CN103439380A - 一种检测微量苯的气体检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及检测装置领域，尤其涉及一种检测微量苯的气体检测系统，该系统包括气室，气室内设有气体传感器，外室外设有与气体传感器相连的CHI电化学分析仪以及与气室相连的传感器还原装置、待测气体进气口和尾气处理装置；所述气体传感器包括自上而下依次分布的气体敏感膜、第一电极和第二电极，第二电极由铝板经阳极氧化制备而成，第一电极为将贵金属在第二电极表面采用直流磁控溅射工艺制备而成，气体敏感膜由处理后的碳纳米管在第一电极表面涂覆而成。该检测系统具有灵敏度高、稳定性好且响应时间短，能够检测出浓度更低的微量苯气体，从而有效的保障人们的身体健康。
Description
技术领域
本发明涉及检测装置领域，尤其涉及一种检测微量苯的气体检测系统。
背景技术
苯在常温下为一种无色、有甜味的透明液体，并具有强烈的芳香气味。苯可燃，有毒，也是一种致癌物质。苯是一种碳氢化合物也是最简单的芳烃。它难溶于水，易溶于有机溶剂，本身也可作为有机溶剂。苯对中枢神经系统产生麻痹作用，引起急性中毒。重者会出现头痛、恶心、呕吐、神志模糊、知觉丧失、昏迷、抽搐等，严重者会因为中枢系统麻痹而死亡。少量苯也能使人产生睡意、头昏、心率加快、头痛、颤抖、意识混乱、神志不清等现象。摄入含苯过多的食物会导致呕吐、胃痛、头昏、失眠、抽搐、心率加快等症状，甚至死亡。由于苯的挥发性大，暴露于空气中很容易扩散。因此如何快速地对苯的检测苯极其重要。目前对于低浓度苯检测方法主要依靠仪器分析的方法，如气相色谱法等。这些检测虽然可以准确的检测环境中微量苯的浓度，但是这些方法普遍存在检测周期长、成本昂贵等不足，而且，需要经过专业培训的熟练技术人员操作仪器设备，无法实现环境中微量苯的现场准确快速检测。因此，目前使用的用于微量苯的检测系统存在着灵敏度低、选择性差、稳定性差或者不能长期使用的问题，使得对苯的气体检测存在误差。因此有必要提供一种针对微量苯的气体检测系统。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述所说的问题，关于目前没有合适的、灵敏度高、稳定性好且针对微量苯的气体检测系统，提供了一种检测微量苯的气体检测系统。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种检测微量苯的气体检测系统，包括气室，气室内设有气体传感器，外室外设有与气体传感器相连的CHI电化学分析仪以及与气室相连的传感器还原装置、待测气体进气口和尾气处理装置；所述气体传感器包括自上而下依次分布的气体敏感膜、第一电极和第二电极，第二电极由铝板经阳极氧化制备而成，第一电极为将贵金属在第二电极表面采用直流磁控溅射工艺制备而成，气体敏感膜由处理后的碳纳米管在第一电极表面涂覆而成。
被测气体的浓度变化会引起碳纳米管制备的气体敏感膜的电导率变化，主要机理是气体敏感膜在吸附气体后，其电子能带发生了变化，通过电导率的变化就可以检测气体浓度的大小。阳极氧化铝材料自身重量轻，因此制备的传感器在重量上有优势，较轻质量的传感器有利于固定在不同的位置，易于使用；阳极氧化铝材料同时具有较高的硬度，不易变形和破碎，可以保持传感器的形状维持不变；阳极氧化铝材料具有多孔的特点，因此有利于被测气体渗透进入，增加附着在阳极氧化铝材料之上的碳纳米管对于被测气体分子的吸附作用，增加检测效果；阳极氧化铝材料具有较好的亲和性，能够与镀在其表面的金属之间产生亲和力，因此镀在其表面的金属不易脱落，增加了传感器结构的稳定性；阳极氧化铝材料也具有极好的电绝缘性，因此可以确保第一电极在一个良好的绝缘基底上正常工作；阳极氧化铝材料易于制备，可重复性好，便于大批制备。因此将气体敏感膜与阳极氧化铝结合制备气体传感器与其他相比具有较多的优势。
第二电极由以下步骤制备而成：取厚度为1-5mm的高纯铝板，首先将其在体积比为1-2:1的丙酮和乙醇混合溶液中超声清洗15-30min，接着在体积比为2-4:1的乙醇和高氯酸混合溶液中抛光（Ra≤0.01μm）5-15min；然后，用去离子水洗净置入0.25-0.35mol/L的草酸溶液中，在直流电压为25-40V下阳极氧化0.5-1h，在高纯铝板表面镀阳极氧化铝薄膜；接着置于温度为45-50℃、摩尔浓度为0.25-0.35mol/L、体积比为1-3:1的磷酸和铬酸混合溶液中10-30min，去除阳极氧化铝薄膜；然后在相同条件下二次阳极氧化20-40min后，再次在高纯铝板表面镀一层厚度为3-10μm的阳极氧化铝薄膜，取出后在温度为45-50℃、质量百分比为3-6%的磷酸溶液中扩孔10-20min，得多孔阳极氧化铝模板，即为第二电极。
丙酮和乙醇混合溶液可以较好的去除铝板表面附着的油脂，保证氧化铝模板的成功制备。如果清洗时间过短，高纯铝板表面会残留杂质，清洗时间太短，高纯铝板表面的氧化铝与混合溶液反应不完全，导致清洗失效。乙醇和高氯酸混合液具有较好的氧化效果，可以将铝板表面氧化抛光至镜面，抛光的目的在于消除铝板在生产过程中产生的表面划痕等，这些划痕会导致氧化铝模板制备受到不可逆的破坏。如果粗糙度过大，那么所制备的氧化铝模板平整度变差甚至开裂，这样就无法在氧化铝模板上溅射贵金属，无法制备最终的传感器。首先对高纯铝板进行阳极氧化并且将得到的阳极氧化铝薄膜进行去除，再进行二次阳极氧化，由于铝板长时间放置在空气中，其表面含有一些氧化铝成分，采用一次氧化后再去除掉氧化层，那么新露出来的全部是纯净的铝材料，再经过二次阳极氧化后产生的氧化铝的成分单一，且较纯，所形成的氧化铝层比较致密，从而使扩孔后的孔不容易塌陷。扩孔是为了增加氧化铝模板上的孔洞的直径，同时也使得孔洞的直径更加均一化，有利于改善阳极氧化铝模板的介电性，从而提高检测的灵敏度和准确度；也有利于溅射的贵金属在氧化铝模板上的附着度，增加传感器结构的稳定性。如果不扩孔的话，氧化铝模板上的孔洞直径大小不一，这必然降低了传感器结构的稳定性和介电性，降低检测灵敏度和准确度。扩孔时间过短，达不到预期效果，过孔时间过长，会降低贵金属在多孔阳极氧化铝模板上的附着度。
所述第一电极为叉指电极，由以下步骤制备而成：采用纯度5N的金靶为靶材，控制本底真空为5.5-7×10-3Pa、启辉电压为0.26kV、电流为25mA、直流溅射过程的功率为8-10W，最终控制第一电极的厚度为30-50nm。
气体敏感膜的制备步骤如下：
1）首先将碳纳米管采用浓硝酸进行纯化处理30-50min，然后以去离子水清洗使其pH值为6.6-7.2，然后加入到镀铜液中进行镀铜反应，镀铜液的成分包括：20-24g/L硫酸铜，1-2g/L氯化镍，33-39mg/L聚乙二醇，13-15mL/L甲醛，33-38g/L酒石酸钾；以氢氧化钠溶液调整pH值至9.8-10.2，在20-30℃下反应30-60min，最后将碳纳米管收集；
镀铜后，对苯具有较好的选择性，表现出对苯的异常灵敏性，可以帮助碳纳米管对苯气体的吸附，铜对苯有非常明显的灵敏度，镀铜后可以检测到浓度更低的苯气体，从而有效提高碳纳米管对微量苯的灵敏度，反应时间可以降低30-40%，该步骤的镀铜时间非常关键，如果镀铜量不足，那么不能充分发挥铜的作用，从而对苯的吸收效果得不到提高，如果镀铜量太大，镀铜将会导致碳纳米管表面被覆盖面积增多，减小了碳纳米管与气体的接触面积，反而影响碳纳米管对苯的吸收效率，因此合适的镀铜程度对碳纳米管的性能发挥起到重要的影响，本发明 根据实际进行了合理优化，使得镀铜后的碳纳米管能够更好的进行气体分析。
2)将步骤1）处理后的碳纳米管浸渍于5g/L的SnCl2溶液5-10min，其中每500ml的SnC12溶液加入1-3g碳纳米管，分离并去离子水清洗，然后再浸渍于1-5g/L的PdC12溶液中5-10min，其中每500ml的PdC12溶液中加入5-10g碳纳米管，然后分离去离子水清洗，烘干；
通过对碳纳米管用SnCl2进行浸渍使其附带锡元素发现，锡离子对钯的性能发挥具有促进作用，能够提高碳纳米管对气体的灵敏度。
3)将0.1-0.5g步骤2）的碳纳米管和0.5g硫酸钛加入到20-30mL的丙醇中超声20-60min进行分散，并控制在40-50℃，得混合溶液；
4)将3)中的混合溶液加热到130℃，并在130℃保持3小时，最后自然降温到室温，用去离子水洗涤，去除残留杂质，然后50-80℃真空干燥12小时；
5)将步骤4)得到的产物加热到去离子水中，形成质量百分比为10-20%的悬浊液，在室温下超声分散20-60min，然后将悬浊液加热到150℃，保持5小时，最后自然降温到室温；
6）以去离子水将步骤5）的碳纳米管配成3-5mg/mL的悬浊液，经超声处理分散均匀后，在第一电极表面均匀涂抹，然后在烘箱中55-58℃下热烘20-28min，得到气体敏感膜。
通过该方法可以在碳纳米管表面负载二氧化钛，在负载二氧化钛后，能够提高气体敏感膜的灵敏度和降低相应时间，并且经实验发现，负载二氧化钛后，气体敏感膜的灵敏度提高了1-2%，响应时间减少了3-5%。另外，二氧化钛的负载程度也在一定程度上影响了碳纳米管对气体的吸附效果，因此上述步骤的工艺时间等参数对二氧化钛的负载程度进行了严格控制，保证了二氧化钛在不影响原有工艺的基础上，对碳纳米管起到正面的作用，提高气体敏感膜的灵敏度，降低气体敏感膜的相应时间。
作为优选，所述气体敏感膜的制备中步骤6）为：取步骤5）的碳纳米管5-10g和聚乙二醇0.5-2g，用乙醇100ml配制成混合液，经超声分散均匀后，在第一电极表面均匀涂覆，然后在100-150℃下加热1-3h，得到气体敏感膜。采用聚乙二醇与碳纳米管用乙醇配制成溶液后，在第一电极表面涂覆成膜，然后经过烘干后，聚乙二醇受热挥发，从而在所成的膜内形成空腔，这样可以增加气体敏感膜与气体的接触面积，也便于气体深入到膜的内部进入到碳纳米管内，提高气体敏感膜对气体的吸附量，从而提高气体敏感膜的灵敏度，吸附量提高5-15%，灵敏度提高5-10%。
作为优选，所述聚乙二醇的分子量为600-900。低分子量的聚乙二醇为液体，能够更好的在溶液中与碳纳米管形成混合液，便于涂覆成膜，也便于后期的挥发，从而促使在所成的膜里形成空腔，进而增加气体与所成膜的接触面积，增加气体敏感膜的灵敏度。
作为优选，所述碳纳米管的管径为120-150nm。管径太小的话，碳纳米管管口容易堵塞，不易让气体进入碳纳米管内部，而管径太大，碳纳米管对气体的吸附及作用不明显。而该范围内的碳纳米管与其他管径的碳纳米管具有更好的吸附能力和对气体的反应灵敏度，其吸附能力要比其他范围的碳纳米管高5%，灵敏度高3%。
作为优选，所述步骤1）中镀铜液还包括20-50/L的纳米稀土氧化物。纳米稀土氧化物的加入可以提高气体敏感膜的灵敏度，在添加后，灵敏度提高10-30%。
作为优选，所述纳米稀土氧化物为氧化镧、氧化铈或氧化镨。
作为优选，气体敏感膜的厚度为5-10μm。
作为优选，所述多孔阳极氧化铝模板扩孔后孔的内径为20-60nm，孔的间距为40-60nm，孔的深度为2±0.5μm。
本发明与现有技术相比：本发明的检测系统具有灵敏度高、稳定性好且响应时间短，对苯具有较好的选择性，能够检测出浓度更低的微量苯气体，从而有效的保障人们的身体健康。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明气体传感器的结构示意图；
图3为多孔阳极氧化铝模板表面的扫描电镜图。
图中：1传感器敏感膜层，2第一电极，3第二电极，4铝板，5阳极氧化铝薄膜，6气室，7气体传感器，8CHI电化学分析仪，9传感器还原装置，10待测气体进气口，11尾气处理装置。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。
实施例1：
一种检测微量苯的气体检测系统，包括气室，气室内设有气体传感器，外室外设有与气体传感器相连的CHI电化学分析仪以及与气室相连的传感器还原装置、待测气体进气口和尾气处理装置；所述气体传感器包括自上而下依次分布的厚度为10μm的气体敏感膜、第一电极和第二电极，第二电极由铝板经阳极氧化制备而成，第一电极为将贵金属在第二电极表面采用直流磁控溅射工艺制备而成，气体敏感膜由处理后的碳纳米管在第一电极表面涂覆而成。
传感器还原装置采用氮气对气室内进行对气体传感器进行冲洗，使气体传感器在检测苯后，恢复清洁。尾气处理装置上设有出气阀门，并采用乙醇对产生的废气进行处理，防止废气造成空气污染。在使用时，首先用传感器还原装置将氮气通入气室内，将气室内空气排尽，降低干扰，然后将含有苯的待测气体，从待测气体进气口进入气室，气体传感器将检测到的信号由CHI电化学分析仪检测分析，并最终被与CHI电化学分析仪连接的电脑进行最后的分析，得出结果。
第二电极由以下步骤制备而成：
取厚度为1mm的高纯铝板，首先将其在体积比为2:1的丙酮和乙醇混合溶液中超声清洗15min，接着在体积比为4:1的乙醇和高氯酸混合溶液中抛光（Ra≤0.01μm）5min；然后，用去离子水洗净置入0.35mol/L的草酸溶液中，在直流电压为25V下阳极氧化1h，在高纯铝板表面镀阳极氧化铝薄膜；接着置于温度为45℃、摩尔浓度为0.35mol/L、体积比为1:1的磷酸和铬酸混合溶液中30min，去除阳极氧化铝薄膜；然后在相同条件下二次阳极氧化20min后，再次在高纯铝板表面镀一层厚度为10μm的阳极氧化铝薄膜，取出后在温度为45℃、质量百分比为6%的磷酸溶液中扩孔10min，得多孔阳极氧化铝模板，即为第二电极。其中多孔阳极氧化铝模板扩孔后孔的内径为60nm，孔的间距为40nm，孔的深度为2±0.5μm。
第一电极由以下步骤制备而成：
采用纯度5N的金靶为靶材，控制本底真空为7×10-3Pa、启辉电压为0.26kV、电流为25mA、直流溅射过程的功率为8W，最终控制第一电极的厚度为50nm。
气体敏感膜的制备步骤如下：
1）首先将碳纳米管采用浓硝酸进行纯化处理30min，然后以去离子水清洗使其pH值为7.2，然后加入到镀铜液中进行镀铜反应，镀铜液的成分包括：20g/L硫酸铜，2g/L氯化镍，33mg/L聚乙二醇，15mL/L甲醛，33g/L酒石酸钾；以氢氧化钠溶液调整pH值至10.2，在20℃下反应60min，最后将碳纳米管收集；
2)将处理后的碳纳米管浸渍于5g/L的SnC12溶液5min，其中每500ml的SnC12溶液加入3g碳纳米管，分离并去离子水清洗，然后再浸渍于1g/L的PdC12溶液中10min，其中每500ml的PdC12溶液中加入5g碳纳米管，然后分离去离子水清洗，烘干；
3)将0.5g碳纳米管和0.5g硫酸钛加入到20mL的丙醇中超声60min进行分散，并控制在40℃；
4)将3)中的混合溶液加热到130℃，并在130℃保持3小时，最后自然降温到室温，用去离子水洗涤，去除残留杂质，然后80℃真空干燥12小时；
5)将步骤4)得到的产物加热到去离子水中，形成质量百分比为10%的悬浊液，在室温下超声分散60min，然后将悬浊液加热到150℃，保持5小时，最后自然降温到室温。
6）以去离子水将步骤5）镀铜后的碳纳米管配成3mg/mL的悬浊液，经超声处理分散均匀后，在第一电极表面均匀涂抹，然后在烘箱中58℃下热烘20min，得到气体敏感膜。
实施例2：
一种检测微量苯的气体检测系统，包括气室，气室内设有气体传感器，外室外设有与气体传感器相连的CHI电化学分析仪以及与气室相连的传感器还原装置、待测气体进气口和尾气处理装置；所述气体传感器包括自上而下依次分布的厚度为5μm的气体敏感膜、第一电极和第二电极，第二电极由铝板经阳极氧化制备而成，第一电极为将贵金属在第二电极表面采用直流磁控溅射工艺制备而成，气体敏感膜由处理后的碳纳米管在第一电极表面涂覆而成。
传感器还原装置采用氮气对气室内进行对气体传感器进行冲洗，使气体传感器在检测苯后，恢复清洁。尾气处理装置上设有出气阀门，并采用乙醇对产生的废气进行处理，防止废气造成空气污染。在使用时，首先用传感器还原装置将氮气通入气室内，将气室内空气排尽，降低干扰，然后将含有苯的待测气体，从待测气体进气口进入气室，气体传感器将检测到的信号由CHI电化学分析仪检测分析，并最终被与CHI电化学分析仪连接的电脑进行最后的分析，得出结果。
第二电极由以下步骤制备而成：
取厚度为5mm的高纯铝板，首先将其在体积比为1:1的丙酮和乙醇混合溶液中超声清洗30min，接着在体积比为2:1的乙醇和高氯酸混合溶液中抛光（Ra≤0.01μm）15min；然后，用去离子水洗净置入0.25mol/L的草酸溶液中，在直流电压为40V下阳极氧化0.5h，在高纯铝板表面镀阳极氧化铝薄膜；接着置于温度为50℃、摩尔浓度为0.25mol/L、体积比为3:1的磷酸和铬酸混合溶液中10min，去除阳极氧化铝薄膜；然后在相同条件下二次阳极氧化40min后，再次在高纯铝板表面镀一层厚度为3μm的阳极氧化铝薄膜，取出后在温度为50℃、质量百分比为3%的磷酸溶液中扩孔20min，得多孔阳极氧化铝模板，即为第二电极。其中多孔阳极氧化铝模板扩孔后孔的内径为20nm，孔的间距为60nm，孔的深度为2±0.5μm。
第一电极由以下步骤制备而成：
采用纯度5N的金靶为靶材，控制本底真空为5.5×10-3Pa、启辉电压为0.26kV、电流为25mA、直流溅射过程的功率为10W，最终控制第一电极的厚度为30nm。
气体敏感膜的制备步骤如下：
1）首先将碳纳米管采用浓硝酸进行纯化处理50min，然后以去离子水清洗使其pH值为6.6，然后加入到镀铜液中进行镀铜反应，镀铜液的成分包括：24g/L硫酸铜，1g/L氯化镍， 39mg/L聚乙二醇，13mL/L甲醛，38g/L酒石酸钾，50g/L的纳米稀土氧化物（氧化镧）；以氢氧化钠溶液调整pH值至9.8，在30℃下反应30min，最后将碳纳米管收集；
2）将处理后的碳纳米管浸渍于5g/L的SnC12溶液10min，其中每500ml的SnC12溶液加入1g碳纳米管，分离并去离子水清洗，然后再浸渍于5g/L的PdC12溶液中5min，其中每500ml的PdC12溶液中加入10g碳纳米管，然后分离去离子水清洗，烘干；
2)将0.1g碳纳米管和0.5g硫酸钛加入到30mL的丙醇中超声20min进行分散，并控制在50℃；
4)将3)中的混合溶液加热到130℃，并在130℃保持3小时，最后自然降温到室温，用去离子水洗涤，去除残留杂质，然后80℃真空干燥12小时；
5)将步骤4)得到的产物加热到去离子水中，形成质量百分比为10%的悬浊液，在室温下超声分散60min，然后将悬浊液加热到150℃，保持5小时，最后自然降温到室温；
6）取步骤5）的碳纳米管5g和分子量为600的聚乙二醇1g，用乙醇100ml配制成混合液，经超声分散均匀后，在第一电极表面均匀涂覆，然后在150℃下加热2h，得到气体敏感膜。
实施例3：
一种检测微量苯的气体检测系统，包括气室，气室内设有气体传感器，外室外设有与气体传感器相连的CHI电化学分析仪以及与气室相连的传感器还原装置、待测气体进气口和尾气处理装置；所述气体传感器包括自上而下依次分布的厚度为8μm的气体敏感膜、第一电极和第二电极，第二电极由铝板经阳极氧化制备而成，第一电极为将贵金属在第二电极表面采用直流磁控溅射工艺制备而成，气体敏感膜由处理后的碳纳米管在第一电极表面涂覆而成。
传感器还原装置采用氮气对气室内进行对气体传感器进行冲洗，使气体传感器在检测苯后，恢复清洁。尾气处理装置上设有出气阀门，并采用乙醇对产生的废气进行处理，防止废气造成空气污染。在使用时，首先用传感器还原装置将氮气通入气室内，将气室内空气排尽，降低干扰，然后将含有苯的待测气体，从待测气体进气口进入气室，气体传感器将检测到的信号由CHI电化学分析仪检测分析，并最终被与CHI电化学分析仪连接的电脑进行最后的分析，得出结果。
第二电极由以下步骤制备而成：
取厚度为3mm的高纯铝板，首先将其在体积比为2:1的丙酮和乙醇混合溶液中超声清洗20min，接着在体积比为4:1的乙醇和高氯酸混合溶液中抛光（Ra≤0.01μm）5min；然后，用去离子水洗净置入0.35mol/L的草酸溶液中，在直流电压为25V下阳极氧化1h，在高纯铝板表面镀阳极氧化铝薄膜；接着置于温度为45℃、摩尔浓度为0.3mol/L、体积比为2:1的磷酸和铬酸混合溶液中30min，去除阳极氧化铝薄膜；然后在相同条件下二次阳极氧化40min后，再次在高纯铝板表面镀一层厚度为5μm的阳极氧化铝薄膜，取出后在温度为50℃、质量百分比为4%的磷酸溶液中扩孔15min，得多孔阳极氧化铝模板，即为第二电极。其中，多孔阳极氧化铝模板扩孔后孔的内径为60nm，孔的间距为60nm，孔的深度为2±0.5μm。
第一电极由以下步骤制备而成：
采用纯度5N的金靶为靶材，控制本底真空为6×10-3Pa、启辉电压为0.26kV、电流为25mA、直流溅射过程的功率为9W，最终控制第一电极的厚度为50nm。
气体敏感膜的制备步骤如下：
1）首先将碳纳米管采用浓硝酸进行纯化处理30-50min，然后以去离子水清洗使其pH值为7，然后加入到镀铜液中进行镀铜反应，镀铜液的成分包括：20g/L硫酸铜，2g/L氯化镍，35mg/L聚乙二醇，15mL/L甲醛，38g/L酒石酸钾，20/L的纳米稀土氧化物（氧化铈）；以氢氧化钠溶液调整pH值至10，在30℃下反应60min，最后将碳纳米管收集；
2)将处理后的碳纳米管浸渍于5g/L的SnC12溶液7min，其中每500ml的SnC12溶液加入1g碳纳米管，分离并去离子水清洗，然后再浸渍于3g/L的PdC12溶液中7min，其中每500ml的PdC12溶液中加入8g碳纳米管，然后分离去离子水清洗，烘干；
3)将0.1g碳纳米管和0.5g硫酸钛加入到25mL的丙醇中超声50min进行分散，并控制在40℃；
4)将3)中的混合溶液加热到130℃，并在130℃保持3小时，最后自然降温到室温，用去离子水洗涤，去除残留杂质，然后50℃真空干燥12小时；
5)将步骤4)得到的产物加热到去离子水中，形成质量百分比为20%的悬浊液，在室温下超声分散20min，然后将悬浊液加热到150℃，保持5小时，最后自然降温到室温。
6）取步骤5）的碳纳米管10g和分子量为800的聚乙二醇2g，用乙醇100ml配制成混合液，经超声分散均匀后，在第一电极表面均匀涂覆，然后在100℃下加热2h，得到气体敏感膜。
Claims (8)
1. 一种检测微量苯的气体检测系统，其特征在于，包括气室，气室内设有气体传感器，外室外设有与气体传感器相连的CHI电化学分析仪以及与气室相连的传感器还原装置、待测气体进气口和尾气处理装置；所述气体传感器包括自上而下依次分布的气体敏感膜、第一电极和第二电极，第二电极由铝板经阳极氧化制备而成，第一电极为将贵金属在第二电极表面采用直流磁控溅射工艺制备而成，气体敏感膜由处理后的碳纳米管在第一电极表面涂覆而成；
第二电极由以下步骤制备而成：取厚度为1-5mm的高纯铝板，首先将其在体积比为1-2:1的丙酮和乙醇混合溶液中超声清洗15-30min，接着在体积比为2-4:1的乙醇和高氯酸混合溶液中抛光（Ra≤0.01μm）5-15min；然后，用去离子水洗净置入0.25-0.35mol/L的草酸溶液中，在直流电压为25-40V下阳极氧化0.5-1h，在高纯铝板表面镀阳极氧化铝薄膜；接着置于温度为45-50℃、摩尔浓度为0.25-0.35mol/L、体积比为1-3:1的磷酸和铬酸混合溶液中10-30min，去除阳极氧化铝薄膜；然后在相同条件下二次阳极氧化20-40min后，再次在高纯铝板表面镀一层厚度为3-10μm的阳极氧化铝薄膜，取出后在温度为45-50℃、质量百分比为3-6%的磷酸溶液中扩孔10-20min，得多孔阳极氧化铝模板，即为第二电极；
所述第一电极为叉指电极，由以下步骤制备而成：采用纯度5N的金靶为靶材，控制本底真空为5.5-7×10-3Pa、启辉电压为0.26kV、电流为25mA、直流溅射过程的功率为8-10W，最终控制第一电极的厚度为30-50nm；
气体敏感膜的制备包括以下步骤：
1）首先将碳纳米管采用浓硝酸进行纯化处理30-50min，然后以去离子水清洗使其pH值为6.6-7.2，然后加入到镀铜液中进行镀铜反应，镀铜液的成分包括：20-24g/L硫酸铜，1-2g/L氯化镍，33-39mg/L聚乙二醇，13-15mL/L甲醛，33-38g/L酒石酸钾；以氢氧化钠溶液调整pH值至9.8-10.2，在20-30℃下反应30-60min，最后将碳纳米管收集；
2)将步骤1）处理后的碳纳米管浸渍于5g/L的SnC12溶液5-10min，其中每500ml的SnC12溶液加入1-3g碳纳米管，分离并去离子水清洗，然后再浸渍于1-5g/L的PdC12溶液中5-10min，其中每500ml的PdC12溶液中加入5-10g碳纳米管，然后分离去离子水清洗，烘干；
3)将0.1-0.5g步骤2）的碳纳米管和0.5g硫酸钛加入到20-30mL的丙醇中超声20-60min进行分散，并控制在40-50℃，得混合溶液；
4)将3)中的混合溶液加热到130℃，并在130℃保持3小时，最后自然降温到室温，用去离子水洗涤，去除残留杂质，然后50-80℃真空干燥12小时；
5)将步骤4)得到的产物加热到去离子水中，形成质量百分比为10-20%的悬浊液，在室温下超声分散20-60min，然后将悬浊液加热到150℃，保持5小时，最后自然降温到室温；
6）以去离子水将步骤5）的碳纳米管配成3-5mg/mL的悬浊液，经超声处理分散均匀后，在第一电极表面均匀涂抹，然后在烘箱中55-58℃下热烘20-28min，得到气体敏感膜。
2.根据权利要求1所述的一种检测微量苯的气体检测系统，其特征在于，所述气体敏感膜的制备中步骤6）为：取步骤5）的碳纳米管5-10g和聚乙二醇0.5-2g，用乙醇100ml配制成混合液，经超声分散均匀后，在第一电极表面均匀涂覆，然后在100-150℃下加热1-3h，得到气体敏感膜。
3.根据权利要求2所述的一种检测微量苯的气体检测系统，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为600-900。
4.根据权利要求1所述的一种检测微量苯的气体检测系统，其特征在于，所述碳纳米管的管径为120-150nm。
5.根据权利要求1所述的一种检测微量苯的气体检测系统，其特征在于，所述步骤1）中镀铜液还包括20-50g/L的纳米稀土氧化物。
6.根据权利要求5所述的一种检测微量苯的气体检测系统，其特征在于，所述纳米稀土氧化物为氧化镧、氧化铈或氧化镨。
7.根据权利要求1所述的一种检测微量苯的气体检测系统，其特征在于，所述气体敏感膜的厚度为5-10μm。
8.根据权利要求1所述的一种检测微量苯的气体检测系统，其特征在于，所述多孔阳极氧化铝模板扩孔后孔的内径为20-60nm，孔的间距为40-60nm，孔的深度为2±0.5μm。
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