箱式电阻炉中以每分钟不超过5℃的速度升温至450℃，保持此温度4小时，即得到粒径分布为35～50nm的纳米粉体材料。
实施例7
按Ti、Zr和La的原子比为100：55：25的量分别称取钛酸丁酯、硫酸锆和碳酸镧，将钛酸丁酯溶于两倍重量的50％乙醇水溶液中，硫酸锆和碳酸镧分别溶于等重量的5％盐酸水溶液中，将以上三种溶液分别加热至40℃后混合，保持温度并不断搅拌下，缓慢滴加25％的氨水，滴加量为混合液总量的1/3，滴加速度为两秒钟1滴，滴加完成后，冷却至室温，继续搅拌1小时，静置5小时，将沉淀过滤并用去离子水洗涤两次，于110℃烘干2小时，充分研磨后，在高温箱式电阻炉中以每分钟不超过5℃的速度升温至500℃，保持此温度2小时，即得到粒径分布为35～50nm的纳米粉体材料。

Claims (2)

1.一种乙醇的催化发光气敏材料，其特征是由TiO2、ZrO2和La2O3纳米粉体组成，其制备过程为：以钛酸丁酯(C16H36O4Ti)、八水氯氧化锆(ZrOCl2·8H2O)和五水醋酸镧(La(AC)3·5H2O)为起始原料，按Ti、Zr和La的原子比为100∶35～55∶20～30的量分别称取钛酸丁酯、八水氯氧化锆和五水醋酸镧，将钛酸丁酯溶于两倍重量的50％乙醇水溶液中，八水氯氧化锆和五水醋酸镧分别溶于等重量的5％盐酸水溶液中，将以上三种溶液分别加热至40℃后混合，保持温度并不断搅拌下，缓慢滴加20～30％的氨水，滴加量为混合液总量的1/4～1/3，滴加速度为两秒钟1滴，滴加完成后，冷却至室温，继续搅拌1小时，静置5～8小时，将沉淀过滤并用去离子水洗涤两次，于110℃烘干2小时，充分研磨后，在高温箱式电阻炉中以每分钟不超过5℃的速度升温至400～500℃，保持此温度2～4小时，即得到纳米粉体材料。
2.根据权利要求1所述的乙醇的催化发光气敏材料，其特征是所述的催化发光气敏材料的粒径分布为35～50nm。
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