本发明专利技术涉及一种空气中甲醛、苯、氨和一氧化碳的交叉敏感材料，其特征是由石墨烯负载的Cr2O3、CuO和Nd2O3组成的催化发光敏感材料，其制备方法是：将天然石墨转化为氧化石墨烯；将铬盐溶于柠檬酸水溶液中，将铜盐和钕盐溶于盐酸水溶液中，在连续搅拌下将此两种溶液混合，升温后加入琼脂粉，冷却至室温形成凝胶，将此凝胶烘干、研磨和灼烧，得到粉体材料；在连续搅拌下，将氧化石墨烯和粉体材料加入水合肼水溶液中，升温、搅拌，自然冷却并过滤、洗涤、烘干，即得到石墨烯负载的由Cr2O3、CuO和Nd2O3组成的复合粉体材料。使用本发明专利技术所提供的敏感材料制作的气体传感器，可以在现场快速测定空气中的微量甲醛、苯、氨和一氧化碳。
【技术实现步骤摘要】
空气中甲醛、苯、氨和一氧化碳的交叉敏感材料
本专利技术涉及一种空气中甲醛、苯、氨和一氧化碳的交叉敏感材料，特别是石墨烯负载的由Cr2O3、CuO和Nd2O3组成的催化发光敏感材料，属于传感
技术介绍
甲醛是一种无色易挥发的化工原料，作为胶粘剂原料、消毒剂、防腐剂和整理剂被广泛应用于压缩板、涂料、油漆、化妆品和包装材料等产品中，并随着应用产品的使用被不断释放到空气中。人们对空气中各种浓度的甲醛有不同的反映：当空气中的甲醛浓度达到0.08mg/m3时儿童就会发生轻微气喘，达到0.1mg/m3时就有异味感，达到0.6mg/m3时可引起咽喉不适或疼痛，达到1mg/m3时会引起眼睛大量流泪，达到10mg/m3时则会感觉呼吸困难，达到30mg/m3时能使人窒息。长期接触低剂量甲醛(0.1mg/m3以下)可以引起慢性呼吸道疾病、女性妊娠综合症、新生儿体质降低和染色体异常等病变。甲醛已被国际癌症研究中心(IARC)确认为致癌物质。苯是一种带有芳香气味的化工原料，慢性苯中毒主要是对皮肤、眼睛和上呼吸道有刺激作用；经常接触苯，皮肤可因脱脂而变干燥脱屑，有的出现过敏性湿疹；长期吸入苯能导致再生障碍性贫血。氨气是一种碱性、无色、具有强烈刺激性气味的气体，空气中的氨气因易溶于水而常被吸附在人体皮肤粘膜、眼结膜及呼吸道咽喉粘膜上。当空气中氨气浓度为0.5mg/m3时可使人感觉到刺激性气味；当空气中氨气浓度超过80mg/m3时，短时间内即可使人出现流泪、咽痛、咳嗽、胸闷、呼吸困难，并伴有头晕、头痛、恶心、呕吐、乏力等症状，严重的还会发生肺水肿和呼吸道病变。人们长期生活在低浓度的氨气环境中，可逐渐麻痹呼吸道纤毛和损害粘膜上皮组织，使病源微生物易于侵入，减弱身体对疾病的抵抗力。一氧化碳为无色、无臭、无刺激性的气体，与空气混合爆炸极限为12.5％～74％。一氧化碳是大气中分布最广和数量最多的污染物，也是燃烧过程中生成的重要污染物之一。凡含碳的物质燃烧不完全时，都可产生CO气体。在工业生产中接触CO的作业有很多种，如冶金工业中炼焦、炼铁、锻冶、铸造和热处理的生产；化学工业中合成氨、丙酮、光气、甲醇的生产；矿井放炮、煤矿瓦斯爆炸事故；碳素石墨电极制造；内燃机试车；以及生产金属羰化物如羰基镍、羰基铁等过程，或生产使用含CO的可燃气体(如水煤气含CO达40％，高炉与发生炉煤气中含30％，煤气含5％～15％)，都可能接触CO。炸药或火药爆炸后的气体含CO约30％～60％。使用柴油、汽油的内燃机废气中也含CO约1％～8％。一氧化碳进入人体之后会和血液中的血红蛋白结合，由于CO与血红蛋白结合能力远强于氧气与血红蛋白的结合能力，进而使能与氧气结合的血红蛋白数量急剧减少，从而引起机体组织缺氧，导致人体窒息死亡。近年来，由于室内装修和各类现代化生活用品的使用使室内空气污染日趋严重。甲醛、苯、氨和一氧化碳是室内空气的主要污染物。近年，国家有关部门抽查了北京某新建的高档写字楼和家庭住宅小区，对其室内空气质量进行检测，发现室内空气中甲醛、苯、氨和一氧化碳都超标达50％以上，空气质量严重威胁着人类健康。分别测定甲醛、苯、氨和一氧化碳的方法主要有分光光度法、电化学法、色谱法、化学发光法、气质液质联用法和离子色谱法等。这些方法都需要预先富集和适当处理才能通过分析仪器分别完成测定，因此耗时长不易现场实现。四种分子同时测定的方法未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服以往技术的不足，提供一种对甲醛、苯、氨和一氧化碳都有较高选择性的催化发光敏感材料。用这种敏感材料制作的气体传感器，可以同时测定空气中的微量甲醛、苯、氨和一氧化碳而不受常见共存物的干扰。本专利技术所述的敏感材料是石墨烯负载的由Cr2O3、CuO和Nd2O3组成的复合敏感材料，其制备方法如下：在连续搅拌下将天然石墨缓慢加入浓硫酸中，搅拌3-4小时后缓慢加入天然石墨1.5倍重量的高锰酸钾，升温至40-45℃并继续搅拌3-5小时，自然冷却至室温，抽滤并将滤出物水洗至中性，得到A；将铬盐溶于质量分数为20-30％柠檬酸水溶液中，将铜盐和钕盐溶于质量分数为15-20％的盐酸水溶液中，在连续搅拌下，将此两种溶液混合并搅拌2小时，升温至90-95℃后加入琼脂粉搅拌至完全溶解，冷却至室温形成凝胶，将此凝胶烘干后，在箱式电阻炉中以每分钟不超过3℃的速度升温至200-250℃，保持此温度4小时，继续以每分钟不超过3℃的速度升温至400-450℃，保持此温度3小时，自然冷却至室温得到B；在连续搅拌下，将A加入质量分数为15-20％的水合肼水溶液中，升温至45℃，恒温搅拌4-5小时，然后将B也加入其中，继续恒温搅拌2-3小时，自然冷却并过滤后用去离子水洗涤3次，然后置于65℃的真空烘箱中烘干，即得到石墨烯负载的由Cr2O3、CuO和Nd2O3组成的复合粉体材料。其中，铬盐是氯化铬、高氯酸铬、醋酸铬、草酸铬、硝酸铬和硫酸铬的无水物或水合物的一种或几种的混合物，铜盐是氯化铜、硫酸铜、磷酸铜和硝酸铜的无水物或水合物的一种或几种的混合物，钕盐是硝酸钕、草酸钕、硫酸钕、氯化钕、醋酸钕和高氯酸钕的无水物或水合物的一种或几种的混合物。当制得的复合敏感材料各组分质量分数满足Cr2O3(15-20％)、CuO(10-16％)、Nd2O3(12-20％)和C(50-60％)时，用于作为空气中甲醛、苯、氨和一氧化碳的催化发光敏感材料具有很高的灵敏性和选择性。具体实施方式实施例1在连续搅拌下将天然石墨缓慢加入浓硫酸中，搅拌3小时后缓慢加入天然石墨1.5倍重量的高锰酸钾，升温至42℃并继续搅拌5小时，自然冷却至室温，抽滤并将滤出物水洗至中性，得到A；将6水氯化铬溶于质量分数为30％柠檬酸水溶液中，将2水氯化铜、6水硝酸钕和高氯酸钕溶于质量分数为15％的盐酸水溶液中，在连续搅拌下，将此两种溶液混合并搅拌2小时，升温至95℃后加入琼脂粉搅拌至完全溶解，冷却至室温形成凝胶，将此凝胶烘干后，在箱式电阻炉中以每分钟不超过3℃的速度升温至205℃，保持此温度4小时，继续以每分钟不超过3℃的速度升温至450℃，保持此温度3小时，自然冷却至室温得到B；在连续搅拌下，将A加入质量分数为15％的水合肼水溶液中，升温至45℃，恒温搅拌4.5小时，然后将B也加入其中，继续恒温搅拌2.3小时，自然冷却并过滤后用去离子水洗涤3次，然后置于65℃的真空烘箱中烘干，即得到石墨烯负载的由Cr2O3、CuO和Nd2O3组成的复合粉体材料。分析：对复合敏感材料进行成分分析，测得质量百分数为16.2％Cr2O3、12.5％CuO、17.8％Nd2O3和53.5％C。应用：以此敏感材料检测甲醛、苯、氨和一氧化碳，线性范围为甲醛0.1-66mg/m3、苯0.6-68mg/m3、氨0.7-80mg/m3和一氧化碳1-100mg/m3，检出限为甲醛0.05mg/m3、苯0.2mg/m3、氨0.3mg/m3和一氧化碳0.8mg/m3，常见共存物没有干扰。实施例2在连续搅拌下将天然石墨缓慢加入浓硫酸中，搅拌4小时后缓慢加入天然石墨1.5倍重量的高锰酸钾，升温至45℃并继续搅拌3小时，自然冷却至室温，抽滤并将滤出物水洗至中性，得到A；将6水高氯酸铬溶于质量分数为20％柠檬酸水溶液中，将5水硫酸铜和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.空气中甲醛、苯、氨和一氧化碳的交叉敏感材料，其特征是石墨烯负载的由Cr2O3、CuO和Nd2O3组成的催化发光敏感材料，其中各组分的质量百分数范围为15‑20％Cr2O3、10‑16％CuO、12‑20％Nd2O3和50‑60％C，其制备方法是：在连续搅拌下将天然石墨缓慢加入浓硫酸中，搅拌3‑4小时后缓慢加入天然石墨1.5倍重量的高锰酸钾，升温至40‑45℃并继续搅拌3‑5小时，自然冷却至室温，抽滤并将滤出物水洗至中性，得到A；将铬盐溶于质量分数为20‑30％柠檬酸水溶液中，将铜盐和钕盐溶于质量分数为15‑20％的盐酸水溶液中，在连续搅拌下，将此两种溶液混合并搅拌2小时，升温至90‑95℃后加入琼脂粉搅拌至完全溶解，冷却至室温形成凝胶，将此凝胶烘干后，在箱式电阻炉中以每分钟不超过3℃的速度升温至200‑250℃，保持此温度4小时，继续以每分钟不超过3℃的速度升温至400‑450℃，保持此温度3小时，自然冷却至室温得到B；在连续搅拌下，将A加入质量分数为15‑20％的水合肼水溶液中，升温至45℃，恒温搅拌4‑5小时，然后将B也加入其中，继续恒温搅拌2‑3小时，自然冷却并过滤后用去离子水洗涤3次，然后置于65℃的真空烘箱中烘干，即得到石墨烯负载的由Cr2O3、CuO和Nd2O3组成的复合粉体材料。...
【技术特征摘要】
1.空气中甲醛、苯、氨和一氧化碳的交叉敏感材料，其特征是石墨烯负载的由Cr2O3、CuO和Nd2O3组成的催化发光敏感材料，其中各组分的质量百分数范围为15-20％Cr2O3、10-16％CuO、12-20％Nd2O3和50-60％C，其制备方法是：在连续搅拌下将天然石墨缓慢加入浓硫酸中，搅拌3-4小时后缓慢加入天然石墨1.5倍重量的高锰酸钾，升温至40-45℃并继续搅拌3-5小时，自然冷却至室温，抽滤并将滤出物水洗至中性，得到A；将铬盐溶于质量分数为20-30％柠檬酸水溶液中，将铜盐和钕盐溶于质量分数为15-20％的盐酸水溶液中，在连续搅拌下，将此两种溶液混合并搅拌2小时，升温至90-95℃后加入琼脂粉搅拌至完全溶解，冷却至室温形成凝胶，将此凝胶烘干后，在箱式电阻炉中以每分钟不超过3℃的速度升温至200-250℃，...
【专利技术属性】
技术研发人员：谷春秀，甄新，陈晓璇，
申请(专利权)人：北京联合大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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