一种锡阳极泥提纯并掺杂改性制备CO敏感材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种锡阳极泥提纯并掺杂改性制备CO敏感材料的方法，属于半导体气体传感器与环境监测技术领域。本发明专利技术针对电镀锡工艺中的产生的锡阳极泥后引起的企业成本增加、资源浪费严重等问题，对锡阳极泥进行了净化、氧化处理，成功回收了纳米二氧化锡材料。并在此基础上对其进行了氧化钇及氧化铟掺杂制备了一种CO敏感材料。所制备的CO敏感材料对CO表现出很高的响应值，同时所制备材料还具有较好的稳定性及对CO的选择性，能够实现对CO有害气体的有效的监控。本发明专利技术在材料制备时成功实现了资源的综合利用，在节约锡资源的同时还降低了企业成本，符合资源节约、环境友好的发展理念，具有广阔的应用前景。

A method of purifying and doping tin anode slime to prepare co sensitive materials

【技术实现步骤摘要】
一种锡阳极泥提纯并掺杂改性制备CO敏感材料的方法
本专利技术属于金属氧化物半导体气体传感器与环境监测
，具体涉及一种锡阳极泥提纯并掺杂改性制备CO敏感材料的方法。
技术介绍
近年来，随着世界工业的快速发展，工业对各种资源的需求量也越来越多，同时，伴随着这种发展所引起的资源浪费，以及环境污染等问题也越来越严重。锡作为全球最稀缺的矿产资源之一，截止2016年，世界锡资源储量仅为470万吨，仅为1999年锡资源储量的50％。按照世界锡资源每年28万吨的用量，目前的锡资源储量仅能够维持未来17年的使用。更严重的是由于锡矿产的较低的储采比，未来锡资源的紧缺将会逐步增加。因此，研究从锡二次资源中绿色回收锡，并将其应用于工业生产对于缓解资源紧缺、减少资源浪费以及减轻环境负担都有着重要意义。锡阳极泥是在镀锡工艺中产生的一种重要的含锡废料。在电镀锡工艺中，二价锡作为主要的离子参与电镀过程，但是在此过程中，部分二价锡会在阳极被氧化为四价锡，或由于电镀液的飞溅导致二价锡被氧化为四价锡。当溶液中四价锡的含量超所一定范围后，就会以锡阳极泥的形式沉积于电解槽底。因此锡阳极泥的主要成分为二氧化锡，其中含有少量的电解质残留，以及少量脱落的阳极金属锡。锡阳极泥的产生不仅增加了企业成本，还造成了锡资源的浪费。同时，当锡阳极泥沉积量较多时，甚至会影响电镀锡过程的正常进行。因此，研究从锡阳极泥中绿色回收二氧化锡以及金属锡，并将其高附加值的应用将会在大大降低企业成本的同时实现二次资源的综合利用。CO是一种无色、无味、不溶于水的气体。与空气混合爆炸极限为12.5％～74％。一氧化碳对人体有很大的伤害，人在吸入CO后，CO和人体血液中的血红蛋白结合并产生碳氧血红蛋白，导致体内的各个组织细胞缺氧，严重时会导致死亡。目前室内火灾致死的其中一项原因也是由于一氧化碳中毒。其次，由于煤炭不充分燃烧也会产生一氧化碳，且由于其无色、无味，故在日常生活中很难被及时发现，而存在极大的安全隐患。家中居室通风性较差时煤气和液化气泄漏或矿井中一氧化碳泄漏，对人的生命安全造成很大的威胁。由于一氧化碳在肌肉中的累积效应，即使在停止吸入高浓度的一氧化碳后，在数日之内，人体仍然会感觉到肌肉无力。一氧化碳中毒对大脑皮层的伤害最为严重，常常导致脑组织软化、坏死。因此，在日常生活中对一氧化碳进行准确、快速的实时监测和预警对减少因其造成的危害是至关重要的。目前，用于CO气体检测的传感器类型主要包括金属氧化物半导体气体传感器、电化学传感器、声表面波气体传感器以及光纤气体传感器。其中，以金属氧化物半导体为敏感材料所制备的催化型传感器因其结构简单、成本低以及良好的一氧化碳检测特性而被广泛应用。其中，二氧化锡是使用最广泛的敏感基体材料之一，由于其具有的优异的物理化学性能，以及半导体特性而被国内外学者广泛研究。目前，纳米SnO2的制备方法主要包括溶胶凝胶法、水热法以及化学沉淀法。这些方法都存在生产效率低，工艺复杂，产出低不能工业化大批量生产等问题。对纳米SnO2进行掺杂改性是提高其气敏性能的较有效的方法。目前，对二氧化锡进行的掺杂主要包括贵金属催化剂掺杂及半导体金属氧化物掺杂。作为“工业上的维生素”，稀土金属及其化合物均拥有特殊的光、磁、电等特性，稀土金属及其化合物在医药卫生、轻工、陶瓷、石油化工、玻璃、敏感材料等方面均有较好的应用。目前，国内外研究者们已制备了多结构、多组成、多尺寸的稀土掺杂纳米材料，同时探索其催化机理，并重点研究表观形态、粒径、掺杂量、晶体结构及形貌等因素对其催化活性的影响，并未见制备一氧化碳敏感材料。
技术实现思路
本专利技术针对电镀锡工艺中的产生的锡阳极泥引起的企业成本增加、资源浪费严重等问题，以及目前纳米SnO2制备工艺存在的流程复杂、生产效率低等问题，提出一种锡阳极泥综合利用的技术，在本专利技术中，研究了将锡阳极泥中的锡元素进行回收，并制备二氧化锡基敏感材料，以用于一氧化碳检测。首先对镀锡工艺中产生的锡阳极泥进行了净化、氧化处理，成功回收了纳米二氧化锡材料，并在此基础上对其进行了Y2O3和In2O3掺杂制备了一氧化碳敏感材料，以实现资源的综合利用，以及对一氧化碳快速、准确的检测。本专利技术采用的技术方案如下：一种锡阳极泥提纯并掺杂稀土氧化物制备二氧化锡基CO敏感材料的方法，将镀锡工艺中产生的锡阳极泥经净化、氧化的提纯、稀土氧化物Y2O3(氧化钇)及半导体金属氧化物In2O3(氧化铟)共掺杂后得到Y2O3和In2O3共掺杂的SnO2纳米颗粒；所述的净化过程为将原始锡阳极泥(镀锡工艺中产生的锡阳极泥)锡阳极泥经去离子水、乙醇洗涤，并在空气中干燥，得到干燥锡阳极泥。所述的氧化过程为将净化后的锡阳极泥，与浓硝酸、双氧水、去离子水以1:4～6:3:15的质量比混合，将混合溶液在常温下磁力搅拌1～3h，固液分离，洗涤干燥，得到纳米二氧化锡颗粒；所述的氧化物共掺杂为将提纯得到的纳米二氧化锡颗粒，与硝酸钇(Y(NO3)3)、硝酸铟(In(NO3)3)、柠檬酸、去离子水以1:0.01～0.05:0.01～0.03:0.1:20的质量比混合，常温下磁力搅拌15min至硝酸钇、硝酸铟及柠檬酸完全溶解后，用氨水调节溶液pH值至2～8，继续搅拌30min后，固液分离，洗涤干燥，并在马弗炉中空气气氛下400～600℃烧结2～4小时，得Y2O3和In2O3共掺杂的SnO2纳米颗粒；进一步地，所述锡阳极泥是一种电镀锡工艺产生的含锡阳极废料。进一步地，所述净化过程为将原始锡阳极泥分别用去离子水和乙醇洗涤各三次，并在空气中干燥，得到干燥锡阳极泥。优选地，所述的氧化过程中浓硝酸的质量分数为65％～68％，所述双氧水的质量分数为30％。优选地，所述的洗涤干燥过程都是用水和乙醇分别洗涤固体，并在60℃下真空干燥12h。优选地，所述掺杂改性过程氨水调至溶液pH＝2～8，是用恒压滴液漏斗以1ml/min的速度缓慢滴加浓度为2mol/L的氨水。优选地，所述烧结过程是以2.5℃/min的升温速度加热到400～600℃。优选地，所述SnO2多孔纳米颗粒是由粒径10～20nm的SnO2纳米颗粒团聚而成的不规则形状颗粒。本专利技术的另一目的是提供一种二氧化锡基一氧化碳敏感材料，即Y2O3和In2O3共掺杂的SnO2纳米颗粒，优选地，所述Y2O3和In2O3共掺杂的SnO2纳米颗粒是SnO2纳米颗粒的表面包覆Y2O3和In2O3纳米颗粒。进一步地，所述Y2O3和In2O3共掺杂的SnO2纳米颗粒，是经改性后原锡阳极泥中的可溶性和挥发性杂质已经除去。本专利技术的另一目的是还提供所述的二氧化锡基一氧化碳敏感材料，即Y2O3和In2O3共掺杂的SnO2纳米颗粒在CO气体传感器中的应用，所述CO气体传感器包括敏感元件和敏感材料，所述敏感材料为上述二氧化锡基CO敏感材料，所述传感器的敏感元件的组成与一般现有气体传感器的敏感元件组成相同，所述传感器为平板式结构；以氧化铝陶瓷片(如尺寸为3×4mm大小)作为基底，陶瓷基片的正面预先设置叉指镀金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锡阳极泥提纯并改性制备一氧化碳敏感材料的方法，其特征在于，将镀锡工艺中产生的锡阳极泥经净化、氧化、金属氧化物掺杂后得到氧化钇和氧化铟共掺杂的二氧化锡纳米颗粒；/n所述的净化过程为将镀锡工艺中产生的锡阳极泥经去离子水、乙醇洗涤后，并在空气中干燥，得到干燥锡阳极泥；/n所述的氧化过程为将净化后的锡阳极泥，与浓硝酸、双氧水、去离子水以1:4～6:3:15的质量比混合，将混合溶液在常温下磁力搅拌1～3h，固液分离，洗涤干燥，得到纳米二氧化锡颗粒；/n所述的金属氧化物掺杂为将提纯得到的纳米二氧化锡颗粒，与硝酸钇、硝酸铟、柠檬酸、去离子水以1:0.01～0.05:0.01～0.03:0.1:20的质量比混合，常温下磁力搅拌至硝酸钇、硝酸铟及柠檬酸完全溶解后，用氨水调节溶液pH值至2～8，继续搅拌30min后，固液分离，洗涤干燥，并在马弗炉中空气气氛下400～600℃烧结2～4小时，得Y

【技术特征摘要】
1.一种锡阳极泥提纯并改性制备一氧化碳敏感材料的方法，其特征在于，将镀锡工艺中产生的锡阳极泥经净化、氧化、金属氧化物掺杂后得到氧化钇和氧化铟共掺杂的二氧化锡纳米颗粒；
所述的净化过程为将镀锡工艺中产生的锡阳极泥经去离子水、乙醇洗涤后，并在空气中干燥，得到干燥锡阳极泥；
所述的氧化过程为将净化后的锡阳极泥，与浓硝酸、双氧水、去离子水以1:4～6:3:15的质量比混合，将混合溶液在常温下磁力搅拌1～3h，固液分离，洗涤干燥，得到纳米二氧化锡颗粒；
所述的金属氧化物掺杂为将提纯得到的纳米二氧化锡颗粒，与硝酸钇、硝酸铟、柠檬酸、去离子水以1:0.01～0.05:0.01～0.03:0.1:20的质量比混合，常温下磁力搅拌至硝酸钇、硝酸铟及柠檬酸完全溶解后，用氨水调节溶液pH值至2～8，继续搅拌30min后，固液分离，洗涤干燥，并在马弗炉中空气气氛下400～600℃烧结2～4小时，得Y2O3和In2O3共掺杂的SnO2纳米颗粒。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锡阳极泥是一种电镀锡工艺产生的含锡阳极废料。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹远洪，梅小敏，
申请(专利权)人：深圳爱多科传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44