一种基于锡泥改性制备酒精气敏材料的方法及应用技术

本发明专利技术属于锡二次资源‑电镀锡生产中的副产物锡泥的综合回收利用、气体传感材料及环境保护领域，涉及了一种基于锡泥改性制备酒精气敏材料的方法及应用。本发明专利技术的酒敏材料是由电镀锡生产中堆积在镀槽底部的工业废弃物锡泥经过酸化、洗涤干燥、贵金属掺杂及随后的热处理过程得到。制成的气体传感器对乙醇具有较高的灵敏度、快速的响应恢复速率等优异的气敏性能。在减少锡资源浪费、降低经济成本、减少对环境污染的同时将其应用于气敏材料领域，是一种环境友好型可持续发展的研究方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于锡泥改性制备酒精气敏材料的方法及应用
本专利技术属于锡二次资源综合回收利用，气敏传感材料及环境友好型发展领域，特别是对电镀锡生产中的副产物-锡泥的改性处理及其应用于酒精气敏传感器的制备。
技术介绍
锡属于稀贵金属，我国锡金属行业供需量较大，市场总需量持续增加，且短期内锡资源不会出现大幅增加，因此对锡二次资源的合理高效利用，不仅可有效应对锡资源短缺及浪费问题、极大促进经济发展，同时利于环境保护。锡泥作为一种重要的高产量锡二次资源，是电镀锡生产中镀槽底部产生的废弃物，它的存在会促使镀锡板产生表面缺陷，同时增加锡阳极的消耗，且其排除处理更加剧环境的恶化，如得不到合理有效的利用，更是锡资源的严重浪费，意味着经济成本的增加。在环保的基础上，提高锡资源的有效回收利用并开发应用于其他研究领域更值得研究和关注。锡泥的主要成分是二氧化锡(SnO2)，作为一种重要的半导体金属氧化物，由于化学稳定性好、性能优异、成本低廉等优点已广泛应用于气体传感器领域。用二氧化锡制成的气敏传感器，对多种可燃气体，环境污染气体以及有毒有害气体都有很高的灵敏度。乙醇作为酒的主要成分，是一种易挥发易燃的无色透明液体。近些年来，酒驾已成为威胁公共交通安全的主要因素，给人身安全带来极大的隐患。因此，对酒驾的严格检测变得尤为重要，对具有优异乙醇敏感性能材料的研究引起科研工作者的广泛关注。如Wang等人利用水热法及简单的浸渍路线制备Pt掺杂的3DSnO2纳米花气敏材料，在工作温度为100℃下对酒精表现出优异的气敏性能(L.W.Wang,etal.AnovellowtemperaturegassensorbasedonPt-decoratedhierarchical3DSnO2nanocomposites,Sens.ActuatorB-Chem.232(2016)91-101)；Chen等人利用水热法合成直径为3nm的SnO2纳米棒用于酒精气体的检测，当暴露于300ppm乙醇气体时，传感器的灵敏度高达83.8，并且该材料对乙醇气体的响应值与气体浓度呈线性关系(Y.J.Chen,etal.LinearethanolsensingofSnO2nanorodswithextremelyhighsensitivity,Appl.Phys.Lett.88(2006)083105)。这些制备酒精传感器的方法大多繁杂且在大规模工业化生产中不易实现对材料形貌的精确控制，而对电镀锡生产中的副产物锡泥合理回收应用于酒精气敏传感器的制备至今鲜有报道。
技术实现思路
本专利技术为解决上述技术问题采用如下方案，一种基于锡泥改性制备酒精气敏材料的方法，包括如下步骤：a.将锡泥溶于稀酸中，进行酸化处理，洗涤至中性，离心分离后置于烘箱中干燥；b.将步骤a所得到的固体高能球磨成均匀的粉体，磁力搅拌下溶于溶剂A中，所述溶剂A为去离子水与无水乙醇的混合液；在水浴温度为40℃-70℃下向溶液中加入CTAB作为保护剂，然后按照贵金属与粉体的物质的量之比为0.5％-3％；加入贵金属溶液及维生素C溶液于上述混合溶液中，继续反应0.5h-2h；c.将步骤b中反应后的产物洗涤至中性后置于烘箱中干燥；d.将步骤c中所得到的产物研磨成均匀的粉体，然后进行300～600℃热处理1-4h，制得酒精气敏材料。进一步优选地，上述步骤d中的烧结温度为450℃～600℃，时间为2h。进一步地，上述步骤b中所述贵金属溶液为氯铂酸溶液或氯钯酸溶液。进一步优选地，上述步骤b中所述贵金属溶液为氯铂酸溶液，铂与粉体的物质的量之比为1％-2％。进一步地，上述步骤a中稀酸是浓度为1M～4M的盐酸。进一步地，上述步骤b中维生素C与贵金属的摩尔比1.5:1。进一步地，上述步骤a中酸化处理是在水浴温度30℃-60℃下，进行磁力搅拌。进一步地，上述步骤b中所述溶剂A为去离子水与无水乙醇按体积比1:1的混合液。进一步地，上述步骤a和步骤c中洗涤至中性具体操作为，通过去离子水和无水乙醇交替洗至中性。优选地，具体为交替进行三次水洗和三次醇洗。进一步地，上述步骤a和步骤c中干燥温度为60～80℃。以上方法制得的酒精气敏材料的应用，具体为：将得到的酒精气敏材料研磨成均匀粉体，然后加入溶剂将粉体制成浆料后继续研磨，浆料涂敷于带有金电极的Al2O3陶瓷管外表面；待其自然风干后转至马弗炉在300～500℃热处理0.5-2h，随炉冷却至室温后将Ni-Cr加热丝穿过陶瓷管，将加热丝及Al2O3陶瓷管的四支引线焊接在底座上，置于老化台上进行老化处理，制得酒精气体传感器。进一步地，应用中所述溶剂为去离子水与无水乙醇的混合液。本专利技术的有益效果为：(1)电镀锡生产中的副产物锡泥作为重要的锡二次资源经过稀酸的酸化处理、洗涤干燥及氧化焙烧等方式处理后，作为基体材料制成酒精气体传感器以检测乙醇气体，其气敏性能优异，对乙醇有良好的响应；(2)由于贵金属纳米颗粒具有极强的催化活性，促进氧气分子与还原性的乙醇分子吸附在材料表面。通过贵金属掺杂改性提高了对乙醇气体的响应值及响应恢复速率；(3)通过对锡二次资源-锡泥的回收并应用于气体敏感材料领域，不仅减少了锡资源的浪费、降低经济成本、减轻环境污染等问题，同时为难以处理的锡泥提供新的应用方向，为气敏材料领域提供新的研究思路。具有资源、经济、环保等多重效益。附图说明图1为本专利技术实施例1中经过酸化活化处理后锡泥的SEM图；图2为本专利技术实施例1中经过掺杂改性后的1％Pt-SnO2在工作温度200℃下对100ppm乙醇气体的响应恢复曲线图。具体实施例实施例1:取5g电镀锡生产中锡槽底部堆积的锡泥溶于30ml2M的盐酸中，在水浴温度为50℃下磁力搅拌60min进行酸化处理，随后对液体进行抽滤，对滤渣交替进行三次水洗和三次醇洗，将洗涤后的产物放置烘箱中60℃下干燥12h。将干燥后的样品高能研磨成均匀的粉体，磁力搅拌下溶于40mlV水:V无水乙醇＝1:1混合液中，在50℃水浴温度下向上述溶液中加入0.5gCTAB作为保护剂,然后按照贵金属溶液的溶质的物质的量与粉体的物质的量之比为1％加入氯铂酸溶液及0.15g维生素C于上述溶液，磁力搅拌1h。将上述反应后产物交替进行三次水洗和三次醇洗转至烘箱中60℃下干燥12h，置于研钵中将样品研磨成均匀的粉体，然后于马弗炉中550℃下烧结2h，待反应完毕后随炉冷却至室温。样品的电镜图如图1所示。称取0.5g制得的样品置于玛瑙研钵中研磨10min后按V水:V无水乙醇＝1:1将样品制成浆料继续研磨20min，浆料涂敷于带有金电极的Al2O3陶瓷管外表面；待其自然风干后转至马弗炉中400℃下热处理1h，随炉冷却至室温后将Ni-Cr加热丝穿过陶瓷管，随后将加热丝及Al2O3陶瓷管的四支引线焊接在底座上，置于老化台上进行老化处理，置于老化台上老化处理7天以备检测。老化后的气敏元件对100ppm乙醇气体进行气敏性能测试，结果如图2所示表明在工作温度为260℃时，该气敏材料对100ppm乙醇气体的灵敏度高达45.8，响应时间/恢复时间均小于5s。本研究以电镀锡生产中堆积在镀槽底部的工业废弃物锡泥经过酸化、洗涤干燥、贵金属掺杂及随后的热处理过程得到了酒精气敏材料，对乙醇气体具有超高的灵敏度，响应及恢复速度快，能达到实时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于锡泥改性制备酒精气敏材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：a.将锡泥溶于稀酸中，进行酸化处理，洗涤至中性，离心分离后置于烘箱中干燥；b.将步骤a所得到的固体高能球磨成均匀的粉体，磁力搅拌下溶于溶剂A中，所述溶剂A为去离子水与无水乙醇的混合液；在水浴温度为40℃‑70℃下向溶液中加入CTAB作为保护剂，然后按照贵金属与粉体的物质的量之比为0.5％‑3％；加入贵金属溶液及维生素C溶液于上述混合溶液中，继续反应0.5h‑2h；c.将步骤b中反应后的产物洗涤至中性后置于烘箱中干燥；d.将步骤c中所得到的产物研磨成均匀的粉体，然后进行300～600℃热处理1‑4h，制得酒精气敏材料。

【技术特征摘要】
1.一种基于锡泥改性制备酒精气敏材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：a.将锡泥溶于稀酸中，进行酸化处理，洗涤至中性，离心分离后置于烘箱中干燥；b.将步骤a所得到的固体高能球磨成均匀的粉体，磁力搅拌下溶于溶剂A中，所述溶剂A为去离子水与无水乙醇的混合液；在水浴温度为40℃-70℃下向溶液中加入CTAB作为保护剂，然后按照贵金属与粉体的物质的量之比为0.5％-3％；加入贵金属溶液及维生素C溶液于上述混合溶液中，继续反应0.5h-2h；c.将步骤b中反应后的产物洗涤至中性后置于烘箱中干燥；d.将步骤c中所得到的产物研磨成均匀的粉体，然后进行300～600℃热处理1-4h，制得酒精气敏材料。2.根据权利要求1所述的基于锡泥改性制备酒精气敏材料的方法，其特征在于，步骤d中的热处理温度为450℃～600℃，时间为2h。3.根据权利要求1或2所述的基于锡泥改性制备酒精气敏材料的方法，其特征在于，步骤b中所述贵金属溶液为氯铂酸溶液或氯钯酸溶液。4.根据权利要求3所述的基于锡泥改性制备酒精气敏材料的方法，其特征在于，步骤b中所述贵金属溶液为氯铂酸溶液，铂与粉体的物质的量之比为1％-2％。5.根据权利要求1或2或4所述的基于锡泥改性...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建中，于慧敏，尹远洪，
申请(专利权)人：东北大学，深圳赛飞凌科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21