CN102809555A - 一种监测一氧化碳的纳米敏感材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种监测一氧化碳的纳米敏感材料，其特征是由Ag原子搀杂的Al2O3、La2O3和CuO纳米粉体组成，其中各组分含量范围为Ag(6-9％)、Al2O3(15-30％)、La2O3(30-45％)和CuO(16-29％)，粒径范围为25～45nm；使用本发明所提供的敏感材料制成的一氧化碳传感器具有线性范围宽、选择性好和灵敏度高等优点，可以在线监测微量一氧化碳而不受共存物质的影响。

Description

一种监测一氧化碳的纳米敏感材料
技术领域
本发明涉及一种监测一氧化碳的纳米敏感材料，尤其是由Ag原子搀杂的Al2O3、La2O3和CuO纳米粉体组成的敏感材料，属于传感技术领域。
背景技术
一氧化碳为无色、无臭、无刺激性的气体。在水中的溶解度甚低，与空气混合爆炸极限为12.5％～74％。一氧化碳是大气中分布最广和数量最多的污染物，也是燃烧过程中生成的重要污染物之一。大气中的CO主要来源是内燃机排气，其次是锅炉中化石燃料的燃烧。凡含碳的物质燃烧不完全时，都可产生CO气体。在工业生产中接触CO的作业不下70余种，如冶金工业中炼焦、炼铁、锻冶、铸造和热处理的生产；化学工业中合成氨、丙酮、光气、甲醇的生产；矿井放炮、煤矿瓦斯爆炸事故；碳素石墨电极制造；内燃机试车；以及生产金属羰化物如羰基镍、羰基铁等过程，或生产使用含CO的可燃气体(如水煤气含CO达40％，高炉与发生炉煤气中含30％，煤气含5％～15％)，都可能接触CO。炸药或火药爆炸后的气体含CO约30％～60％。使用柴油、汽油的内燃机废气中也含CO约1％～8％。
一氧化碳进入人体之后会和血液中的血红蛋白结合，由于CO与血红蛋白结合能力远强于氧气与血红蛋白的结合能力，进而使能与氧气结合的血红蛋白数量急剧减少，从而引起机体组织出现缺氧，导致人体窒息死亡。常见于家庭居室通风差的情况下，煤炉产生的煤气或液化气管道漏气或工业生产煤气以及矿井中的一氧化碳吸入而致中毒。
一氧化碳中毒症状表现在以下几个方面：轻度中毒的患者可出现头痛、头晕、失眠、视物模糊、耳鸣、恶心、呕吐、全身乏力、心动过速、短暂昏厥。血中碳氧血红蛋白含量达10％-20％。中度中毒除上述症状加重外，口唇、指甲、皮肤粘膜出现樱桃红色，多汗，血压先升高后降低，心率加速，心律失常，烦躁，一时性感觉和运动分离(即尚有思维，但不能行动)。症状继续加重，可出现嗜睡、昏迷。血中碳氧血红蛋白约在30％-40％。经及时抢救，可较快清醒，一般无并发症和后遗症。重度中毒患者迅速进入昏迷状态，最后因呼吸麻痹而死亡。经抢救存活者可有严重合并症及后遗症。
发明内容
本发明的目的是提供一种监测一氧化碳的纳米敏感材料及其制备方法。用这种敏感材料制作的监测一氧化碳的传感器，可以在现场快速、准确测定微量一氧化碳而不受其它共存物的干扰。
本发明所述的掺杂纳米敏感材料是由Ag原子搀杂的Al2O3、La2O3和CuO纳米粉体组成，其制备方法是：
(1)将铝盐、镧盐和铜盐共溶于稀盐酸的水溶液中，在高速搅拌状态下加入适量柠檬酸使溶液保持澄清状态24小时以上，用稀氨水调节溶液pH值为3.1-3.9，继续搅拌5-10小时，静置陈化，将溶液在75-85℃旋转蒸发得到凝胶，将凝胶红外干燥1小时，充分研磨后，在高温箱式电阻炉中以每分钟不超过4℃的速度升温至500-550℃，保持此温度3小时，得到Al2O3、La2O3和CuO纳米粉体；
(2)将适量硝酸银和葡萄糖溶于水中，在不断搅拌下，将超声波分散过的上述纳米粉体加入其中，继续搅拌混合均匀，直接置于干燥箱中烘干，在175℃下加热还原9分钟，即得Ag原子搀杂的Al2O3、La2O3和CuO纳米粉体。
其中，步骤(1)中使用的铝盐是硝酸铝、硫酸铝、高氯酸铝、磷酸铝、氯化铝、醋酸铝、异丙醇铝和仲丁醇铝的无水物或水合物的一种或几种的混合物，镧盐是指硝酸镧、氯化镧和醋酸镧的无水物或水合物的一种或几种的混合物，铜盐是氯化铜、硫酸铜、磷酸铜和硝酸铜的无水物或水合物的一种或几种的混合物。
当制得的纳米粉体粒径范围为25～45nm，且各组分满足Ag(6-9％)、Al2O3(15-30％)、La2O3(30-45％)和CuO(16-29％)时，用于作为监测一氧化碳的敏感材料具有很高的灵敏度和选择性。
具体实施方式
实施例1
(1)将硝酸铝、硝酸镧和氯化铜共溶于稀盐酸的水溶液中，在高速搅拌状态下加入适量柠檬酸使溶液保持澄清状态24小时以上，用稀氨水调节溶液pH值为3.8，继续搅拌6小时，静置陈化，将溶液在82℃旋转蒸发得到凝胶，将凝胶红外干燥1小时，充分研磨后，在高温箱式电阻炉中以每分钟不超过4℃的速度升温至505℃，保持此温度3小时，得到Al2O3、La2O3和CuO纳米粉体；
(2)将适量硝酸银和葡萄糖溶于水中，在不断搅拌下，将超声波分散过的上述纳米粉体加入其中，继续搅拌混合均匀，直接置于干燥箱中烘干，在175℃下加热还原9分钟，即得Ag原子搀杂的Al2O3、La2O3和CuO纳米粉体。
分析：用透射电镜测试此粉体材料，其粒径范围为26～38nm；对其进行成分分析，测得组成为Ag(8.7％)、Al2O3(25.6％)、La2O3(39.8％)和CuO(25.9％)。
应用：以此粉体作为监测一氧化碳的催化发光敏感材料，线性范围1.0～26mg/m3，检出限可达0.5mg/m3，常见共存物没有干扰。
实施例2
(1)将硫酸铝、氯化镧和硫酸铜共溶于稀盐酸的水溶液中，在高速搅拌状态下加入适量柠檬酸使溶液保持澄清状态24小时以上，用稀氨水调节溶液pH值为3.7，继续搅拌7小时，静置陈化，将溶液在80℃旋转蒸发得到凝胶，将凝胶红外干燥1小时，充分研磨后，在高温箱式电阻炉中以每分钟不超过4℃的速度升温至545℃，保持此温度3小时，得到Al2O3、La2O3和CuO纳米粉体；
(2)将适量硝酸银和葡萄糖溶于水中，在不断搅拌下，将超声波分散过的上述纳米粉体加入其中，继续搅拌混合均匀，直接置于干燥箱中烘干，在175℃下加热还原9分钟，即得Ag原子搀杂的Al2O3、La2O3和CuO纳米粉体。
分析：用透射电镜测试此粉体材料，其粒径范围为33～44nm；对其进行成分分析，测得组成为Ag(6.8％)、Al2O3(21.1％)、La2O3(44.7％)和CuO(27.4％)。
应用：以此粉体作为监测一氧化碳的催化发光敏感材料，线性范围1.2～34mg/m3，检出限可达0.5mg/m3，常见共存物没有干扰。
实施例3
(1)将磷酸铝、硝酸镧和硫酸铜共溶于稀盐酸的水溶液中，在高速搅拌状态下加入适量柠檬酸使溶液保持澄清状态24小时以上，用稀氨水调节溶液pH值为3.5，继续搅拌9小时，静置陈化，将溶液在84℃旋转蒸发得到凝胶，将凝胶红外干燥1小时，充分研磨后，在高温箱式电阻炉中以每分钟不超过4℃的速度升温至525℃，保持此温度3小时，得到Al2O3、La2O3和CuO纳米粉体；
(2)将适量硝酸银和葡萄糖溶于水中，在不断搅拌下，将超声波分散过的上述纳米粉体加入其中，继续搅拌混合均匀，直接置于干燥箱中烘干，在175℃下加热还原9分钟，即得Ag原子搀杂的Al2O3、La2O3和CuO纳米粉体。
分析：用透射电镜测试此粉体材料，其粒径范围为27～41nm；对其进行成分分析，测得组成为Ag(7.9％)、Al2O3(28.1％)、La2O3(35.3％)和CuO(28.7％)。
应用：以此粉体作为监测一氧化碳的催化发光敏感材料，线性范围1.0～30mg/m3，检出限可达0.5mg/m3，常见共存物没有干扰。
实施例4
(1)将氯化铝、氯化镧和磷酸铜共溶于稀盐酸的水溶液中，在高速搅拌状态下加入适量柠檬酸使溶液保持澄清状态24小时以上，用稀氨水调节溶液pH值为3.4，继续搅拌8小时，静置陈化，将溶液在78℃旋转蒸发得到凝胶，将凝胶红外干燥1小时，充分研磨后，在高温箱式电阻炉中以每分钟不超过4℃的速度升温至535℃，保持此温度3小时，得到Al2O3、La2O3和CuO纳米粉体；
(2)将适量硝酸银和葡萄糖溶于水中，在不断搅拌下，将超声波分散过的上述纳米粉体加入其中，继续搅拌混合均匀，直接置于干燥箱中烘干，在175℃下加热还原9分钟，即得Ag原子搀杂的Al2O3、La2O3和CuO纳米粉体。
分析：用透射电镜测试此粉体材料，其粒径范围为26～37nm；对其进行成分分析，测得组成为Ag(8.7％)、Al2O3(29.9％)、La2O3(43.7％)和CuO(17.7％)。
应用：以此粉体作为监测一氧化碳的催化发光敏感材料，线性范围1.2～35mg/m3，检出限可达0.5mg/m3，常见共存物没有干扰。
实施例5
(1)将醋酸铝、醋酸镧和硝酸铜共溶于稀盐酸的水溶液中，在高速搅拌状态下加入适量柠檬酸使溶液保持澄清状态24小时以上，用稀氨水调节溶液pH值为3.2，继续搅拌7小时，静置陈化，将溶液在76℃旋转蒸发得到凝胶，将凝胶红外干燥1小时，充分研磨后，在高温箱式电阻炉中以每分钟不超过4℃的速度升温至515℃，保持此温度3小时，得到Al2O3、La2O3和CuO纳米粉体；
(2)将适量硝酸银和葡萄糖溶于水中，在不断搅拌下，将超声波分散过的上述纳米粉体加入其中，继续搅拌混合均匀，直接置于干燥箱中烘干，在175℃下加热还原9分钟，即得Ag原子搀杂的Al2O3、La2O3和CuO纳米粉体。
分析：用透射电镜测试此粉体材料，其粒径范围为31～43nm；对其进行成分分析，测得组成为Ag(6.7％)、Al2O3(27.4％)、La2O3(44.7％)和CuO(21.2％)。
应用：以此粉体作为监测一氧化碳的催化发光敏感材料，线性范围1.1～30mg/m3，检出限可达0.5mg/m3，常见共存物没有干扰。

Claims (3)

1.一种监测一氧化碳的纳米敏感材料，其特征是由Ag原子搀杂的Al2O3、La2O3和CuO纳米粉体组成，其中各组分含量为Ag(6-9％)、Al2O3(15-30％)、La2O3(30-45％)和CuO(16-29％)，其制备方法是：
(1)将铝盐、镧盐和铜盐共溶于稀盐酸的水溶液中，在高速搅拌状态下加入适量柠檬酸使溶液保持澄清状态24小时以上，用稀氨水调节溶液pH值为3.1-3.9，继续搅拌5-10小时，静置陈化，将溶液在75-85℃旋转蒸发得到凝胶，将凝胶红外干燥1小时，充分研磨后，在高温箱式电阻炉中以每分钟不超过4℃的速度升温至500-550℃，保持此温度3小时，得到Al2O3、La2O3和CuO纳米粉体；
(2)将适量硝酸银和葡萄糖溶于水中，在不断搅拌下，将超声波分散过的上述纳米粉体加入其中，继续搅拌混合均匀，直接置于干燥箱中烘干，在175℃下加热还原9分钟，即得Ag原子搀杂的Al2O3、La2O3和CuO纳米粉体。
2.根据权利要求1所述的一种监测一氧化碳的纳米敏感材料，其特征是所述的铝盐是硝酸铝、硫酸铝、高氯酸铝、磷酸铝、氯化铝、醋酸铝、异丙醇铝和仲丁醇铝的无水物或水合物的一种或几种的混合物，镧盐是指硝酸镧、氯化镧和醋酸镧的无水物或水合物的一种或几种的混合物，铜盐是氯化铜、硫酸铜、磷酸铜和硝酸铜的无水物或水合物的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种监测一氧化碳的纳米敏感材料，其特征是所述的纳米敏感材料的粒径范围为25～45nm。
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