一种用于检测空气中乙酸气体的高选择性复合气敏材料制造技术

本发明专利技术公开了一种用于检测空气中乙酸气体的高选择性复合气敏材料，属于气敏材料技术领域。该复合气敏材料组成是C3N4‑ZnO，其中C3N4的质量占材料总质量的5‑20％。以该复合材料作为敏感材料制成的旁热式气敏传感器，在300℃工作温度下，对0.1ppm乙酸的灵敏度在1.2‑1.4之间，元件对1000ppm乙酸达灵敏度达到290‑350，而对相同1000ppm的丙酮、甲醛、乙醇、乙醛和氨气的灵敏度在31以下，表明C3N4不仅提高了氧化锌对乙酸气体灵敏度，而且提高了氧化锌对乙酸气体气敏选择性，可以实现空气中乙酸浓度的快速检测，消除丙酮、甲醛、乙醇、乙醛和氨气等气体干扰。

A Highly Selective Composite Gas Sensitive Material for Detecting Acetic Acid Gas in Air

The invention discloses a highly selective composite gas sensitive material for detecting acetic acid gas in air, belonging to the technical field of gas sensitive materials. The composition of the composite gas sensing material is C3N4 ZnO, in which the mass of C3N4 accounts for 5 20% of the total mass of the material. The sensitivities to 0.1 ppm acetic acid are between 1.2 and 1.4 at 300 C. The sensitivities of the components to 1000 ppm acetic acid are 290 350, while the sensitivities to acetone, formaldehyde, ethanol, acetaldehyde and ammonia at the same 1000 ppm are below 31, indicating that the sensitivity of the components to 0.1 ppm acetic acid is lower than that of the components to 1,000 ppm acetone, formaldehyde, ethanol, acetaldehyde and ammonia. It not only improves the sensitivity of zinc oxide to acetic acid gas, but also improves the selectivity of zinc oxide to acetic acid gas. It can realize the rapid detection of acetic acid concentration in air and eliminate the gas interference of acetone, formaldehyde, ethanol, acetaldehyde and ammonia.

【技术实现步骤摘要】
一种用于检测空气中乙酸气体的高选择性复合气敏材料
本专利技术属于气敏材料领域，具体涉及一种用于检测空气中乙酸气体的复合气敏材料，该材料用于制作气体传感器，制成的气体传感器对空气中低浓度乙酸有高灵敏度和较好选择性。
技术介绍
乙酸是一种易挥发、具有强烈刺激性气味的无色液体，有较强腐蚀性，能导致皮肤、粘膜起泡、红肿症状，浓度较高时引起鼻炎、支气管炎，重者可发生急性化学性肺炎。目前化工企业中乙酸用途较广泛，环评和验收监测中涉及监测乙酸浓度的企业越来越多。美国、日本等国的卫生标准是25mg/m3(约9.3ppm)，我国未制定工作作业场所空气中乙酸的限值。目前测定空气中乙酸浓度的方法主要采用气相色谱法和离子色谱法等，这些方法需要较昂贵的仪器设备，采样分析需要耗费较长时间。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术要解决的技术问题是提供一种用于检测空气中乙酸气体的高选择性复合气敏材料，以期该复合材料可以消除丙酮、甲醛、乙醇、乙醛和氨气等的干扰，能快速检测空气中乙酸气体的浓度。本专利技术是通过以下技术方案予以实现的。本专利技术提供了一种用于检测空气中乙酸气体的高选择性复合气体敏感材料，该材料组成是ZnO和C3N4，其中：C3N4的质量占材料总质量的5-20％。上述C3N4制备方法及过程是：把2克三聚氰胺放在坩埚中，在马弗炉中以5℃/分钟的速率升高至520℃，并在520℃恒温下保温5小时。自然冷却至室温后，产物用去离子水、无水乙醇分别洗涤三次，并在60℃下干燥24小时，研磨成粉末状待用。上述C3N4-ZnO复合材料制备过程是：分别称取一定量的C3N4于20ml的去离子水中，超声处理1小时，得到C3N4悬浮液，再称一定量的Zn(NO3)2·6H2O，边搅拌边加入到C3N4悬浮液中，充分搅拌30分钟，然后向悬浮液中缓慢滴加1mol/L的NaOH溶液将混合溶液调节pH至10.0，再加去离子水至混合物体积为70ml，将反应液移至100ml水热反应釜中在180℃下反应12小时，得到的沉淀物用无水乙醇洗涤三次，产物再于80℃下烘24小时。本专利技术的材料可以作为乙酸气体敏感元件的敏感材料，利用该材料制作旁热式气敏元件的方法是：将0.1克材料与0.5克松油醇混合研磨制成浆料，用小毛刷将浆料涂到氧化铝陶瓷管的表面；氧化铝陶瓷管的尺寸是：长6毫米，内径1.6毫米，外径2毫米，在氧化铝管两端用金奖作电极，电极上焊有金丝作为引线，电极之间距离是1毫米；在氧化铝管内放置镍铬合金丝作为加热丝，通过控制流过加热丝的电流和加热丝两端电压可以控制氧化铝管表面敏感材料的温度；将涂有敏感材料浆料的氧化铝管放在红外灯下烘干，即得到旁热式气敏元件。元件对某种气体的灵敏度是在工作温度下，元件在空气中电阻与元件在被测气体中电阻的比值。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：以该材料作为气体敏感材料制成的旁热式气敏传感器，在工作温度为300℃时，元件对1000ppm乙酸达灵敏度达到290-350，而对相同浓度的丙酮、甲醛、乙醇、乙醛和氨气的灵敏度在31以下，表明C3N4不仅提高了氧化锌对乙酸气体灵敏度，而且提高了氧化锌对乙酸气体气敏选择性；对0.1ppm乙酸气体的灵敏度达到1.2-1.4，并且对0.1ppm乙酸气体的响应和恢复时间均不超过20s。该材料对乙酸气体响应恢复时间短，可以实现空气中乙酸浓度的快速检测。具体实施方式以下结合具体实施例详述本专利技术，但本专利技术不局限于下述实施例。实施例1分别称取0.04克C3N4于20ml的去离子水中，超声处理1小时，得到C3N4悬浮液，再称2.97克Zn(NO3)2·6H2O，边搅拌边加入到C3N4悬浮液中，充分搅拌30分钟，然后向悬浮液中缓慢滴加1mol/L的NaOH溶液将混合溶液调节pH至10.0，再加去离子水至混合物体积为70ml，将反应液移至100ml水热反应釜中在180℃下反应12小时，得到的沉淀物用无水乙醇洗涤三次，产物再于80℃下烘24小时。得到含5wt％C3N4-ZnO复合材料。将材料制成旁热式元件，测得元件在300℃工作温度下对0.1、1、10、100、1000ppm乙酸气体的最高灵敏度分别为1.2、2.0、7.2、25.8、81.5、290.0；对1000ppm丙酮、甲醛、乙醇、乙醛和氨气的灵敏度在20.1以下；对0.1ppm的乙酸响应时间和恢复时间不超过20秒。实施例2分别称取0.08克C3N4于20ml的去离子水中，超声处理1小时，得到C3N4悬浮液，再称2.97克Zn(NO3)2·6H2O，边搅拌边加入到C3N4悬浮液中，充分搅拌30分钟，然后向悬浮液中缓慢滴加1mol/L的NaOH溶液将混合溶液调节pH至10.0，再加去离子水至混合物体积为70ml，将反应液移至100ml水热反应釜中在180℃下反应12小时，得到的沉淀物用无水乙醇洗涤三次，产物再于80℃下烘24小时。得到含10wt％C3N4-ZnO复合材料。将材料制成旁热式元件，测得元件在300℃工作温度下对0.1、1、10、100、1000ppm乙酸气体的最高灵敏度分别为1.3、2.5、9.2、40.7、168.6、312.3；对1000ppm丙酮、甲醛、乙醇、乙醛和氨气的灵敏度在23.0以下；对0.1ppm的乙酸响应时间和恢复时间不超过18秒。实施例3分别称取0.12克C3N4于20ml的去离子水中，超声处理1小时，得到C3N4悬浮液，再称2.97克Zn(NO3)2·6H2O，边搅拌边加入到C3N4悬浮液中，充分搅拌30分钟，然后向悬浮液中缓慢滴加1mol/L的NaOH溶液将混合溶液调节pH至10.0，再加去离子水至混合物体积为70ml，将反应液移至100ml水热反应釜中在180℃下反应12小时，得到的沉淀物用无水乙醇洗涤三次，产物再于80℃下烘24小时。得到含15wt％C3N4-ZnO复合材料。将材料制成旁热式元件，测得元件在300℃工作温度下对0.1、1、10、100、1000ppm乙酸气体的最高灵敏度分别为1.4、3.8、13.4、56.8、212.4、350.0；对1000ppm丙酮、甲醛、乙醇、乙醛和氨气的灵敏度在31.0以下；对0.1ppm的乙酸响应时间和恢复时间不超过16秒。实施例4分别称取0.16克C3N4于20ml的去离子水中，超声处理1小时，得到C3N4悬浮液，再称2.97克Zn(NO3)2·6H2O，边搅拌边加入到C3N4悬浮液中，充分搅拌30分钟，然后向悬浮液中缓慢滴加1mol/L的NaOH溶液将混合溶液调节pH至10.0，再加去离子水至混合物体积为70ml，将反应液移至100ml水热反应釜中在180℃下反应12小时，得到的沉淀物用无水乙醇洗涤三次，产物再于80℃下烘24小时。得到含20wt％C3N4-ZnO复合材料。将材料制成旁热式元件，测得元件在300℃工作温度下对0.1、1、10、100、1000ppm乙酸气体的最高灵敏度分别为1.2、2.9、10.2、38.6、123.4、312.4；对1000ppm丙酮、甲醛、乙醇、乙醛和氨气的灵敏度在24.0以下；对0.1ppm的乙酸响应时间和恢复时间不超过20秒。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测空气中乙酸气体的高选择性复合气敏材料，其特征在于，该气敏材料组成是C3N4‑ZnO，其中：C3N4的质量占材料总质量的5‑20％；所述气敏材料是通过以下步骤予以制备的：(1)称取0.04～0.16g的C3N4于20ml的去离子水中，超声处理1小时，得到C3N4悬浮液；(2)称取2.97g的Zn(NO3)2·6H2O，边搅拌边加入到上述C3N4悬浮液中，充分搅拌30分钟；(3)然后向步骤(2)搅拌后的悬浮液中缓慢滴加1mol/L的NaOH溶液，调节混合溶液pH至10.0，再加去离子水，得到体积为70ml的反应液；(4)将上述反应液移至100ml水热反应釜中在180℃下反应12h，得到的沉淀物用无水乙醇洗涤，产物再于80℃下烘24h。

【技术特征摘要】
1.一种用于检测空气中乙酸气体的高选择性复合气敏材料，其特征在于，该气敏材料组成是C3N4-ZnO，其中：C3N4的质量占材料总质量的5-20％；所述气敏材料是通过以下步骤予以制备的：(1)称取0.04～0.16g的C3N4于20ml的去离子水中，超声处理1小时，得到C3N4悬浮液；(2)称取2.97g的Zn(NO3)2·6H2O，边搅拌边加入到上述C3N4悬浮液...

【专利技术属性】
技术研发人员：储向峰，刘俊松，董永平，白林山，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34