CN103163123B - 甲醇的催化敏感材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于监测甲醇的催化发光敏感材料，是由Y2O3、TiO2和ZrO2纳米粉体组成，其中各组分的质量百分含量分别为Y2O3(18-28％)、TiO2(50-60％)和ZrO2(12-22％)，粒径范围为30-65nm。使用本发明所提供的催化发光敏感材料制成的甲醇催化发光传感器具有较宽的线性范围、良好的选择性和较高的灵敏度，可以在线监测空气中的甲醇含量而不受共存物质的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于监测空气中甲醇的催化发光敏感材料，尤其是由Y2O3、TiO2和ZrO2组成的复合氧化物敏感材料。属于传感技术领域。
背景技术
甲醇是结构最简单的饱和一元醇，分子量32.04，又称“木醇”或“木精”。甲醇是一种透明、易燃、易挥发的有毒无色澄清液体，有刺激性气味，微有乙醇样气味，粗品刺鼻难闻，易流动，燃烧时有蓝色火焰，能与水、醇、醚等有机溶剂互溶，能与多种化合物形成共沸混合物，能与多种化合物形成溶剂混溶，溶解性能优于乙醇，能溶解多种无机盐类，如碘化钠、氯化钙、硝酸铵、硫酸铜、硝酸银、氯化铵和氯化钠等。
甲醇用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化工和塑料等领域，用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，也加入汽油掺烧。
甲醇被大众所熟知，是因为其毒性。工业酒精中大约含有4％的甲醇，被不法分子当作食用酒精制作假酒，而被人饮用后，就会产生甲醇中毒。甲醇对人体的神经系统和血液系统影响很大，它经消化道、呼吸道或皮肤摄入都会产生毒性反应，甲醇蒸气能损害人的呼吸道粘膜和视力。急性中毒症状有：头疼、恶心、胃痛、疲倦、视力模糊以至失明，继而呼吸困难，最终导致呼吸中枢麻痹而死亡。慢性中毒反应为：眩晕、昏睡、头痛、耳鸣、视力减退、消化障碍。甲醇摄入量超过4克就会出现中毒反应，误服一小杯超过10克就能造成双目失明，饮入量大造成死亡，致死量为30毫升以上，甲醇在体内不易排出，会发生蓄积，在体内氧化生成甲醛和甲酸也都有毒性。在甲醇生产工厂，中国有关部门规定，车间空气中允许甲醇浓度为50mg/m3，在有甲醇气的现场工作须戴防毒面具，废水要处理后才能排放，允许含量小于200mg/L。
甲醇的测定方法很多，其中气相色谱法精度高、检测准确，应用最多。其主要缺点是分析步骤复杂、耗时长，而且需要昂贵的仪器设备。气体传感技术的迅猛发展为快速检测空气中的各种污染物提供了可能，尤其是以金属氧化物为敏感材料的气体传感器已经得到了广泛应用，文献中已经报道了大量用于检测甲烷、乙烷、丙烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、苯乙烯、丙烯酸等很多气体的敏感材料及其制备方法，但用于检测甲醇的敏感材料则报道很少。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于监测空气中甲醇的催化敏感材料及其制备方法。用这种材料制作的监测空气中甲醇的传感器，可以在现场快速、准确测定空气中的微量甲醇而不受其它常见共存干扰物质的影响。
本发明所述的催化敏感材料是由Y2O3、TiO2和ZrO2纳米粉体组成，具体制备方法是：
将钇盐、钛盐和锆盐共溶于稀盐酸的水溶液中，超声振荡至澄清透明，将混合液加热至40℃并保持温度，在不断搅拌下缓慢滴加20-30％的氨水，滴加速度为每秒钟1滴，直至无沉淀生成，冷却至室温，继续搅拌1小时，静置5-8小时，将沉淀过滤，于105℃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℃，保持此温度煅烧4-6小时，自然冷却即得到甲醇的催化敏感材料。
其中，钇盐是醋酸钇、草酸钇、硝酸钇、硫酸钇、磷酸钇和氯化钇的无水物或水合物的一种或几种的混合物，钛盐是硝酸钛、磷酸钛、硫酸钛、醋酸钛和四氯化钛的无水物或水合物的一种或几种的混合物，锆盐是氯氧化锆、醋酸锆、硫酸锆、四氯化锆和硝酸氧化锆的无水物或水合物的一种或几种的混合物。
制得的敏感材料用透射电镜测试，当其粒径范围为30-65nm，且各组分的质量百分数满足Y2O3(18-28％)、TiO2(50-60％)和ZrO2(12-22％)时，用于作为监测空气中甲醇的敏感材料具有很高的灵敏度和选择性。
本发明具有如下优点：
(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甲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甲醇气体传感器连续使用寿命超过150小时。
具体实施方式
实施例1
将四水醋酸钇、三水硝酸钛和八水氯氧化锆共溶于稀盐酸的水溶液中，超声振荡至澄清透明，将混合液加热至40℃并保持温度，在不断搅拌下缓慢滴加22％的氨水，滴加速度为每秒钟1滴，直至无沉淀生成，冷却至室温，继续搅拌1小时，静置6小时，将沉淀过滤，于105℃下烘干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℃的升温速度升至450℃，保持此温度煅烧5小时，自然冷却即得到甲醇的催化敏感材料。
分析：用透射电镜测试此粉体材料，其粒径范围为45-65nm；对其进行成分分析，测得其组成(质量百分数)为19.1％Y2O3、59.5％TiO2和21.4％ZrO2。
应用：以此粉体作为催化发光敏感材料测定空气中的甲醇，线性范围5～108mg/m3，检出限可达2.0mg/m3，共存物没有干扰。
实施例2
将磷酸钇、醋酸钛和四氯化锆共溶于稀盐酸的水溶液中，超声振荡至澄清透明，将混合液加热至40℃并保持温度，在不断搅拌下缓慢滴加28％的氨水，滴加速度为每秒钟1滴，直至无沉淀生成，冷却至室温，继续搅拌1小时，静置7小时，将沉淀过滤，于105℃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410℃，保持此温度煅烧6小时，自然冷却即得到甲醇的催化敏感材料。
分析：用透射电镜测试此粉体材料，其粒径范围为40-60nm；对其进行成分分析，测得其组成(质量百分数)为22.7％Y2O3、56.8％TiO2和20.5％ZrO2。
应用：以此粉体作为催化发光敏感材料测定空气中的甲醇，线性范围4～98mg/m3，检出限可达2.0mg/m3，共存物没有干扰。
实施例3
将九水草酸钇、六水硝酸钇、二水合磷酸钛、九水硫酸钛和四水硫酸锆共溶于稀盐酸的水溶液中，超声振荡至澄清透明，将混合液加热至40℃并保持温度，在不断搅拌下缓慢滴加25％的氨水，滴加速度为每秒钟1滴，直至无沉淀生成，冷却至室温，继续搅拌1小时，静置8小时，将沉淀过滤，于105℃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495℃，保持此温度煅烧4小时，自然冷却即得到甲醇的催化敏感材料。
分析：用透射电镜测试此粉体材料，其粒径范围为35-55nm；对其进行成分分析，测得其组成(质量百分数)为27.4％Y2O3、59.7％TiO2和12.9％ZrO2。
应用：以此粉体作为催化发光敏感材料测定空气中的甲醇，线性范围5～113mg/m3，检出限可达2.5mg/m3，共存物没有干扰。
实施例4
将六水氯化钇、四氯化钛、醋酸锆和硝酸氧化锆共溶于稀盐酸的水溶液中，超声振荡至澄清透明，将混合液加热至40℃并保持温度，在不断搅拌下缓慢滴加20％的氨水，滴加速度为每秒钟1滴，直至无沉淀生成，冷却至室温，继续搅拌1小时，静置5小时，将沉淀过滤，于105℃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470℃，保持此温度煅烧5小时，自然冷却即得到甲醇的催化敏感材料。
分析：用透射电镜测试此粉体材料，其粒径范围为30-55nm；对其进行成分分析，测得其组成(质量百分数)为27.1％Y2O3、51.3％TiO2和21.6％ZrO2。
应用：以此粉体作为催化发光敏感材料测定空气中的甲醇，线性范围3～78mg/m3，检出限可达1.8mg/m3，共存物没有干扰。
实施例5
将八水硫酸钇、水合硝酸钛、水合磷酸钛和二水合硝酸氧化锆共溶于稀盐酸的水溶液中，超声振荡至澄清透明，将混合液加热至40℃并保持温度，在不断搅拌下缓慢滴加29％的氨水，滴加速度为每秒钟1滴，直至无沉淀生成，冷却至室温，继续搅拌1小时，静置6小时，将沉淀过滤，于105℃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420℃，保持此温度煅烧6小时，自然冷却即得到甲醇的催化敏感材料。
分析：用透射电镜测试此粉体材料，其粒径范围为40-60nm；对其进行成分分析，测得其组成(质量百分数)为25.2％Y2O3、55.6％TiO2和19.2％ZrO2。
应用：以此粉体作为催化发光敏感材料测定空气中的甲醇，线性范围4～102mg/m3，检出限可达2.0mg/m3，共存物没有干扰。
Claims (2)
1.一种用于监测甲醇的催化发光敏感材料，其特征是由Y2O3、TiO2和ZrO2纳米粉体组成，纳米粉体的粒径范围为30-65nm，其中各组分的质量百分数范围为18-28％Y2O3、50-60％TiO2和12-22％ZrO2，其制备方法是：将钇盐、钛盐和锆盐共溶于稀盐酸的水溶液中，超声振荡至澄清透明，将混合液加热至40℃并保持温度，在不断搅拌下缓慢滴加20-30％的氨水，滴加速度为每秒钟1滴，直至无沉淀生成，冷却至室温，继续搅拌1小时，静置5-8小时，将沉淀过滤，于105℃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℃，保持此温度煅烧4-6小时，自然冷却即得到甲醇的催化敏感材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于监测甲醇的催化发光敏感材料，其特征是所述的钇盐是醋酸钇、草酸钇、硝酸钇、硫酸钇、磷酸钇和氯化钇的无水物或水合物的一种或几种的混合物，钛盐是硝酸钛、磷酸钛、硫酸钛、醋酸钛和四氯化钛的无水物或水合物的一种或几种的混合物，锆盐是氯氧化锆、醋酸锆、硫酸锆、四氯化锆和硝酸氧化锆的无水物或水合物的一种或几种的混合物。
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