一种基于比色法构建光电致变色可视化传感器检测化学需氧量的方法技术

本发明专利技术属于光电化学可视化化学传感器构建领域，涉及一种基于比色法构建光电致变色可视化传感器检测化学需氧量的方法；步骤：首先制备TiO

A photochromic visual sensor based on Colorimetry for COD detection

【技术实现步骤摘要】
一种基于比色法构建光电致变色可视化传感器检测化学需氧量的方法
本专利技术属于光电化学可视化化学传感器构建领域，具体涉及一种基于比色法构建光电致变色可视化化学传感器检测化学需氧量的方法。
技术介绍
工业废水中含有一定量的有机污染物，面对河水有机污染的问题，目前使用化学需氧量(COD)来作为衡量河水有机污染严重与否的一个指标。当然除了这一指标外，还有总有机碳(TOC)和生物需氧量(BOD)这两个比较常见的衡量指标，这两个指标也同样可以衡量水中有机物的污染。传统的COD的检测方法有使用重铬酸盐或者高锰酸盐等强氧化剂，通过纪录其氧化有机化合物时消耗的量，经过换算来得到COD的数值的方法。最近十几年在检测COD方面，电化学方法和光催化方法逐渐大放光彩。在电化学方法上，检测COD的方法也被叫做安培法，安培法相比较与传统的COD检测法而言，它对于环境造成的二次污染较小。安培法可以通过在工作电极上产生的羧基(.OH)氧化有机污染物，这使得工作电极产生的电信号与COD浓度成正比，从而间接得到COD值。另一种光催化方法通过表面反应和一系列电子转移使太阳能转化为化学能，目前光催化方法多使用TiO2作为光催化剂。比色法检测在分析化学领域的可视化检测具有很高的使用率，比色法检测相对于其他检测方法而言其制备方法简单，成本低廉，实用性相对较强。比色法检测的基本原理是通过将物质的检测结果转化为颜色的变化来让实验操作者达到裸眼检测的目的。比色法的检测的颜色变化是在显色底物的变色基础上进行的，通过控制检测物质的含量所相关联，来达到定量检测的目的。就目前而言，能够产生颜色变化的反应机理大概有四种，分别是通过分子内环化过程发生颜色改变的染料分子的构象变化，通过酶催化使底物发生氧还反应，引起底物的颜色发生改变的天然酶或模拟酶的酶促反应，金纳米粒子的聚集和电致变色反应。然而，传统的COD检测方法存在一定的缺点，比如分析时间比较长，需要有专业人员进行操作，并且其所用到的试剂大多过于昂贵或者存在一定毒害作用。所以面对这些缺点，开发出简便快速检测COD的方法变得尤为重要。因此亟需构建出一种快速，简单，方便，廉价的便携式光电致变色可视化化学传感器，通过比色法观察颜色变化程度以检测河水中COD的值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷，提供一种集操作简单、灵敏度高、廉价等优点为一体且由非金属纳米材料组成的光电致变色可视化化学传感器应用于COD的检测。为了实现以上目的，本专利技术包括以下步骤：(1)g-C3N4的制备；将三聚氰胺放入管式炉中进行第一次煅烧，将煅烧后的固体研磨成粉末，再进行二次煅烧，得到g-C3N4粉末；然后，将一定量g-C3N4粉末分散在硫酸中在一定温度下搅拌处理，搅拌完成加水稀释，然后离心、洗涤、干燥得到片状g-C3N4粉末，备用；(2)TiO2/g-C3N4复合材料的制备；将步骤(1)得到片状g-C3N4粉末溶解在超纯水中，得到A溶液；随后，将A溶液在室温下搅拌，并在一定温度下加热后，将TiO2加入A溶液中获得B溶液；接下来，将B溶液超声处理一段时间，并在室温下搅拌一段时间；之后，将B溶液在烘箱中干燥；最后，得到TiO2/g-C3N4复合材料粉末；(3)普鲁士蓝(PB)溶液的制备；称取一定量的KCL和K3Fe(CN)6混合，然后加入超纯水使其溶解，搅拌后得到溶液A；称取FeCl3加入超纯水和35％的浓HCl，搅拌至混合均匀得到溶液B；最后将溶液A和溶液B混合稀释得到普鲁士蓝溶液；(4)光电致变色可视化传感器的制备；首先取氧化铟锡电极，在其表面划分两块相互隔离的圆形工作区域，氧化铟锡电极边缘的圆形工作区域记为A区域，远离边缘的圆形工作区域记为B区域，在A区域添加普鲁士蓝溶液，通过电沉积法制备普鲁士蓝薄膜；B区域修饰TiO2/g-C3N4复合材料溶液，在室温下干燥，得到光催化材料和电致变色材料修饰的电极，即为光电致变色可视化化学传感器；(5)检测用的标准液制备；使用葡萄糖和超纯水配制不同浓度的COD溶液，然后在不同浓度的COD标准溶液，均加入一定量的NaCl，完成标准溶液的配制；(6)标准曲线的构建；调整标准溶液的pH，然后将步骤(5)制备的光电致变色可视化化学传感器分别浸入到步骤(5)所配制的不同浓度的标准溶液中，然后在氙灯照射条件下，在一定时间内记录光电致变色可视化化学传感器A区域的颜色变化图片，并提取图片的RGB蓝值，将所得RGB蓝值与其对应COD的浓度值构建标准曲线；(7)检测；将步骤(5)制备的光电致变色可视化化学传感器浸入待测样品中，然后在氙灯照射条件下，记录光电致变色可视化化学传感器A区域的颜色变化图片，并提取图片的RGB蓝值，将所得RGB蓝值代入步骤(6)构建的标准曲线，即实现样品化学需氧量的检测。优选的，步骤(1)中，所述第一次煅烧和第二次煅烧温度均为550℃，时间为4～6小时,升温速率为2℃/min；超声处理时间为3～9小时。优选的，步骤(1)中，所述g-C3N4粉末、硫酸和水的用量比为0.5～2g：10～100mL：400～600mL；搅拌温度为10～40℃，搅拌时间为7～9h。优选的，步骤(2)中，所述g-C3N4粉末、超纯水、TiO2用量比例为0.5g：100mL：0.8～2g。A溶液搅拌时间为20～40分钟；B溶液超声时间为80～120分钟；B溶液干燥温度为80℃，时间为12～36小时。优选的，步骤(3)中，所述KCL、K3Fe(CN)6和超纯水的用量比为0.1～0.5g：0.05～0.1g：30～50mL。优选的，步骤(3)中，所述FeCl3、HCl和超纯水的用量比为0.01～0.05：0.2～0.3mL：30～50mL；所述HCl的质量分数为35％；所述溶液A和溶液B的体积比为1:1。优选的，步骤(4)中，所述TiO2/g-C3N4复合材料溶液的浓度为2mg/mL；所述滴加添加普鲁士蓝溶液和TiO2/g-C3N4复合材料溶液均为20～30μL。优选的，步骤(5)中，所述COD溶液的浓度为50mg/L～1500mg/L。优选的，步骤(5)中，所述NaCl在标准溶液中的终浓度为0.1mol/L。优选的，步骤(6)中，所述调整标准溶液的pH为2-7.5；具体为7.31；所述的一定时间为15～20min。本专利技术的优点和技术效果是：(1)本专利技术构建的新型光电致变色可视化化学传感器，相对于传统方法而言避免了重金属和贵金属的使用，为减少对工作人员产生伤害和对环境的二次污染；(2)本专利技术所提出的光电致变色可视化化学传感器，实现了对COD更简单有效的检测方式，使得COD数值转化更简单、更方便，而且准确度高。附图说明图1为g-C3N4材料的典型扫描电子显微镜图像(A)和透射电镜图像(C)；TiO2/g-C3N4复合材料的扫描电子显微镜图像(B)和透射电镜图像(D)。图2中A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于比色法构建光电致变色可视化传感器检测化学需氧量的方法，其特征在于，具体步骤如下：/n(1)将三聚氰胺放入管式炉中进行第一次煅烧，将煅烧后的固体研磨成粉末，再进行二次煅烧，得到g-C

【技术特征摘要】
1.一种基于比色法构建光电致变色可视化传感器检测化学需氧量的方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将三聚氰胺放入管式炉中进行第一次煅烧，将煅烧后的固体研磨成粉末，再进行二次煅烧，得到g-C3N4粉末；然后，将一定量g-C3N4粉末分散在硫酸中在一定温度下搅拌处理，搅拌完成加水稀释，然后离心、洗涤、干燥得到片状g-C3N4粉末，备用；
(2)将步骤(1)得到片状g-C3N4粉末溶解在超纯水中，得到A溶液；随后，将A溶液在室温下搅拌，并在一定温度下加热后，将TiO2加入A溶液中获得B溶液；接下来，将B溶液超声处理一段时间，并在室温下搅拌一段时间；之后，将B溶液在烘箱中干燥；最后，得到TiO2/g-C3N4复合材料粉末；
(3)称取一定量的KCL和K3Fe(CN)6混合，然后加入超纯水使其溶解，搅拌后得到溶液A；称取FeCl3加入超纯水和浓盐酸，搅拌至混合均匀得到溶液B；最后将溶液A和溶液B混合得到普鲁士蓝溶液；
(4)首先取氧化铟锡电极，在其表面划分两块相互隔离的圆形工作区域，氧化铟锡电极边缘的圆形工作区域记为A区域，远离边缘的圆形工作区域记为B区域，在A区域添加步骤(3)制备的普鲁士蓝溶液，通过电沉积法制备普鲁士蓝薄膜；以步骤(2)制备的TiO2/g-C3N4复合材料粉末加入水中，得到TiO2/g-C3N4复合材料溶液；在B区域修饰TiO2/g-C3N4复合材料溶液，在室温下干燥，得到光催化材料和电致变色材料修饰的电极，即为光电致变色可视化化学传感器；
(5)使用葡萄糖和超纯水配制不同浓度的COD溶液，然后在不同浓度的COD标准溶液，均加入一定量的NaCl，完成标准溶液的配制；
(6)调整标准溶液的pH，然后将步骤(5)制备的光电致变色可视化化学传感器分别浸入到步骤(5)所配制的不同浓度的标准溶液中，然后在氙灯照射条件下，经过一定时间记录光电致变色可视化化学传感器A区域的颜色变化图片，并提取图片的RGB蓝值，将所得RGB蓝值与其对应COD的浓度值构建标准曲线；
(7)将步骤(5)制备的光电致变色可视化化学传感器浸入待测样品中，然后在氙灯照射条件下，记录光电致变色可视化化学传感器A区域的颜色变化图片，并提取图片的RGB蓝值，将所得RGB蓝值代入步骤(6)构建的标准曲线，即实现样品化学需氧量的检测。


2.根据权利要求1所述的一种基于比色法构建光电致变色可视化传感器检测化学需氧量的方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝楠，戴震，王坤，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32