基于CO2气体检测功能的发酵罐制造技术

本申请涉及基于CO2气体检测功能的发酵罐，包括发酵罐本体和安装于发酵罐内部的监控CO2、NO2气体浓度的SAW传感器，所述SAW传感器基于SAW器件，拥有五通道结构，其中通道三作为参考通道，通道一与通道二的敏感区域涂覆敏感薄膜材料一，进行CO2气体的探测，通道四与通道五的敏感区域涂覆敏感薄膜材料二，进行NO2气体的探测；对每种气体均采用双通道同时探测，大大增加了对气体探测的稳定性，保证了传感器读取数据的可信度，并且重复性良好，高温下测试稳定性佳。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及发酵罐领域，尤其涉及基于CO2气体检测功能的发酵罐。
技术介绍
发酵罐，指工业上用来进行微生物发酵的装置。其主体一般为用不锈钢板制成的主式圆筒。在设计和加工中应注意结构严密，合理。能耐受蒸汽灭菌、有一定操作弹性、内部附件尽量减少(避免死角)、物料与能量传递性能强，并可进行一定调节以便于清洗、减少污染，适合于多种产品的生产以及减少能量消耗。由于发酵过程中有机物会产生大量气体，通过该气体可以判断发酵过程的进程，现有发酵罐对气体检测灵敏度不高，高温稳定性较差。
技术实现思路
为克服相关技术中存在的问题，本申请提供基于CO2气体检测功能的发酵罐，包括发酵罐本体和安装于发酵罐内部的监控CO2、NO2气体浓度的SAW传感器，所述SAW传感器拥有五通道结构，其中通道三作为参考通道，通道一与通道二的敏感区域涂覆敏感薄膜材料一，进行CO2气体的探测，通道四与通道五的敏感区域涂覆敏感薄膜材料二，进行NO2气体的探测；所述通道敏感薄膜材料一、二均为三层，所述敏感薄膜与SAW器件之间还磁控溅射一层Ni膜，所述Ni膜厚度为220nm。优选地，所述SAW传感器的制备方法包括以下步骤：步骤一，清洗SAW器件：将SAW器件依次放入丙酮、乙醇、去离子水中，分别超声处理20min，去除SAW器件表面污染物，然后将器件放入烘箱中烘干，并测试其振荡频率；步骤二，加固SAW器件：在SAW器件的表面上涂刷一层保护涂层，所述保护涂层主要由碳化硅、氧化锡、高硼硼酸钙和氧化锂以2：3：5：1 的比例配制而成；步骤三，制备敏感薄膜材料：(a)制备敏感薄膜材料一：取85mg的购买的聚醚酰亚胺材料加入烧杯中，加入20ml的超纯水，搅拌均匀，然后加入30mg的聚噻吩，搅拌均匀，随后再加入购买的27g Ni纳米粉末，将烧杯放入超声振荡器中，水浴加热70℃情况下，超声振荡4h，得到分散均匀的敏感薄膜材料一；(b)制备敏感薄膜材料二：取14mg分子纯的聚苯胺溶解在50ml的三氯甲烷溶液中，然后取10mg多壁碳纳米管加入溶液中，搅拌均匀后，加入9g钛酸钡纳米粉末，超声处理1h，即得分散均匀的敏感薄膜材料二；(c)制备敏感薄膜材料三：将荧光指示剂Ru(bpy)3Cl2和Ru(dpp) 3Cl2按1：2的比例加入溶有PVC的40ml四氢呋喃溶液中，在密封遮光条件下，低温搅拌1h，即得到敏感薄膜材料三；步骤四，制备SAW传感器：(a)将经步骤一清洗的SAW器件烘干后，利用磁控溅射结合模板法分别在通道一、通道二、通道四、通道五的敏感区域镀一层金属Ni膜，然后利用定量移液器取敏感薄膜材料三涂覆在通道一、通道二、通道四、通道五的敏感区域，以完全覆盖Ni膜为准；利用相同的方式分别在通道一和通道二、通道四和通道五的敏感区域依次涂覆敏感薄膜材料一和敏感薄膜材料二；(b)将SAW器件放入真空干燥箱中95℃下干燥20h；(c)循环(a)、(b)操作两次，使通道一、通道二、通道四和通道五的敏感区域表面均形成三层Ni膜和六层敏感薄膜；(d)对SAW器件进行加盖及接导线处理，其中，盖子上对应每个通道的敏感区域正上方有预留的进气孔，构成SAW传感器。本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：1.结构方面，采用五通道SAW器件，其中通道三作为参考通道，通道一与通道二的敏感区域涂覆敏感薄膜材料一，进行CO2气体的探测，通道四与通道五的敏感区域涂覆敏感薄膜材料二，进行NO2气体的探测；对每种气体均采用双通道同时探测，大大增加了对气体探测的稳定性，保证了传感器读取数据的可信度；2.敏感薄膜材料一由聚醚酰亚胺(PEI)材料、聚噻吩材料和Ni纳米粉末材料组成，Ni纳米粉末材料的纳米尺度的粒径保证了有机物PEI和聚噻吩的分散性，大大提高了敏感材料对CO2的灵敏度；3.敏感薄膜材料二由聚苯胺材料、多壁碳纳米管材料和钛酸钡材料组成，其中，聚苯胺大部分复合在碳纳米管表面，由于碳纳米管的中空结构和极大的比表面积，从物理结构方面大大增加了聚苯胺对NO2气体的吸附能力；4、本申请的敏感薄膜材料三由荧光指示剂Ru(bpy)3Cl2和Ru(dpp) 3Cl2组成，进一步增强了发酵罐对CO2的感应能力。本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。图1是本专利技术发酵罐中SAW传感器结构示意图。图2是图1中的SAW传感器的通道一或通道二区域中Ni膜和敏感薄膜材料涂覆顺序的截面图，其中，完整的顺序应为循环三次。图3是图1中的SAW传感器的通道四或通道五区域中Ni膜和敏感薄膜材料涂覆顺序的截面图，其中，完整的顺序应为循环三次。图4是根据实施例示出的制作传感器五通道结构的方法流程图。其中：01-敏感薄膜材料一，02-敏感薄膜材料二，03-Ni膜，04-敏感薄膜材料三。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本 专利技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不只是所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征值“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。随着社会生产生活的不断进步，人类燃烧化石燃料越来越多，导致二氧化碳、二氧化氮等的排放已经超过环境所能承受的范围，由于二氧化碳会产生温室效应，二氧化氮是形成酸雨和光化学污染的主要因素之一，已经严重影响到人类的生产生活，因此有必要对二氧化碳、二氧化氮的排放进行监控。二氧化碳，是一种空气中常见的无机化合物，分子式为CO2，氧原子与碳原子之间是共价键结合，形成非极性直线型结构，化学性质稳定，常温下，二氧化碳气体是无色无味的，可溶于水，并与水生成碳酸。由于二氧化碳具有保温作用，其大量排放导致了地球气温的日益上升，有数据表明，近一个世纪以来，全球气温升高了0.6摄氏度，长此以往，其对海平面的上升及环境的影响将不断增加。二氧化氮是一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于CO2气体检测功能的发酵罐，包括发酵罐本体和安装于发酵罐内部的监控CO2、NO2气体浓度的SAW传感器，所述SAW传感器拥有五通道结构，其中通道三作为参考通道，通道一与通道二的敏感区域涂覆敏感薄膜材料一，进行CO2气体的探测，通道四与通道五的敏感区域涂覆敏感薄膜材料二，进行NO2气体的探测；所述通道敏感薄膜材料一、二均为三层，所述敏感薄膜与SAW器件之间还磁控溅射一层Ni膜，所述Ni膜厚度为220nm。

【技术特征摘要】
1.基于CO2气体检测功能的发酵罐，包括发酵罐本体和安装于发酵罐内部的监控CO2、NO2气体浓度的SAW传感器，所述SAW传感器拥有五通道结构，其中通道三作为参考通道，通道一与通道二的敏感区域涂覆敏感薄膜材料一，进行CO2气体的探测，通道四与通道五的敏感区域涂覆敏感薄膜材料二，进行NO2气体的探测；所述通道敏感薄膜材料一、二均为三层，所述敏感薄膜与SAW器件之间还磁控溅射一层Ni膜，所述Ni膜厚度为220nm。2.根据权利要求1所述的基于CO2气体检测功能的发酵罐，其特征在于：所述SAW传感器的制备方法包括以下步骤：步骤一，清洗SAW器件：将SAW器件依次放入丙酮、乙醇、去离子水中，分别超声处理20min，去除SAW器件表面污染物，然后将器件放入烘箱中烘干，并测试其振荡频率；步骤二，加固SAW器件：在SAW器件的表面上涂刷一层保护涂层，所述保护涂层主要由碳化硅、氧化锡、高硼硼酸钙和氧化锂以2：3：5：1的比例配制而成；步骤三，制备敏感薄膜材料：(a)制备敏感薄膜材料一：取85mg的购买的聚醚酰亚胺材料加入烧杯中，加入20ml的超纯水，搅拌均匀，然后加入30mg的聚噻吩，搅拌均匀，随后再加入购买的27g Ni纳米粉末，将烧杯放入超声振荡器中，水浴加热70℃情况...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖小玉，
申请(专利权)人：肖小玉，
类型：发明
国别省市：浙江;33