一种高选择性甲醛气敏材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种高选择性气敏材料及其制备方法与应用，所述的高选择性甲醛气敏材料包括原料硝酸镧、硝酸铁、柠檬酸、分散剂、掺杂金属离子、模板分子、功能单体和引发剂，经制备得到，其原料摩尔比为1﹕1﹕（0.05～1.5）﹕（0.001～0.1）﹕（0.001～0.05）﹕（0.1～0.4）﹕（0.05～0.8）﹕（0.1～0.5）。制备方法有混合溶液、微波反应、超声震荡、分子印迹、干燥、研磨和烧结等步骤。应用为所述的高选择性甲醛气敏材料在制备甲醛气体传感器中的应用。本发明专利技术首先是提供制备铁酸镧基分子印迹聚合物的原料和配比，并基于所提供的原料和配比提供一种制备铁酸镧基分子印迹聚合物甲醛气敏材料的方法，获得灵敏度高、选择性好、工作温度低的铁酸镧基甲醛气敏材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料
，具体涉及。
技术介绍
近年来，随着我国经济的快速发展，特别是生活水平的提高，以及由此带来的室内装饰装修行业的高速发展，由建材、装饰装修所造成的污染已成为室内环境污染的主要来源。加之为了节能，建筑结构通常具有良好的密闭功能，更加剧了室内空气质量的恶化。目前室内甲醛、苯及苯系物、氨和放射性四大污染中，危害最大、最难根治的是甲醛污染。甲醛污染主要来源于各种人造板材、贴墙布、涂料等各种装饰材料以及吸烟等产生的烟雾等，其中人造板材中甲醛的释放期长达3?15年。甲醛对人体健康的危害极大，室内空气甲醛含量大于0.1 mg/m3就会对呼吸系统产生危害，高浓度甲醛对神经系统、免疫系统、肝脏等危害更大，因而被国际癌症研究机构(IARC)列为第一类致癌物质。《居室空气中甲醛卫生标准》(GB/T16127—1995)规定居室内空气中甲醛含量要小于0.08 mg/m3，但一般住宅装修后甲醛浓度平均为0.2 mg/m3，有的甚至达到3 mg/m3，严重超出安全标准。目前采用多种技术方法降低建材中的游离甲醛，虽取得了一定成效，但由于技术与经济的限制，室内甲醛污染仍然十分严重。为了便于在高浓度的甲醛环境中及时采取措施如开窗通风、活性炭吸附等以降低室内甲醛浓度，减少其对身体健康带来的危害，对甲醛的准确实时监测十分重要。甲醛的检测方法主要有:分光光度法、色谱法、电化学法、催化发光法、气敏传感器法等，其中分光光度法具有检测速度较快、成本低廉的优点，但需要专业的分光光度仪，难以大面积的普及推广应用，同时也存在检测精度和准确性不高、配制和使用试剂要求严格以及易受其他因素影响(如:温度、检测时间等)；色谱法检测准确度高、快捷，但也存在需要较贵的专用设备、体积大、检测成本高以及衍生试剂同分异构体难以分离等问题；电化学法工作稳定、敏感性较好，但电化学传感器价格较高、服役期短、检测过程易受干扰；催化发光法是近年来新出现的一种甲醛气体检测方法，虽然检测的灵敏度高、选择性好，但因检测设备复杂、检测成本高等问题限制了该方法的广泛应用；气敏传感器法是利用气敏传感器测定甲醛含量，具有灵敏度高、操作简便、成本低而且装置小巧，适用于室内空气中甲醛含量的实时监测及推广应用。气敏传感器种类多，其中氧化物半导体气敏传感器是主流产品，其原理是利用半导体敏感材料吸附气体后的电导率变化，测定其周围气氛中待测气体的浓度变化。半导体气敏传感器因具有灵敏度高、性能稳定、价格低、体积小、使用简便等特点而受到普遍青睐，近二十年来得到了快速的发展。目前，对于甲醛气敏传感器的研究，国外研究人员N.G.Pramo等(N.G.Pramod,S.N.Pandey, Effect of Li doping on the structural, optical and formaldehydesensing properties of ln203 thin films, Ceram Int, 41 (2015) 527-532.)米用化学喷雾热解技术制备了 L1-1n203薄膜，结果表明2 at.% L1:1n 203薄膜的甲醛气敏性能较好，能在300°C下对60 ppm的甲醛进行检测，但是文章中没有对薄膜的选择性进行研究。国内的卢革宇等(X.w.Li, J.Y.Liu, Η.Guo, X.Zhou, C.Wang, P.Sun, X.L.Hu,G.Y.Lu, Auiln203 core- shell composites: a metal—semiconductor heterostructurefor gas sensing applicat1ns, Rsc Adv, 5 (2015) 545-551.)米用 AuOcarbon 为范本制备了 Au@ln203核-壳结构，该传感器能在200°C下对100 ppm的甲醛进行检测，在一定程度上提高了对甲醛的灵敏度，但是元件对甲醛的选择性没有得到改善。黄家锐等(J.R.Huang, L.Y.Wang, C.P.Gu, Z.J.Wang, Y.F.Sun, J.J.Shim, Preparat1n of porousSn02 microcubes and their enhanced gas-sensing property, Sens Actuators, B 207(2015) 782-790.)制备了多孔SnOjj立方，该材料制成器件检测甲醛最佳工作温度为280°C，在该温度下对100 ppm甲醛的灵敏度为58，而对100 ppm乙醇的灵敏度也很高，为49左右，还是在选择性方面有所欠缺。概括而言，目前的甲醛气敏传感器仍存在工作温度高(一般为190_350°C)、选择性较差或灵敏度不高等问题，难以实用化。因此研究并制备工作温度在室温下，具有高选择性、高灵敏度的甲醛气体传感器，将是该类传感器的研发重点和必然的发展趋势。因此，开发一种气敏材料以解决气体传感器技术问题是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种高选择性甲醛气敏材料；第二目的在于提供所述的高选择性甲醛气敏材料的制备方法；第三目的在于提供所述的高选择性甲醛气敏材料的应用。本专利技术的第一目的是这样实现的，所述的高选择性甲醛气敏材料包括原料硝酸镧、硝酸铁、柠檬酸、分散剂、掺杂金属离子、模板分子、功能单体和引发剂，经制备得到，其原料摩尔比为 1: 1: (0.05 ?1.5): (0.001 ?0.1): (0.001 ?0.05): (0.1 ?0.4):(0.05 ?0.8): (0.1 ?0.5)0本专利技术的第二目的是这样实现的，包括以下步骤: A、按配方配比称量硝酸镧和硝酸铁，溶于蒸馏水中，加入配方配比的柠檬酸和分散剂混匀得到溶液a ; B、将溶液a加热至40~100°C，加入配方配比的掺杂金属离子，混合均匀后陈化0~72h得到溶液b ; C、将溶液b置于微波反应装置中于常压、温度40~90°C下反应0.5~10h后置于50~100°C水浴中搅拌l~3h得到凝胶c ； D、将配方配比的模板分子和功能单体混合后以频率10~40KHz超声振荡30~60min，静置5~20h得到溶液d ; E、将凝胶c和溶液d混合均匀，加入配方配比的引发剂，于40~100°C下聚合反应12~48h得到反应液e，将反应液e于50~250°C下干燥l~2d至含水率为2~7%，研磨，再于600~800°C下烧结2~4h得到目标物。本专利技术的第三目的是这样实现的，所述的高选择性甲醛气敏材料在制备甲醛气体传感器中的应用。由于传感器感应物质在外界因素如温度、化学试剂的影响下表现出不稳定，并且在有些条件下缺乏适当的目标感应物质。利用分子印迹技术，可以合成出稳定的，对某种物质有特殊作用的材料，将这些材料应用到传感技术中，可以弥补这些不足。这方面的工作已取得了一些进展。自 1987年，Tabushi(W Lian, J Huang, J Yu, et al., A molecularly imprintedsensor based on β -cyclodextrin incorporated multiwalled carbon nanotube andgold 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高选择性甲醛气敏材料，其特征在于所述的高选择性甲醛气敏材料包括原料硝酸镧、硝酸铁、柠檬酸、分散剂、掺杂金属离子、模板分子、功能单体和引发剂，经制备得到，其原料摩尔比为1﹕1﹕（0.05～1.5）﹕（0.001～0.1）﹕（0.001～0.05）﹕（0.1～0.4）﹕（0.05～0.8）﹕（0.1～0.5）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：柳清菊，张裕敏，张瑾，朱忠其，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：云南;53