CN103245764B - 用于监测乙醚的纳米复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种监测空气中乙醚的纳米复合材料，是由Pd原子搀杂的ZnO、NiO和Al2O3纳米粉体组成，其中各组分的质量百分含量分别为Pd(5-10％)、ZnO(28-35％)、NiO(20-30％)和Al2O3(34-45％)，粒径范围为25-35nm。使用本发明所提供的纳米复合材料制成的乙醚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，敏感材料连续使用150小时后仍很稳定，使用本发明提供的纳米复合材料可以实现在线监测空气中的乙醚含量而不受共存物质的影响。

Description

用于监测乙醚的纳米复合材料
技术领域
本发明涉及一种用于监测乙醚的纳米复合材料，尤其是由Pd原子掺杂的ZnO、NiO和Al2O3纳米粉体组成的敏感材料，属于传感技术领域。
背景技术
乙醚是一种无色易燃液体，极易挥发，能与乙醇、丙酮、苯、氯仿等混溶。气态乙醚与10倍体积的氧混合成的混合气体，遇火或电火花即可发生剧烈爆炸，生成二氧化碳和水蒸气。乙醚主要用作油类、染料、生物碱、脂肪、天然树脂、合成树脂、硝化纤维、碳氢化合物、亚麻油、松香脂、香料、非硫化橡胶等的优良溶剂。医药工业用作药物生产的萃取剂和医疗上的麻醉剂。毛纺、棉纺工业用作油污洁净剂。火药工业用于制造无烟火药。
空气中的乙醚不仅有安全问题，还影响人体健康。接触大浓度的乙醚可致人兴奋、继而嗜睡、呕吐、面色苍白、脉缓、体温下降和呼吸不规则，甚至有生命危险；长期低浓度吸入乙醚，有头痛、头晕、疲倦、嗜睡、蛋白尿、红细胞增多症。可见，简便快速测定空气中乙醚的含量十分必要。
空气中乙醚的测定方法主要是气相色谱法，如李红华等于2012年4月在“中国职业医学”第39卷第2期上发表的题为“溶剂解吸-气相色谱法测定工作场所空气中乙醚”的文章，赵琼等于2012年3月在“中国卫生检验杂志”第22卷第3期上发表的题为“作业场所空气中乙醚的溶剂解吸气相色谱法研究”的文章，倪松华等于1989年在“分析化学”第17卷第7期上发表的题为“气相色谱法测定空气中的乙醚”的文章等；气相色谱法具有很高的选择性及灵敏度，但需要利用大型分析仪器在实验室内完成，无法实现现场分析。气体检测管法虽然体积小、操作简单快捷，但是准确度和精确度都比较差，无法提供定量分析以及连续的检测。曹小安等于2010年8月在“广州大学学报(自然科学版)”第9卷第4期上发表的题为“基于ZnO纳米棒的催化发光法检测空气中的乙醚”的文章，提出在ZnO纳米棒上快速测定空气中的乙醚；但是该方法的选择性较差，乙醛、乙酸和丙酮都有干扰。
发明内容
本发明的目的是提供一种对乙醚有更好选择性响应的纳米复合材料及其制备方法。用这种复合材料制作的乙醚传感器，可以在现场快速、准确测定空气中的微量乙醚而不受其它共存物的干扰。
本发明所述的纳米复合材料是由Pd原子掺杂的ZnO、NiO和Al2O3纳米粉体组成，其制备方法是：
(1)将易溶于水的锌盐、镍盐和铝盐共溶于稀盐酸的水溶液中，在高速搅拌状态下加入适量苹果酸使溶液保持澄清状态，用稀氨水调节溶液pH值为5.1-5.7，继续搅拌5-6小时，静置陈化，将溶液在75-80℃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5℃的速度升温至400-420℃，保持此温度3小时，得到ZnO、NiO和Al2O3纳米粉体；
(2)将二氯化钯溶于质量分数为5％的盐酸水溶液中，在不断搅拌下，将超声波分散过的上述纳米粉体加入其中，继续搅拌并滴加质量分数为25％的水合肼水溶液，混合均匀，直接置于干燥箱中烘干，即得Pd原子搀杂的ZnO、NiO和Al2O3纳米粉体。
其中，步骤(1)中使用的锌盐是氯化锌、硫酸锌、硝酸锌、高氯酸锌、磷酸二氢锌和醋酸锌的无水物或水合物的一种或几种的混合物，镍盐是氯化镍、溴化镍、硫酸镍和硝酸镍的无水物或水合物的一种或几种的混合物，铝盐是硝酸铝、硫酸铝、高氯酸铝、氯化铝和醋酸铝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25～35nm，且各组分质量百分数满足Pd(5-10％)、ZnO(28-35％)、NiO(20-30％)和Al2O3(34-45％)时，用于作为检测乙醚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)制备过程简单，重复性好；
(2)所用药品价廉、易得；
(3)敏感材料颗粒生长均匀，粒径分布范围较小(25～35nm)；
(4)用所制备的敏感材料制成的乙醚传感器在连续使用150小时后仍很稳定；
(5)所制备的敏感材料对乙醚具有很好的选择性，空气中的常见共存物不干扰测定。
具体实施方式
实施例1
(1)将六水硝酸锌、六水氯化镍和九水硝酸铝共溶于稀盐酸的水溶液中，在高速搅拌状态下加入适量苹果酸使溶液保持澄清状态，用稀氨水调节溶液pH值为5.1，继续搅拌5小时，静置陈化，将溶液在75℃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5℃的速度升温至410℃，保持此温度3小时，得到ZnO、NiO和Al2O3纳米粉体；
(2)将二氯化钯溶于质量分数为5％的盐酸水溶液中，在不断搅拌下，将超声波分散过的上述纳米粉体加入其中，继续搅拌并滴加质量分数为25％的水合肼水溶液，混合均匀，直接置于干燥箱中烘干，即得Pd原子搀杂的ZnO、NiO和Al2O3纳米粉体。
分析：用透射电镜测试此粉体材料，其粒径范围为25～35nm；对其进行成分分析，测得组成为Pd(5.2％)、ZnO(30.7％)、NiO(27.5％)和Al2O3(36.6％)。
应用：以此粉体作为测定乙醚的敏感材料，线性范围0.5～55mg/m3，检出限可达0.3mg/m3，常见共存物没有干扰。
实施例2
(1)将二水氯化锌、三水溴化镍和十八水硫酸铝共溶于稀盐酸的水溶液中，在高速搅拌状态下加入适量苹果酸使溶液保持澄清状态，用稀氨水调节溶液pH值为5.2，继续搅拌6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5℃的速度升温至402℃，保持此温度3小时，得到ZnO、NiO和Al2O3纳米粉体；
(2)将二氯化钯溶于质量分数为5％的盐酸水溶液中，在不断搅拌下，将超声波分散过的上述纳米粉体加入其中，继续搅拌并滴加质量分数为25％的水合肼水溶液，混合均匀，直接置于干燥箱中烘干，即得Pd原子搀杂的ZnO、NiO和Al2O3纳米粉体。
分析：用透射电镜测试此粉体材料，其粒径范围为25～35nm；对其进行成分分析，测得组成为Pd(7.5％)、ZnO(28.5％)、NiO(29.3％)和Al2O3(34.7％)。
应用：以此粉体作为测定乙醚的敏感材料，线性范围0.8～75mg/m3，检出限可达0.5mg/m3，常见共存物没有干扰。
实施例3
(1)将四水硫酸锌、六水硫酸镍和九水高氯酸铝共溶于稀盐酸的水溶液中，在高速搅拌状态下加入适量苹果酸使溶液保持澄清状态，用稀氨水调节溶液pH值为5.7，继续搅拌6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5℃的速度升温至419℃，保持此温度3小时，得到ZnO、NiO和Al2O3纳米粉体；
(2)将二氯化钯溶于质量分数为5％的盐酸水溶液中，在不断搅拌下，将超声波分散过的上述纳米粉体加入其中，继续搅拌并滴加质量分数为25％的水合肼水溶液，混合均匀，直接置于干燥箱中烘干，即得Pd原子搀杂的ZnO、NiO和Al2O3纳米粉体。
分析：用透射电镜测试此粉体材料，其粒径范围为25～35nm；对其进行成分分析，测得组成为Pd(8.0％)、ZnO(29.1％)、NiO(25.4％)和Al2O3(37.5％)。
应用：以此粉体作为测定乙醚的敏感材料，线性范围0.5～65mg/m3，检出限可达0.3mg/m3，常见共存物没有干扰。
实施例4
(1)将高氯酸锌、磷酸二氢锌、六水硝酸镍和六水氯化铝共溶于稀盐酸的水溶液中，在高速搅拌状态下加入适量苹果酸使溶液保持澄清状态，用稀氨水调节溶液pH值为5.5，继续搅拌5小时，静置陈化，将溶液在79℃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5℃的速度升温至415℃，保持此温度3小时，得到ZnO、NiO和Al2O3纳米粉体；
(2)将二氯化钯溶于质量分数为5％的盐酸水溶液中，在不断搅拌下，将超声波分散过的上述纳米粉体加入其中，继续搅拌并滴加质量分数为25％的水合肼水溶液，混合均匀，直接置于干燥箱中烘干，即得Pd原子搀杂的ZnO、NiO和Al2O3纳米粉体。
分析：用透射电镜测试此粉体材料，其粒径范围为25～35nm；对其进行成分分析，测得组成为Pd(9.9％)、ZnO(34.8％)、NiO(20.9％)和Al2O3(34.4％)。
应用：以此粉体作为测定乙醚的敏感材料，线性范围1.0～115mg/m3，检出限可达0.5mg/m3，常见共存物没有干扰。
实施例5
(1)将二水醋酸锌、氯化镍、六水硫酸镍、六水氯化铝和二水醋酸铝共溶于稀盐酸的水溶液中，在高速搅拌状态下加入适量苹果酸使溶液保持澄清状态，用稀氨水调节溶液pH值为5.6，继续搅拌5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5℃的速度升温至405℃，保持此温度3小时，得到ZnO、NiO和Al2O3纳米粉体；
(2)将二氯化钯溶于质量分数为5％的盐酸水溶液中，在不断搅拌下，将超声波分散过的上述纳米粉体加入其中，继续搅拌并滴加质量分数为25％的水合肼水溶液，混合均匀，直接置于干燥箱中烘干，即得Pd原子搀杂的ZnO、NiO和Al2O3纳米粉体。
分析：用透射电镜测试此粉体材料，其粒径范围为25～35nm；对其进行成分分析，测得组成为Pd(5.1％)、ZnO(29.1％)、NiO(21.6％)和Al2O3(44.2％)。
应用：以此粉体作为测定乙醚的敏感材料，线性范围0.7～65mg/m3，检出限可达0.4mg/m3，常见共存物没有干扰。

Claims (2)

1.一种用于监测乙醚的纳米复合材料，其特征是由Pd原子掺杂的ZnO、NiO和Al2O3纳米粉体组成，其中各组分的质量百分数范围为5-10％Pd、28-35％ZnO、20-30％NiO和34-45％Al2O3，纳米粉体的粒径范围为25-35nm，其制备方法是：
(1)将易溶于水的锌盐、镍盐和铝盐共溶于稀盐酸的水溶液中，在高速搅拌状态下加入适量苹果酸使溶液保持澄清状态，用稀氨水调节溶液pH值为5.1-5.7，继续搅拌5-6小时，静置陈化，将溶液在75-80℃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5℃的速度升温至400-420℃，保持此温度3小时，得到ZnO、NiO和Al2O3纳米粉体；
(2)将二氯化钯溶于质量分数为5％的盐酸水溶液中，在不断搅拌下，将超声波分散过的上述纳米粉体加入其中，继续搅拌并滴加质量分数为25％的水合肼水溶液，混合均匀，直接置于干燥箱中烘干，即得Pd原子搀杂的ZnO、NiO和Al2O3纳米粉体。
2.根据权利要求1所述的一种用于监测乙醚的纳米复合材料，其特征是所述的锌盐是氯化锌、硫酸锌、硝酸锌、高氯酸锌、磷酸二氢锌和醋酸锌的无水物或水合物的一种或几种的混合物，镍盐是氯化镍、溴化镍、硫酸镍和硝酸镍的无水物或水合物的一种或几种的混合物，铝盐是硝酸铝、硫酸铝、高氯酸铝、氯化铝和醋酸铝的无水物或水合物的一种或几种的混合物。
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