氧化锡/纳米ZSM-5复合材料的制备方法及应用技术

技术编号:18567418 阅读:91 留言:0更新日期:2018-08-01 04:04
本发明专利技术涉及气敏材料技术领域,具体涉及氧化锡/纳米ZSM‑5复合材料的制备方法及应用。本发明专利技术利用水热法合成了纳米级的ZSM‑5型沸石,利用浸渍法将所制备的沸石与SnO2进行复合,由于自发单层分散原理在沸石表面形成了粒径为10nm的SnO2颗粒,以此材料作为气敏材料制备了气体传感器。在该复合材料外又涂覆一层纳米ZSM‑5材料制作旁热式气体传感器,经测试发现该传感器对甲醛的响应值有较大提高,对丙酮起到很好的抑制作用。

Preparation and application of tin oxide / nano ZSM-5 Composites

The invention relates to the technical field of gas sensing materials, in particular to the preparation method and application of tin oxide / nano ZSM (5) composite materials. The nano scale ZSM zeolite 5 type zeolite was synthesized by hydrothermal method. The prepared zeolite was combined with SnO2 by impregnation. The spontaneous single layer dispersion principle formed a SnO2 particle with a particle size of 10nm on the surface of the zeolite, and the material was used as a gas sensing material to prepare a gas sensor. The compound material is also coated with a layer of nano ZSM 5 material to make a side heat gas sensor. It is found that the response of the sensor to formaldehyde is greatly improved, and it has a good inhibitory effect on acetone.

【技术实现步骤摘要】
氧化锡/纳米ZSM-5复合材料的制备方法及应用
本专利技术涉及气敏材料
,具体涉及氧化锡/纳米ZSM-5复合材料的制备方法及应用。
技术介绍
甲醛是重要的化工原料和有机溶剂,广泛应用于木材加工,纺织工业等领域。但甲醛也是一种有害气体。人体内吸入过量的甲醛会引起眼睛和鼻子的不适,长时间在甲醛环境中会导致癌症的发生。因为装修材料中存在的甲醛含量过高,因此室内空气污染的监测和控制备受关注。使用电阻型半导体气体传感器对待测气体浓度进行测量是气体浓度检测的常用方法。金属氧化物气体传感器以其低廉价格和高可靠性常用气体的检测,二氧化锡作为一种传统的半导体材料,具有良好的导电性能与极好的化学稳定性,这些特性使其作为气敏材料具有高灵敏度、高稳定性、长寿命等特点。然而SnO2气敏传感器的应用也有其瓶颈,由于它对众多的气体都具有良好的气敏响应,诸如:H2、NO、NO2、甲醇、乙醇、甲醛、丙酮、氯苯等等,因此SnO2气敏传感器具有选择性差的缺点。对于气体传感器来说,选择性不仅是评估其性能的重要因素之一,也是检验气体传感器是否具有使用价值的重要尺度。研发敏感的选择性较好的气体传感气一直是工业监控以及室内环境监控领域的研究热点。改善气体传感器选择性的方法多种,如:利用气敏材料对不同气体最佳温度的不同来改善其选择性。在SnO2中掺杂贵金属纳米材料,利用贵金属的催化效应和选择性改善气体传感器的选择性。但这些方法使用起来成本通常较高。英国IvanP.Parkin研究团队利用丝网印刷技术制备了沸石基的气体传感器,并对多种沸石与金属氧化物复合材料的气敏特性与敏感机理做了系统的研究。涂覆法制备的WO3传感器对NO2,CO,乙醇的选择性有了提高,涂覆法制备的沸石基CTO,WO3传感器对乙醇和异丙醇的选择性也有了改善。将ZnO分别与Y、丝光沸石等混合所制备的传感器对较低浓度的二氧化氮、丙酮、乙醇、氨气都有了较高响应。西班牙M.Vilaseca研究团队采用微滴定的方法将A型沸石悬涂在Pd掺杂的SnO2上制备的传感器的气敏特性进行了研究,从测试结果来看该传感器对乙醇具有较好的选择性。RalfMoos等人利用Pt-MFI型沸石改性SrTi1-xFexO3-δ以提高对丙烷的选择性,利用沸石与三价铬厚膜制备了高选择性的碳氢化合物气体传感器。但是,目前的气体传感器仍存在选择性不高、灵敏度差的问题,因此需要寻求新的方法来进一步提高其灵敏度和选择性。
技术实现思路
为弥补现有技术的不足,本专利技术第一个目的是请求保护氧化锡/纳米ZSM-5复合材料的制备方法。本专利技术采用的技术方案具体如下:将浓度150mg/mLSnCl2·2H2O与纳米级ZSM-5型沸石溶液混合,SnCl2·2H2O与ZSM-5的质量比为12:5,然后将混合液置于烘箱中并在100℃下蒸发以获得SnCl2-ZSM-5化合物。将合成的SnCl2-ZSM-5复合材料在600℃下煅烧5小时,空气升温速率为5℃/min,然后冷却至环境温度得到复合材料SnO2-ZSM-5。本专利技术另一个目的请求保护上述复合材料在气体传感器上的应用。气体传感器的制备方法为:先将SnO2-ZSM-5复合材料加入去离子水形成糊状,将该糊状物涂敷在洁净的陶瓷管上并且覆盖上电极和电线,然后在空气中400℃退火两个小时,退火后将Ni–Cr电阻丝穿入陶瓷管中作为加热丝,最后将电极与加热丝焊接在基座上制得旁热式的气体传感器。该气体传感器还可以采用如下方法制备:先将SnO2-ZSM-5复合材料加入去离子水形成糊状,将该糊状物涂敷在洁净的陶瓷管上并且覆盖上电极和电线,在空气中400℃退火两个小时,退火后,再次在陶瓷管外壁上涂覆一层纳米ZSM-5,然后有氧环境下500℃退火两个小时,退火后将Ni–Cr电阻丝穿入陶瓷管中作为加热丝,最后将电极与加热丝焊接在基座上制得Z-SnO2-ZSM-5旁热式的气体传感器。有益效果:本专利技术利用水热法合成了纳米级的ZSM-5型沸石,利用浸渍法将所制备的沸石与SnO2进行复合,由于自发单层分散原理在沸石表面形成了粒径为10nm的SnO2颗粒,以此材料作为气敏材料制备了气体传感器。在该复合材料外又涂覆一层纳米ZSM-5材料制作旁热式气体传感器,经测试发现该传感器对甲醛的响应值有较大提高,对丙酮起到很好的抑制作用。附图说明图1为SnO2-ZSM-5复合材料TEM图,其中a:SnO2-ZSM-5复合材料晶粒TEM图,b:SnO2-ZSM-5复合材料中二氧化锡110晶面TEM图;图2为纯SnO2与SnO2-ZSM-5复合物在不同的工作温度下对甲醛响应曲线;图3为氧化锡与SnO2-ZSM-5复合材料选择性对比图;图4为SnO2气体传感器、SnO2-ZSM-5复合材料气体传感器与Z-SnO2-ZSM-5传感器对甲醛和丙酮的响应对比图;图5为SnO2-ZSM-5传感器在不同湿度下对甲醛的响应曲线;图6为二氧化锡传感器、SnO2-ZSM-5复合材料气体传感器与Z-SnO2-ZSM-5传感器对甲醛的响应恢复曲线;图7为二氧化锡传感器、SnO2-ZSM-5复合材料气体传感器与Z-SnO2-ZSM-5传感器对丙酮的响应恢复曲线;具体实施方式下面通过具体实施例详述本专利技术,但不限制本专利技术的保护范围。如无特殊说明,本专利技术所采用的实验方法均为常规方法,所用实验器材、材料、试剂等均可从化学公司购买。为方便理解,下述实施例中涉及到二氧化锡传感器简称为SnO2传感器,SnO2-ZSM-5复合材料制备的传感器简称为SnO2-ZSM-5传感器,对SnO2-ZSM-5复合材料外又涂覆一层纳米ZSM-5的传感器简称为Z-SnO2-ZSM-5传感器。下述实施例所用的ZSM-5是通过水热合成法制备的。合成步骤如下:将预定量的去离子水加入到25%TPAOH水溶液中,制成15.7%TPAOH水溶液,加入16g去离子水和1.12g氢氧化钠加入到50g15.7%TPAOH水溶液中,搅拌混合物10分钟,加入0.07g异丙醇铝,然后将混合物搅拌5小时以获得澄清溶液,然后将32mlTEOS加入混合物中。用封口膜覆盖烧杯,并将其在室温下搅拌12小时,然后转移到聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中,于100℃加热12小时,然后升温至180℃,继续结晶12小时。通过离心将所得固体产物与母液分离。冷却后,混合物4000rpm离心30分钟,弃去上清液。将预定量的去离子水加入离心管中,通过超声波振动10分钟使固体分散在去离子水中。上述过程重复两次。随后,再次用乙醇洗涤样品。之后,将样品在100℃下干燥2小时,随后在550℃下煅烧6小时,升温速度为2℃/分钟,获得纳米级ZSM-5。实施例1浸渍法制备SnO2-ZSM-5复合材料合成过程如下:1.2gSnCl2·2H2O(国药集团化学试剂有限公司)溶于8.0mL去离子水中,得到SnCl2溶液,再加入0.5gZSM-5溶液,然后将水溶剂置于烘箱中并在100℃下蒸发以获得SnCl2-ZSM-5化合物。将合成的SnCl2-ZSM-5复合材料在600℃下煅烧5小时,空气升温速率为5℃/min,然后冷却至环境温度得到复合材料SnO2-ZSM-5。如图1所示,当纳米级ZSM-5型沸石浸渍于SnCl2溶液中时,SnCl2溶液扩散至沸石的表面。煅烧后,由于其本文档来自技高网
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氧化锡/纳米ZSM-5复合材料的制备方法及应用

【技术保护点】
1.氧化锡/纳米ZSM‑5复合材料的制备方法,其特征在于,将浓度150mg/mLSnCl2·2H2O与纳米级ZSM‑5型沸石溶液混合,SnCl2·2H2O与ZSM‑5的质量比为12:5,然后将混合液置于烘箱中并在100℃下蒸发以获得SnCl2‑ZSM‑5化合物,将合成的SnCl2‑ZSM‑5复合材料在600℃下煅烧5小时,空气升温速率为5℃/min,然后冷却至环境温度得到复合材料SnO2‑ZSM‑5。

【技术特征摘要】
1.氧化锡/纳米ZSM-5复合材料的制备方法,其特征在于,将浓度150mg/mLSnCl2·2H2O与纳米级ZSM-5型沸石溶液混合,SnCl2·2H2O与ZSM-5的质量比为12:5,然后将混合液置于烘箱中并在100℃下蒸发以获得SnCl2-ZSM-5化合物,将合成的SnCl2-ZSM-5复合材料在600℃下煅烧5小时,空气升温速率为5℃/min,然后冷却至环境温度得到复合材料SnO2-ZSM-5。2.一种如权利要求1所述的氧化锡/纳米ZSM-5复合材料在气体传感器上的应用。3.根据权利要求2所述的应用,其特征在于,该气体传感器的制备方法为:先将SnO2-ZSM-5复合材料加入去离子水形成糊状,...

【专利技术属性】
技术研发人员:孙炎辉王兢杜海英
申请(专利权)人:大连理工大学
类型:发明
国别省市:辽宁,21

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