一种高选择性甲醇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甲醇气敏材料及其制备方法与应用。所述的高选择性甲醇气敏材料包括原料硝酸钐、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）﹕（0.05～1）﹕（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醇气敏材料在制备甲醇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钐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钐基分子印迹聚合物甲醇气敏材料的方法，获得灵敏度高、选择性好、工作温度低的铁酸钐基甲醇气敏材料。

Highly selective methanol gas sensitive material, preparation method and application thereof

The invention discloses a highly selective methanol gas sensitive material, a preparation method and an application thereof. The high selectivity of methanol gas sensitive material comprises raw materials of samarium nitrate and iron nitrate, citric acid, dispersing agent, metal ion doping, template molecule and functional monomer and initiator, the preparation of raw materials, the molar ratio of 1: 1: (0.05 ~ 1.5): (0.001 ~ 0.1): (0.001 ~ 0.05): (0.1 ~ 0.4): (0.05 ~ 1): (0.1 ~ 0.5). The preparation methods include mixing solution, microwave reaction, ultrasonic shock, molecular imprinting, drying, lapping and sintering. Application of said highly selective methanol gas sensitive material in preparing methanol gas sensor. The present invention is to provide the first preparation of SmFeO3 based molecular imprinted polymer and the ratio of raw materials, and the raw materials provided and based on ratio provides a method of preparing SmFeO3 based molecular imprinted polymer methanol gas sensitive materials, obtain the SmFeO3 based methanol gas sensitive materials with high sensitivity and good selectivity, low working temperature the.

【技术实现步骤摘要】
一种高选择性甲醇气敏材料及其制备方法与应用
本专利技术属于材料
，具体涉及一种高选择性甲醇气敏材料及其制备方法与应用。
技术介绍
现在国内外许多生产或使用甲醇的企业由于生产工艺等各种原因，不可避免地向空气环境中排放甲醇，造成一定的空气污染，而研究表明甲醇对人体是非常有害的，可直接侵害人的肢体细胞组织．特别是侵害视觉神经网膜，致使失明。正常人一次饮用4-10g纯甲醇可产生严重中毒。饮用7-8g可导致失明，饮用30-100g就会死亡。因此对室内空气中微量甲醇的测定具有重要的意义。甲醇的检测方法主要有：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醇气体检测方法，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醇含量，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醇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，对于甲醇气敏传感器的研究，国内外研究人员QinJ（Three-dimensionallyorderedmacroporousLa1-xMgxFeO3ashighperformancegassensortomethanol）等通过简单的有机模板法制备了不同浓度Mg2+掺杂的具有三维有序孔状结构La1-xMgxFeO3，发现基于La0.95Mg0.05FeO3的传感器对甲醇具有良好的响应，该传感器在工作温度为190℃时对100ppm的甲醇气体的灵敏度为146.5，且选择性较好。AroutiounianaV.M（Studyofthesurface-ruthenatedSnO2/MWCNTsnanocompositethick-filmgassensors）等通过水热和溶胶凝胶技术制备了MWCNTs/SnO2纳米复合材料，发现对甲醇和乙醇具有很好的响应。ChenN（EnhancedroomtemperaturesensingofCo3O4-intercalatedreducedgrapheneoxidebasedgassensors）等通过Co3O4掺杂氧化石墨烯，发现它对甲醇有较好的响应，并且掺杂后的与未掺杂的氧化石墨烯相比，响应恢复得到了提高。DarmastutiZ（SiC-FETmethanolsensorsforprocesscontrolandleakagedetection）等研究了以Pt和Ir作为栅材料的SiC场效应晶体管传感器，发现在200℃的工作温度下，以Pt作为栅材料相比Ir的传感器对甲醇具有更高的灵敏性，并且在(0-1600ppm)范围内，其响应时间少于20s。郑伟利用静电纺丝法制备了铁酸镧（LaFeO3）、钴酸镧（LaCoO3）、铟酸镧（LaInO3）三种钙钛矿型稀土复合氧化物纳米纤维。在这三种材料中铁酸镧（LaFeO3）对甲醇有较高的响应，在甲醇浓度为500ppm时，其灵敏度为163，响应恢复时间分别为12s、21s（平均值），而且具有优良的气体选择性。PramodN.G.（Structural,opticalandmethanolsensingpropertiesofsprayedIn2O3nanoparticlethinfilms）等通过化学喷雾热解法制备得到In2O3纳米颗粒薄膜，该薄膜在300℃的工作温度下对空气中40ppm的甲醇气体的灵敏度为99%，并且在高温下其响应恢复较快。DorofteiC（SynthesisofnanocrystallineLa-Pb-Fe-Operovskiteandmethanol-sensingcharacteristics）等通过溶胶-凝胶自燃烧法合成La0.8Pb0.2FeO3气敏材料，在230℃的工作温度下，La0.8Pb0.2FeO3对400ppm的甲醇的灵敏度为146.6，响应和恢复时间分别为40s和75s。概括而言，目前的甲醇气敏传感器仍存在工作温度高（一般为190-350℃）、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、高灵敏度的甲醇气体传感器，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醇气敏材料；第二目的在于提供所述的高选择性甲醇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醇气敏材料的应用。本专利技术的第一目的是这样实现的，所述的高选择性甲醇气敏材料包括原料硝酸钐、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）﹕（0.05～1）﹕（0.1～0.5）。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钐和硝酸铁，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℃，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℃下反应0.5~10h后置于50~100℃水浴中搅拌1~3h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10k~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℃下聚合反应12~48h得到反应液e，将反应液e于50~250℃下干燥1~2d至含水率为2~20%，研磨，再于600~1200℃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，所述的高选择性甲醇气敏材料在制备甲醇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（WLian,JHuang,JYu,etal.,Amolecularlyimprintedsensorbasedonβ-cyclodextrinincorporatedmultiwalledcarbonnanotubeandgoldnanoparticles-polyamideamine本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高选择性甲醇气敏材料，其特征在于所述的高选择性甲醇气敏材料包括原料硝酸钐、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）﹕（0.05～1）﹕（0.1～0.5）。

【技术特征摘要】
1.一种高选择性甲醇气敏材料，其特征在于所述的高选择性甲醇气敏材料包括原料硝酸钐、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）﹕（0.05～1）﹕（0.1～0.5）。2.根据权利要求1所述的高选择性甲醇气敏材料，其特征在于所述的分散剂为三乙基己基磷酸、甲基戊醇、聚丙烯酰胺、古尔胶或聚乙二醇。3.根据权利要求1所述的高选择性甲醇气敏材料，其特征在于所述的掺杂金属离子为银离子、锌离子或锆离子。4.根据权利要求1所述的高选择性甲醇气敏材料，其特征在于所述的模板分子为甲醇、乙醇或正丁醇。5.根据权利要求1所述的高选择性甲醇气敏材料，其特征在于所述的功能单体为丙烯酸及其衍生物、亚甲基丁二酸、N-丙烯酰基丙氨酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸或乙烯基吡啶。6.根据权利要求1所述的高选择性甲醇气敏材料，其特征在于所述的引发剂为偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈。7.根据权利要求1~6任一所述...

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