CN108398422A - 同时测定空气中硫化氢、苯和三甲胺的敏感材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种同时测定空气中硫化氢、苯和三甲胺的敏感材料，其特征是由CoO、ZnO和In2O3组成的复合粉体材料，其中各组分的质量百分数范围为25‑35％CoO、35‑45％ZnO和25‑32％In2O3。其制备方法是：将钴盐、锌盐和铟盐共溶于盐酸水溶液中，加入羧甲基纤维素钠，滴加氨水使溶液pH值为6.8，升温挥发成胶状物，将此胶状物烘干，在箱式电阻炉中煅烧，在管式真空炉中高温煅烧，自然冷却得到由CoO、ZnO和In2O3组成的复合粉体材料。使用本发明所提供的敏感材料制作的气体传感器，可以在现场快速、准确测定空气中的微量硫化氢、苯和三甲胺而不受其它常见共存物的干扰。

Description

同时测定空气中硫化氢、苯和三甲胺的敏感材料
技术领域
本发明涉及一种同时测定空气中硫化氢、苯和三甲胺的敏感材料，特别是由CoO、ZnO和In2O3组成的复合粉体材料，属于传感技术领域。
背景技术
硫化氢是可燃性无色气体，具有典型的臭蛋味，一般是某些化学反应和蛋白质自然分解过程的产物。接触硫化氢较多的行业主要有污水处理、造纸、石油加工、化肥制造、化学纤维制造以及某些化工原料制造等。人体吸入硫化氢可引起急性中毒和慢性损害。急性硫化氢中毒可分为三级，轻度中毒、中度中毒和重度中毒，不同程度的中毒，其临床表现有明显的差别。轻度中毒表现为畏光、流泪、眼刺痛、异物感、流涕、鼻及咽喉灼热感等症状，检查可见眼结膜充血、肺部干性罗音等，此外，还可有轻度头昏、头痛、乏力症状；中度中毒表现为立即出现头昏、头痛、乏力、恶心、呕吐、共济失调等症状，可有短暂意识障碍，同时可引起呼吸道粘膜刺激症状和眼刺激症状，检查可见肺部干性或湿性罗音，眼结膜充血、水肿等；重度中毒表现为明显的中枢神经系统的症状，首先出现头晕、心悸、呼吸困难、行动迟钝，继而出现烦躁、意识模糊、呕吐、腹泻、腹痛和抽搐，迅速进入昏迷状态，最后可因呼吸麻痹而死亡。在接触极高浓度硫化氢时，可发生“电击样”中毒，接触者在数秒内突然倒下，呼吸停止。长期反复吸入低浓度的硫化氢可引起嗅觉减退，以及出现神经衰弱综合征和植物神经功能障碍。苯已经被世界卫生组织确定为致癌物质。空气中的苯主要来源于建筑涂料、装饰油漆、胶粘剂溶液和汽车尾气等。苯是室内空气中的主要污染物之一，对人体健康有很大威胁。慢性苯中毒主要是对皮肤、眼睛和上呼吸道有刺激作用；经常接触苯，皮肤可因脱脂而变干燥脱屑，有的出现过敏性湿疹；长期吸入苯能导致再生障碍性贫血。三甲胺属于气状污染物，常温下为无色有鱼油臭味的气体(鱼类产品的腥味主要来自于三甲胺)，易燃易爆，且对人的眼、鼻、咽喉和呼吸道有较强烈刺激作用，长期接触危害较大，三甲胺的存在及其浓度是评估肉类和鱼类食品质量的重要标准，是表征某些代谢缺陷疾病的气味标识，是环境恶臭污染控制的主要对象，是某些工农业生产质量控制的关键参数。在许多生活场所，如居民厨房、冷藏库和商场水产品售卖处，这三种分子常常同时存在，因此，建立对空气中微量硫化氢、苯和三甲胺浓度的快速分析方法具有一定的现实意义。
硫化氢、苯和三甲胺的测定方法主要有气相色谱法、高效液相色谱法、分光光度法、红外光谱法、流动注射分析法、电化学法和离子色谱法等，由于这些方法都需要预先富集和适当处理才能通过大型分析仪器完成测定，因此耗时长不易现场实现。发明专利ZL201210014216.4公开了一种检测硫化氢的纳米敏感材料，用这种敏感材料制作的硫化氢传感器，可以在现场快速测定微量硫化氢含量，但苯、甲醛、三甲胺和乙酸等也有响应信号。发明专利ZL200910223546.2公开了一种监测苯系物的纳米敏感材料，利用这种材料制备的传感器可以监测空气中的微量苯，但三甲胺、二甲醚、硫化氢和乙酸等也有响应信号。发明专利ZL201210170269.5公开了一种监测三甲胺的敏感材料，其制出的传感器可以监测空气中的微量三甲胺，但苯、甲醛、盐酸、乙酸和二甲醚等也有响应信号。
发明内容
本发明的目的是克服以往技术的不足，提供一种对硫化氢、苯和三甲胺都有响应的催化发光敏感材料及其制备方法。用这种敏感材料制作的监测硫化氢、苯和三甲胺的气体传感器，可以在现场快速、准确测定空气中的微量硫化氢、苯和三甲胺而不受其它共存物的干扰。
本发明所述的敏感材料是由CoO、ZnO和In2O3组成的复合粉体材料，其制备方法如下：
将钴盐、锌盐和铟盐共溶于8-12％的盐酸水溶液中，在连续搅拌状态下加入羧甲基纤维素钠使溶液保持澄清状态，滴加10％的氨水使溶液pH值为6.8，升温并保持40-45℃静置挥发6-10小时使溶液逐渐粘稠并变成胶状物，将此胶状物置于烘箱中干燥成干胶块，充分研磨后，在箱式电阻炉中以每分钟不超过3℃的速度升温至400℃，保持此温度5小时，自然冷却后转移至管式炉中抽真空至1×10-2Pa，以每分钟不超过5℃的速度升温至920℃，保持此温度2小时，通入氦气至0.5个大气压，自然冷却至室温后放空，得到由CoO、ZnO和In2O3组成的复合粉体材料。
其中，钴盐是硝酸钴、碳酸钴、硫酸钴、氯化钴、醋酸钴和磷酸钴的无水物或水合物的一种或几种的混合物，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。铟盐是氯化铟、硝酸铟、硫酸铟、醋酸铟和磷酸铟的无水物或水合物的一种或两种的混合物。
制得的复合粉体材料中各组分质量分数满足CoO(25-35％)、ZnO(35-45％)和In2O3(25-32％)时，可用于作为同时测定空气中硫化氢、苯和三甲胺的敏感材料。
具体实施方式
实施例1
将六水硝酸钴、二水氯化锌和氯化铟共溶于10％的盐酸水溶液中，在连续搅拌状态下加入羧甲基纤维素钠使溶液保持澄清状态，滴加10％的氨水使溶液pH值为6.8，升温并保持45℃静置挥发6小时使溶液逐渐粘稠并变成胶状物，将此胶状物置于烘箱中干燥成干胶块，充分研磨后，在箱式电阻炉中以每分钟不超过3℃的速度升温至400℃，保持此温度5小时，自然冷却后转移至管式炉中抽真空至1×10-2Pa，以每分钟不超过5℃的速度升温至920℃，保持此温度2小时，通入氦气至0.5个大气压，自然冷却至室温后放空，得到由CoO、ZnO和In2O3组成的复合粉体材料。
分析：用透射电子显微镜测试此复合粉体材料，其最大粒径不超过45nm，平均粒径约为32nm；对其进行成分分析，测得各组分质量百分数分别为27.5％CoO、44.2％ZnO、28.3％In2O3。
应用：以此复合粉体作为催化发光敏感材料检测空气中的硫化氢、苯和三甲胺，线性范围为硫化氢0.1-59mg/m3、苯0.1-53mg/m3和三甲胺0.2-75mg/m3，检出限为硫化氢0.05mg/m3、苯0.06mg/m3和三甲胺0.10mg/m3，其它常见共存物没有干扰。
实施例2
将水合碳酸钴、硫酸钴、四水硫酸锌和三水硝酸铟共溶于11％的盐酸水溶液中，在连续搅拌状态下加入羧甲基纤维素钠使溶液保持澄清状态，滴加10％的氨水使溶液pH值为6.8，升温并保持44℃静置挥发7小时使溶液逐渐粘稠并变成胶状物，将此胶状物置于烘箱中干燥成干胶块，充分研磨后，在箱式电阻炉中以每分钟不超过3℃的速度升温至400℃，保持此温度5小时，自然冷却后转移至管式炉中抽真空至1×10-2Pa，以每分钟不超过5℃的速度升温至920℃，保持此温度2小时，通入氦气至0.5个大气压，自然冷却至室温后放空，得到由CoO、ZnO和In2O3组成的复合粉体材料。
分析：用透射电子显微镜测试此复合粉体材料，其最大粒径不超过45nm，平均粒径约为32nm；对其进行成分分析，测得各组分质量百分数分别为30.8％CoO、42.3％ZnO、30.5％In2O3。
应用：以此复合粉体作为催化发光敏感材料检测空气中的硫化氢、苯和三甲胺，线性范围为硫化氢0.1-50mg/m3、苯0.1-57mg/m3和三甲胺0.2-72mg/m3，检出限为硫化氢0.05mg/m3、苯0.06mg/m3和三甲胺0.10mg/m3，其它常见共存物没有干扰。
实施例3
将六水氯化钴、六水硝酸锌、六水高氯酸锌和五水硫酸铟共溶于8％的盐酸水溶液中，在连续搅拌状态下加入羧甲基纤维素钠使溶液保持澄清状态，滴加10％的氨水使溶液pH值为6.8，升温并保持43℃静置挥发8小时使溶液逐渐粘稠并变成胶状物，将此胶状物置于烘箱中干燥成干胶块，充分研磨后，在箱式电阻炉中以每分钟不超过3℃的速度升温至400℃，保持此温度5小时，自然冷却后转移至管式炉中抽真空至1×10-2Pa，以每分钟不超过5℃的速度升温至920℃，保持此温度2小时，通入氦气至0.5个大气压，自然冷却至室温后放空，得到由CoO、ZnO和In2O3组成的复合粉体材料。
分析：用透射电子显微镜测试此复合粉体材料，其最大粒径不超过45nm，平均粒径约为32nm；对其进行成分分析，测得各组分质量百分数分别为29.8％CoO、39.7％ZnO、30.5％In2O3。
应用：以此复合粉体作为催化发光敏感材料检测空气中的硫化氢、苯和三甲胺，线性范围为硫化氢0.2-89mg/m3、苯0.15-65mg/m3和三甲胺0.2-77mg/m3，检出限为硫化氢0.1mg/m3、苯0.08mg/m3和三甲胺0.10mg/m3，其它常见共存物没有干扰。
实施例4
将四水醋酸钴、磷酸二氢锌、醋酸铟和磷酸铟共溶于9％的盐酸水溶液中，在连续搅拌状态下加入羧甲基纤维素钠使溶液保持澄清状态，滴加10％的氨水使溶液pH值为6.8，升温并保持42℃静置挥发9小时使溶液逐渐粘稠并变成胶状物，将此胶状物置于烘箱中干燥成干胶块，充分研磨后，在箱式电阻炉中以每分钟不超过3℃的速度升温至400℃，保持此温度5小时，自然冷却后转移至管式炉中抽真空至1×10-2Pa，以每分钟不超过5℃的速度升温至920℃，保持此温度2小时，通入氦气至0.5个大气压，自然冷却至室温后放空，得到由CoO、ZnO和In2O3组成的复合粉体材料。
分析：用透射电子显微镜测试此复合粉体材料，其最大粒径不超过45nm，平均粒径约为32nm；对其进行成分分析，测得各组分质量百分数分别为34.4％CoO、36.9％ZnO、28.7％In2O3。
应用：以此复合粉体作为催化发光敏感材料检测空气中的硫化氢、苯和三甲胺，线性范围为硫化氢0.15-53mg/m3、苯0.1-55mg/m3和三甲胺0.2-74mg/m3，检出限为硫化氢0.08mg/m3、苯0.06mg/m3和三甲胺0.10mg/m3，其它常见共存物没有干扰。
实施例5
将八水磷酸钴、二水醋酸锌和磷酸铟共溶于12％的盐酸水溶液中，在连续搅拌状态下加入羧甲基纤维素钠使溶液保持澄清状态，滴加10％的氨水使溶液pH值为6.8，升温并保持40℃静置挥发10小时使溶液逐渐粘稠并变成胶状物，将此胶状物置于烘箱中干燥成干胶块，充分研磨后，在箱式电阻炉中以每分钟不超过3℃的速度升温至400℃，保持此温度5小时，自然冷却后转移至管式炉中抽真空至1×10-2Pa，以每分钟不超过5℃的速度升温至920℃，保持此温度2小时，通入氦气至0.5个大气压，自然冷却至室温后放空，得到由CoO、ZnO和In2O3组成的复合粉体材料。
分析：用透射电子显微镜测试此复合粉体材料，其最大粒径不超过45nm，平均粒径约为32nm；对其进行成分分析，测得各组分质量百分数分别为31.8％CoO、40.6％ZnO、27.6％In2O3。
应用：以此复合粉体作为催化发光敏感材料检测空气中的硫化氢、苯和三甲胺，线性范围为硫化氢0.2-76mg/m3、苯0.1-52mg/m3和三甲胺0.2-74mg/m3，检出限为硫化氢0.1mg/m3、苯0.05mg/m3和三甲胺0.10mg/m3，其它常见共存物没有干扰。

Claims (2)

1.同时测定空气中硫化氢、苯和三甲胺的敏感材料，其特征是CoO、ZnO和In2O3组成的复合粉体材料，其中各组分的质量百分数范围为25-35％CoO、35-45％ZnO和25-32％In2O3，其制备方法是：将钴盐、锌盐和铟盐共溶于8-12％的盐酸水溶液中，在连续搅拌状态下加入羧甲基纤维素钠使溶液保持澄清状态，滴加10％的氨水使溶液pH值为6.8，升温并保持40-45℃静置挥发6-10小时使溶液逐渐粘稠并变成胶状物，将此胶状物置于烘箱中干燥成干胶块，充分研磨后，在箱式电阻炉中以每分钟不超过3℃的速度升温至400℃，保持此温度5小时，自然冷却后转移至管式炉中抽真空至1×10-2Pa，以每分钟不超过5℃的速度升温至920℃，保持此温度2小时，通入氦气至0.5个大气压，自然冷却至室温后放空，得到由CoO、ZnO和In2O3组成的复合粉体材料。
2.根据权利要求1所述的同时测定空气中硫化氢、苯和三甲胺的敏感材料，其特征是所述的钴盐是硝酸钴、碳酸钴、硫酸钴、氯化钴、醋酸钴和磷酸钴的无水物或水合物的一种或几种的混合物，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。铟盐是氯化铟、硝酸铟、硫酸铟、醋酸铟和磷酸铟的无水物或水合物的一种或两种的混合物。
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