CN103837527A - 甲醛检测装置、其制备方法及甲醛检测方法 - Google Patents

Abstract

一种甲醛检测装置，用于检测甲醛的浓度是否超标，甲醛捕捉器及酚酞滴加器，所述甲醛捕捉器包括环氧树脂壳体及部分收容在所述环氧树脂壳体中的氨基化氧化石墨烯探头，且所述氨基化氧化石墨烯探头外露环氧树脂壳体的部分与外界大气相通，所述氨基化氧化石墨烯探头中氨基的质量含量为0.45%。上述甲醛检测装置可以简单快速检测甲醛是否超标。本发明还提供上述甲醛检测装置的制备方法及一种甲醛检测方法。

Description

甲醛检测装置、其制备方法及甲醛检测方法

技术领域

本发明涉及一种甲醛检测装置、其制备方法及使用甲醛检测装置的甲醛检测方法。

背景技术

甲醛在2006年确定为1类致癌物，人长期接触吸入12mg/m³会引起嗜睡、无力、头痛、手指震颤、视力减退；人长时间吸入20~70mg/m³会引起食欲丧失、体重减轻、无力、头痛、失眠。居民住房甲醛含量要低于0.12mg/m³，所以监测环境中的甲醛含量非常有意义。

室内环境和作业场所空气中甲醛浓度测试多采用空气采样法，即利用采样泵抽取一定体积的空气样品经过甲醛吸收瓶，之后采用过化学比色进行分析。该方法需要专业人员、专业设备进行分析测试，且耗时较久，费用较高，不适合普通百姓家庭使用。

发明内容

基于此，有必要提供一种简单、快速的测试甲醛浓度是否超标的甲醛检测装置、其制备方法及甲醛检测方法。

一种甲醛检测装置，用于检测甲醛的浓度是否超标，所述甲醛检测装置包括甲醛捕捉器及酚酞滴加器，所述甲醛捕捉器包括环氧树脂壳体及部分收容在所述环氧树脂壳体中的氨基化氧化石墨烯探头，且所述氨基化氧化石墨烯探头外露环氧树脂壳体的部分与外界大气相通，所述氨基化氧化石墨烯探头中氨基的质量含量为0.45%。

在其中一个实施例中，所述氨基化氧化石墨烯探头的尺寸为20mm×10mm×1mm。

在其中一个实施例中，所述环氧树脂壳体的材料包括环氧树脂及固化剂，所述环氧树脂与所述固化剂的质量比为1:1~1:2。

一种甲醛检测装置的制备方法，包括如下步骤：

将氧化石墨、质量浓度为30%的氨水及去离子水混合后超声分散，得到氨基化氧化石墨烯悬浮液，其中，所述氧化石墨与所述氨水的固液比为1g:30ml；

将所述氨基化氧化石墨烯悬浮液过滤后洗涤滤渣，将洗涤后的滤渣真空干燥后研磨得到氨基化氧化石墨烯，所述氨基化氧化石墨烯中氨基的含量为0.45%；

将所述氨基化氧化石墨烯压制成氨基化氧化石墨烯探头；

将环氧树脂涂敷在所述氨基化氧化石墨烯探头的部分表面形成环氧树脂壳体，且所述氨基化氧化石墨烯探头外露环氧树脂壳体的部分与外界大气相通，即得到甲醛捕捉器。

在其中一个实施例中，所述氨水与所述去离子水的体积比为1：10~1：2。

在其中一个实施例中，所述超声分散的时间为30分钟~120分钟。

在其中一个实施例中，所述真空干燥的温度为60℃~80℃。

在其中一个实施例中，所述真空干燥的时间为24小时~48小时。

在其中一个实施例中，所述环氧树脂壳体的材料还包括固化剂，所述环氧树脂与所述固化剂的质量比为1:1~1:2。

一种使用上述甲醛检测装置的甲醛检测方法，包括以下步骤：

将所述甲醛捕捉器放置于待测环境中三个小时；

使用酚酞滴加器通过所述通孔向所述氨基化氧化石墨烯探头滴加酚酞试剂；及

根据酚酞的颜色是否变化判断待测环境的甲醛浓度是否超标。上述甲醛检测装置中氨基化氧化石墨烯探头显碱性，检测时，把甲醛检测装置的甲醛捕捉器放置于待测环境中一段时间后，空气中的每一个甲醛通过环氧树脂壳体的通孔与氨基化氧化石墨烯探头接触并与氨基化氧化石墨烯中的一个氨基发生反应生成~N=CH₂；每一个甲醛与一个氨基发生反应，由于甲醛检测装置中氨基化氧化石墨烯探头中氨基的含量为0.45%，当空气中甲醛的含量大于等于0.12mg/m³时，氨基化氧化石墨烯探头中的氨基完全与甲醛发生反应，此时在使用酚酞滴加器通过通孔向氨基化氧化石墨烯探头滴上酚酞，酚酞无反应，说明甲醛含量超标；当空气中甲醛的含量小于0.12mg/m³时，氨基化氧化石墨烯探头中的氨基只有部分与甲醛发生反应，此时使用酚酞滴加器通过通孔向氨基化氧化石墨烯探头滴上酚酞，由于氨基呈碱性，则酚酞变成红色，说明甲醛含量不超标；使用上述甲醛检测装置检测甲醛浓度是否超标操作简单，且快速；上述甲醛检测装置的制备方法工艺简单。

附图说明

图1为一实施方式的氨基化氧化石墨烯的制备方法的流程图；

图2为一实施方式的甲醛检测方法的流程图；

图3为实施例1的甲醛捕捉器结构示意图；其中，1——圆柱，2——粘结剂，3——通孔，4——氨基化氧化石墨烯探头。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

一实施方式的甲醛检测装置，用于检测甲醛的浓度是否超标，甲醛检测装置包括甲醛捕捉器及酚酞滴加器，甲醛捕捉器包括环氧树脂壳体及部分收容在环氧树脂壳体中的氨基化氧化石墨烯探头，且所述氨基化氧化石墨烯探头外露环氧树脂壳体的部分与外界大气相通，氨基化氧化石墨烯探头中氨基的质量含量为0.45%。

所述氨基化氧化石墨烯探头外露用于与大气中的游离甲醛分子接触反应，同时，酚酞滴加器也可以通过氨基化氧化石墨烯探头外露部分滴加酚酞，用以观察酚酞的颜色变化，从而判断空气中甲醛是否超标。

一般状态下，通过在环氧树脂壳体上开设若干通孔，使氨基化氧化石墨烯探头位于通孔部分通过通孔与外界大气相接触，便于接触大气中的游离甲醛分子并反应；同时，酚酞滴加器也可以通过通孔向氨基化氧化石墨烯探头滴加酚酞。

优选的，氨基化氧化石墨烯探头为尺寸为20mm×10mm×1mm的块状。

优选的，环氧树脂壳体的材料包括环氧树脂及固化剂，环氧树脂与所述固化剂的质量比为1:1~1:2；在本发明中，固化剂采用常用的固化剂，如，脂肪族二胺和多胺、芳香族多胺、其它含氮化合物及改性脂肪胺、有机酸、酸酐、和三氟化硼及其络合物。

优选的，通孔的数量为5个。

上述甲醛检测装置中氨基化氧化石墨烯探头显碱性，检测时，把甲醛检测装置的甲醛捕捉器放置于待测环境中一段时间后，空气中的每一个甲醛通过环氧树脂壳体的通孔与氨基化氧化石墨烯探头接触并与氨基化氧化石墨烯中的一个氨基发生反应生成~N=CH₂；每一个甲醛与一个氨基发生反应，由于甲醛检测装置中氨基化氧化石墨烯探头中氨基的含量为0.45%，当空气中甲醛的含量大于等于0.12mg/m³时，氨基化氧化石墨烯探头中的氨基完全与甲醛发生反应，此时在使用酚酞滴加器通过通孔向氨基化氧化石墨烯探头滴上酚酞，酚酞无反应，说明甲醛含量超标；当空气中甲醛的含量小于0.12mg/m³时，氨基化氧化石墨烯探头中的氨基只有部分与甲醛发生反应，此时使用酚酞滴加器通过通孔向氨基化氧化石墨烯探头滴上酚酞，由于氨基呈碱性，则酚酞变成红色，说明甲醛含量不超标；使用上述甲醛检测装置检测甲醛浓度是否超标操作简单，且快速。

请参阅图1，上述甲醛检测装置的制备方法，包括如下步骤：

步骤S110、将氧化石墨、质量浓度为25%的氨水及去离子水混合后超声分散，得到氨基化氧化石墨烯悬浮液，氧化石墨与氨水的固液比为1g:30ml。

质量浓度为25%的氨水的密度为0.956~0.922g/cm³。

优选的，氨水与去离子水的体积比为1：10~1：2。

优选的，超声分散的时间为30分钟~120分钟。

该步骤中，氧化石墨超声分散后形成氧化石墨烯，氨水与氧化石墨烯中的羧基发生反应生成氨基化氧化石墨烯。

步骤S120、将氨基化氧化石墨烯悬浮液过滤后洗涤滤渣，将洗涤后的滤渣真空干燥后研磨得到氨基化氧化石墨烯，氨基化氧化石墨烯中氨基的含量为0.45%。

优选的，真空干燥的温度为60℃~80℃。

优选的，真空干燥的时间为24小时~48小时。

步骤S130、将氨基化氧化石墨烯压制成氨基化氧化石墨烯探头。

优选的，氨基化氧化石墨烯探头为尺寸为20mm×10mm×1mm的块状。

步骤S140、将环氧树脂涂敷在氨基化氧化石墨烯探头的部分表面形成环氧树脂壳体，且所述氨基化氧化石墨烯探头外露环氧树脂壳体的部分与外界大气相通，即得到甲醛捕捉器。

一般状态下，通过在环氧树脂壳体上开设若干通孔，使氨基化氧化石墨烯探头位于通孔部分通过通孔与外界大气相接触，便于接触大气中的游离甲醛分子并反应；同时，酚酞滴加器也可以通过通孔向氨基化氧化石墨烯探头滴加酚酞。

优选的，环氧树脂壳体的材料还包括固化剂，所述环氧树脂与所述固化剂的质量比为1:1~1:2。

优选的，通孔的数量为5个。

优选的，酚酞滴加器可以直接购买，滴管或注射器等均可作为酚酞滴加器。

上述甲醛检测装置的制备方法较为简单。

请参阅图2，一种使用上述甲醛检测装置的甲醛检测方法，包括以下步骤：

步骤S210、将甲醛捕捉器放置于待测环境中三个小时。

该步骤参照GB50325-2006《民用建筑工程室内环境污染控制规范》进行。

将甲醛捕捉器放置于待测环境中后，空气中的甲醛通过环氧树脂壳体的通孔与氨基化氧化石墨烯探头接触并与氨基化氧化石墨烯中的一个氨基发生反应生成~N=CH₂。

步骤S220、使用酚酞滴加器通过通孔向氨基化氧化石墨烯探头滴加酚酞试剂。

步骤S230、根据酚酞的颜色是否变化判断待测环境的甲醛浓度是否超标。

若酚酞变成红色表明待测环境甲醛含量低于0.12mg/m³，若酚酞不变色表明待测环境甲醛浓度等于或高于0.12mg/m³；其中，0.12mg/m³的浓度是判断甲醛是否超标的一个临界浓度值，甲醛浓度小于0.12mg/m³，则不超标，否则超标。

0.12mg/m³的浓度值通过换算成氨基化氧化石墨中氨基（GO-NH₂）的质量含量此时，：

H₂COOH+GO-NH₂——NH₃H₂O+GO-COO

在规定3小时时间里，传感器中将有体积为20mm×10mm×1mm范围内的氨基与甲醛反应，此时，质量含量为0.45%的氨基与环境浓度为0.12mg/m³的甲醛反应。

上述甲醛检测方法操作简单，且快速。

具体检测时，甲醛检测装置中甲醛捕捉器的防止参照GB50325-2006《民用建筑工程室内环境污染控制规范》规定，具体为：民用建筑工程验收时，室内环境污染物浓度检测点应按房间面积设置：

1.房间面积<50m²时，设1个检测点；

2.当房间面积50~100m²时，设2个检测点；

3.房间面积>100m²时，设3-5个检测点。

当房间内有2个及以上检测点时，应取各点检测结果的平均值作为该房间的检测值。

民用建筑工程验收时，环境污染物浓度现场检测点应距内墙面不小于0.5m、距楼地面高度0.8-1.5m；检测点应均匀分布，避开通风道和通风口。

以下结合具体实施例来进一步说明。

实施例1

1.将0.5g的氧化石墨、15ml浓度为25%的氨水同时加入到装有1L去离子水的烧杯中，将烧杯放置在超声清洗仪里超声30分钟，得到氨基化氧化石墨烯悬浮液。

2.将悬浮液过滤，清洗滤渣后在60℃真空干燥24小时，干燥后研磨成粉体，然后将粉体制成尺寸为20mm×10mm×1mm的氨基化氧化石墨烯探头。

3.将环氧树脂、固化剂按质量比为0.5：0.5的比例混合成粘结剂，将若干个氨基化氧化石墨烯探头环绕贴附在一圆柱（长为100mm，半径为17mm）的一端表面，再将粘结剂涂覆在氨基化氧化石墨烯探头的部分表面，且没有涂覆粘结剂的氨基化氧化石墨烯探头通过设置若干个通孔与外界大气相接触，待粘结剂固化后使氨基化氧化石墨烯探头固定在圆柱上，这样得到甲醛捕捉器，如图3所示。

4.将制备好的方块置于待测环境三小时，取五个点各滴上一滴酚酞，若成红色，则表明环境甲醛含量低，若无明显变化，即表明氨基已被甲醛取代，环境甲醛含量超标，从而实现甲醛检测。

该实施例中，0.5g氧化石墨的摩尔量为：0.5g/20.25g/mol=0.0247mol

氧化石墨中，能跟氨水反应的-COOH的量为0.506%，即-COOH的摩尔量为：0.0247mol×0.005=0.000125mol

氨基含量为：0.5g×0.0045=0.0025g

氨基摩尔量为：0.0025/18=0.000125mol，正好与-COOH的量相符。

15ml浓度为25%的氨水，氨含量为：0.898g/cm³*25%*0.015ml=0.00337g

氨的摩尔量为：0.00337/17=0.0002mol，表明氨水过量，足够反应。

对比例

对比例的甲醛检测装置制备过程与实施例1大致相同，其不同在于：氨水加入量为14.5ml，浓度为25%。

在一个0.5m³的反应箱里，通入0.06mg甲醛，然后将实施例1制备的甲醛检测装置及对比例1制备的甲醛检测装置放入其中，静置3小时后取出，滴酚酞检测，实施例1制备的甲醛检测装置无明显变化，对比例制备的甲醛检测装置的酚酞变红。

实施例2

1.将2g的氧化石墨、60ml浓度为25%的氨水同时加入到装有1L去离子水的烧杯中，将烧杯放置在超声清洗仪里超声120分钟，得到氨基化氧化石墨烯悬浮液。

2.将悬浮液过滤，清洗滤渣后在60℃真空干燥48小时，干燥后研磨成粉体，然后将粉体制成尺寸为20mm×10mm×1mm的氨基化氧化石墨烯探头。

3.将环氧树脂、固化剂按质量比为0.4：0.6的比例混合成粘结剂，将若干个氨基化氧化石墨烯探头环绕贴附在一圆柱（长为100mm，半径为20mm）的一端表面，再将粘结剂涂覆在氨基化氧化石墨烯探头的部分表面，且没有涂覆粘结剂的氨基化氧化石墨烯探头通过设置若干个通孔与外界大气相接触，待粘结剂固化后使氨基化氧化石墨烯探头固定在圆柱上，这样得到甲醛捕捉器。

4.将制备好的方块置于待测环境三小时，取五个点各滴上一滴酚酞，若成红色，则表明环境甲醛含量低，若无明显变化，即表明氨基已被甲醛取代，环境甲醛含量超标，从而实现甲醛检测。

实施例3

1.将1g的氧化石墨、30ml浓度为25%的氨水同时加入到装有1L去离子水的烧杯中，将烧杯放置在超声清洗仪里超声60分钟，得到氨基化氧化石墨烯悬浮液。

2.将悬浮液过滤，清洗滤渣后在60℃真空干燥36小时，干燥后研磨成粉体，然后将粉体制成尺寸为20mm×10mm×1mm的氨基化氧化石墨烯探头。

3.将环氧树脂、固体剂按质量比为0.33：0.66的比例混合成粘结剂，将若干个氨基化氧化石墨烯探头环绕贴附在一圆柱（长为100mm，半径为30mm）的一端表面，再将粘结剂涂覆在氨基化氧化石墨烯探头的部分表面，且没有涂覆粘结剂的氨基化氧化石墨烯探头通过设置若干个通孔与外界大气相接触，待粘结剂固化后使氨基化氧化石墨烯探头固定在圆柱上，这样得到甲醛捕捉器。

4.将制备好的方块置于待测环境三小时，取五个点各滴上一滴酚酞，若成红色，则表明环境甲醛含量低，若无明显变化，即表明氨基已被甲醛取代，环境甲醛含量超标，从而实现甲醛检测。

实施例4

1.将1.5g的氧化石墨、45ml浓度为25%的氨水同时加入到装有1L去离子水的烧杯中，将烧杯放置在超声清洗仪里超声80分钟，得到氨基化氧化石墨烯悬浮液。

2.将悬浮液过滤，清洗滤渣后在60℃真空干燥30小时，干燥后研磨成粉体，然后将粉体制成尺寸为20mm×10mm ×1mm的氨基化氧化石墨烯探头。

3.将粉体与环氧树脂、固体剂按质量比为15：0.5：0.5的比例混合成粘结剂，将若干个氨基化氧化石墨烯探头环绕贴附在一圆柱（长为100mm，半径为50mm）的一端表面，再将粘结剂涂覆在氨基化氧化石墨烯探头的部分表面，且没有涂覆粘结剂的氨基化氧化石墨烯探头通过设置若干个通孔与外界大气相接触，待粘结剂固化后使氨基化氧化石墨烯探头固定在圆柱上，这样得到甲醛捕捉器。

4.将制备好的方块置于待测环境三小时，取五个点各滴上一滴酚酞，若成红色，则表明环境甲醛含量低，若无明显变化，即表明氨基已被甲醛取代，环境甲醛含量超标，从而实现甲醛检测。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种甲醛检测装置，其特征在于，包括甲醛捕捉器及酚酞滴加器，所述甲醛捕捉器包括环氧树脂壳体及部分收容在所述环氧树脂壳体中的氨基化氧化石墨烯探头，且所述氨基化氧化石墨烯探头外露环氧树脂壳体的部分与外界大气相通，所述氨基化氧化石墨烯探头中氨基的质量含量为0.45%。

2.根据权利要求1所述的甲醛检测装置，其特征在于，所述氨基化氧化石墨烯探头的尺寸为20mm×10mm×1mm。

3.根据权利要求1所述的甲醛检测装置，其特征在于，所述环氧树脂壳体的材料包括环氧树脂及固化剂，所述环氧树脂与所述固化剂的质量比为1:1~1:2。

4.一种甲醛检测装置的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将氧化石墨、质量浓度为25%的氨水及去离子水混合后超声分散，得到氨基化氧化石墨烯悬浮液，其中，所述氧化石墨与所述氨水的固液比为1g:30ml；

将所述氨基化氧化石墨烯悬浮液过滤后洗涤滤渣，将洗涤后的滤渣真空干燥后研磨得到氨基化氧化石墨烯，所述氨基化氧化石墨烯中氨基的含量为0.45%；

将所述氨基化氧化石墨烯压制成氨基化氧化石墨烯探头；

将环氧树脂涂敷在所述氨基化氧化石墨烯探头的部分表面形成环氧树脂壳体，且所述氨基化氧化石墨烯探头外露环氧树脂壳体的部分与外界大气相通，即得到甲醛捕捉器。

5.根据权利要求4所述的甲醛检测装置的制备方法，其特征在于，所述氨水与所述去离子水的体积比为1：10~1：2。

6.根据权利要求4所述的甲醛检测装置的制备方法，其特征在于，所述超声分散的时间为30分钟~120分钟。

7.根据权利要求4所述的甲醛检测装置的制备方法，其特征在于，所述真空干燥的温度为60℃~80℃。

8.根据权利要求4所述的甲醛检测装置的制备方法，其特征在于，所述真空干燥的时间为24小时~48小时。

9.根据权利要求4所述的甲醛检测装置的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂壳体的材料还包括固化剂，所述环氧树脂与所述固化剂的质量比为1:1~1:2。

10.一种使用权利要求1~3任一项所述的甲醛检测装置的甲醛检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述甲醛捕捉器放置于待测环境中三个小时；

使用酚酞滴加器通过所述通孔向所述氨基化氧化石墨烯探头滴加酚酞试剂；及

根据酚酞的颜色是否变化判断待测环境的甲醛浓度是否超标。

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