甲醛检测用传感材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种甲醛检测用传感材料及其制备方法和应用，该制备方法包括：将锌源和/或锡源溶解于有机溶剂中，制得金属源溶液；向金属源溶液中添加氧化石墨烯，调节溶液pH至碱性，搅拌反应，得到第一混合液；向第一混合液中加入5‑氨基‑1‑萘‑磺酸和还原剂，加热反应，得到第二混合液；再对第二混合液进行除杂处理。以上制备方法所采用原料简单易得，成本低廉，所制得材料可用于甲醛的快速检测，检测灵敏度高，响应速度快。

Sensing material for formaldehyde detection and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
甲醛检测用传感材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及气敏材料
，尤其是涉及一种甲醛检测用传感材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着社会的进步和发展，我国人民的生活水平日益提升，居住条件也得到大幅改善。但与此同时，环境污染的问题也日益严峻，其中，大气污染问题尤为令人忧心。而中国城市室内空气污染以装修型污染最为严重和普遍，室内装修已经成为每户城市居民迁入新居前必不可少的工序，甲醛是我国首要的装修型化学性室内空气污染物。新式家具的制作，墙面、地面的装饰铺设，都需要使用粘合剂，而粘合剂中最主要的污染物就是甲醛；此外，某些化纤地毯、油漆涂料也含有一定量的甲醛。甲醛会对人体健康造成危害，它对人体粘膜和皮肤有着强烈的刺激作用，吸入时会出现持续头疼、无力、失眠等，长期暴露会导致皮炎、肺功能异常、肝功能异常、免疫功能异常、中枢神经系统受影响，还可损伤细胞内的遗传物质，出现呼吸道严重的刺激和水肿、呼吸道阻力增高、呼吸频率下降、眼刺激、头疼等问题。甲醛浓度在每立方米空气中达到0.06-0.07mg/m3时，儿童就会发生轻微气喘；当室内空气中达到0.1mg/m3时，就有异味和不适感；达到0.5mg/m3时，可刺激眼睛，引起流泪；达到0.6mg/m3，可引起咽喉不适或疼痛。浓度更高时，可引起恶心呕吐，咳嗽胸闷，气喘甚至肺水肿；当达到30mg/m3时，会立即致人死亡。经国际癌症研究机构确认，甲醛已经由之前的“可疑致癌物”升格为“致癌物”，2005年1月31日，美国公共卫生局发布的致癌物质的报告中，将甲醛列入一类致癌物质。甲醛的释放是一个持续缓慢的过程，可在装修后较长时间内持续从装修材料中逐渐释放出来污染室内空气，而且释放量随着季节和气温的变化而变化，长期影响着室内空气质量。因此，制备出对甲醛气体灵敏度高，携带方便，检测速度快的气体传感器件成为科学工作者研究的热点。现有甲醛的检测方法很多，常见的有分光光度法、色谱法、电化学分析法及仪器监测法等。国外对室内甲醛进行检测的仪器主要分布在欧美和日本等发达国家。例如美国INTERSCAN公司研制了INTERSCAN4160型号的实时检测甲醛的仪器，其分辨率为0.01ppm，检测范围为0～20ppm；日本COSMOS公司研制的XP-308B型甲醛检测仪，其分辨率为0.01ppm，检测范围为0.01～3ppm；英国PPM公司研制的PPM-HTV型甲醛检测仪，其分辨率为0.01ppm，检测范围为0.01～10ppm。这些公司研制的甲醛检测仪器在分辨率和检测范围等方面的指标在全球都处于领先地位，但是这些检测器的价格均非常昂贵，无法达到普遍使用的目标。与此同时，国内甲醛检测仪的研制尚处于初始阶段，主要分为分光光度计、比色计、电化学分析仪等，其中，以电化学分析仪器中的半导体金属氧化物甲醛气体传感器的发展为主，从二十世纪六十年代以来，金属氧化物半导体气体传感器因其体积小、灵敏度高而受到科学家所青睐。但是传统的甲醛气体传感器存在着恢复性差、检出限高、工作温度高，同时制作工艺复杂、能耗大等诸多问题，远远不能达到方便快捷、灵活使用的现实目的，因此，探寻如何在室温下实现对甲醛的高灵敏度检测成为半导体甲醛气体传感器领域的重要内容。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种甲醛检测用传感材料及其制备方法和应用，该传感材料可以用于甲醛的快速检测，灵敏度高，响应速度快，且成本低廉。本专利技术所采取的技术方案是：本专利技术的第一方面，提供一种甲醛检测用传感材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将金属源溶解于有机溶剂中，制得金属源溶液；所述金属源为锌源和/或锡源；S2、向所述金属源溶液中添加氧化石墨烯，调节溶液pH至碱性，搅拌反应，以通过超分子组装复合得到含金属氧化物和氧化石墨烯的第一混合液；S3、向所述第一混合液中加入有机小分子和还原剂，加热反应，得到含有机小分子修饰的还原氧化石墨烯和金属氧化物的第二混合液；所述有机小分子选自5-氨基-1-萘-磺酸；S4、对所述第二混合液进行除杂处理。根据本专利技术的一些实施例，步骤S1中，所述金属源选自乙酸锌(Zn(CH3COO)2)和/或乙酸锡(Sn(CH3COO)2)。根据本专利技术的一些实施例，步骤S2中，所述氧化石墨烯的添加量与所述金属源的质量比为(1～1.2)：1。为了便于将氧化石墨烯加入金属源分散液后充分分散混合，可将氧化石墨烯配置成一定浓度的氧化石墨烯分散液，再加入金属源溶液中。根据本专利技术的一些实施例，步骤S3中，所述有机小分子的添加量与所述氧化石墨烯的质量比为1：(1.5～2)；所述还原剂与所述氧化石墨烯的质量比为(2～5)：1；优选地，还原剂与氧化石墨烯的质量比为3：1。另外，加热反应的加热温度一般为80±10℃。根据本专利技术的一些实施例，所述还原剂选自水合肼、抗坏血酸中的至少一种。优选地，还原剂选用水合肼。根据本专利技术的一些实施例，步骤S1中，所述有机溶剂选自有机醇类；具体可采用甲醇、乙醇等。另外，金属源与有机溶剂混合后，可通过搅拌、震荡、物理超声等方法使金属源充分分散溶解，以得到均匀分散体系。根据本专利技术的一些实施例，步骤S4中，所述除杂处理包括洗涤、离心。本专利技术的第二方面，提供一种甲醛检测用传感材料，其由本专利技术第一方面所提供的任一种甲醛检测用传感材料的制备方法制得。本专利技术的第三方面，提供本专利技术第二方面所提供的任一种甲醛检测用传感材料在检测甲醛气体中的应用。本专利技术的第四方面，提供一种甲醛检测用传感器，其包括气敏电极，所述气敏电极的表面设有气敏涂层，所述气敏涂层的材料包括本专利技术第二方面所提供的任一种甲醛检测用传感材料。本专利技术实施例的有益效果是：本专利技术实施例提供了一种甲醛检测用传感材料的制备方法，其中利用氧化石墨烯与金属氧化物通过超分子作用复合，再加以有机小分子降低复合材料势垒以提升材料对甲醛的气体响应性能，然后用化学还原的方法还原氧化石墨烯，制得由有机小分子修饰的还原氧化石墨烯和金属金属氧化物复合材料；其中所采用的原料简单易得，成本低廉；以氧化石墨烯为基材，对环境友好，在合成过程中条件温和，节约能源；另外，反应过程有机小分子与还原氧化石墨烯之间通过非共价键复合，不会破坏石墨烯的二维平面结构，能保持石墨烯本征的电学、热力学性质；通过以上制备方法制得的传感材料能在室温条件下对甲醛气体发生快速响应和回复，反应灵敏度高，检测限低，响应速度快。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明。图1a是实施例1中超分子组装体ZnO-GO的结构示意图；图1b是实施例1中有机小分子5-氨基-1-萘-磺酸的结构示意图；图1c是实施例1所制得复合产物ZnO-ANS-rGO的结构示意图；图2是实施例1所制得传感材料的SEM形貌图；图3是实施例1-2和对比例1-2所制得传感材料对甲醛的快速响应和回复测试结果；图4是实施例1所制得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种甲醛检测用传感材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、将金属源溶解于有机溶剂中，制得金属源溶液；所述金属源为锌源和/或锡源；/nS2、向所述金属源溶液中添加氧化石墨烯，调节溶液pH至碱性，搅拌反应，得到第一混合液；/nS3、向所述第一混合液中加入有机小分子和还原剂，加热反应，得到第二混合液；所述有机小分子选自5-氨基-1-萘-磺酸；/nS4、对所述第二混合液进行除杂处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种甲醛检测用传感材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将金属源溶解于有机溶剂中，制得金属源溶液；所述金属源为锌源和/或锡源；
S2、向所述金属源溶液中添加氧化石墨烯，调节溶液pH至碱性，搅拌反应，得到第一混合液；
S3、向所述第一混合液中加入有机小分子和还原剂，加热反应，得到第二混合液；所述有机小分子选自5-氨基-1-萘-磺酸；
S4、对所述第二混合液进行除杂处理。


2.根据权利要求1所述甲醛检测用传感材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述金属源选自乙酸锌和/或乙酸锡。


3.根据权利要求1所述甲醛检测用传感材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述氧化石墨烯的添加量与所述金属源的质量比为(1～1.2)：1。


4.根据权利要求1所述甲醛检测用传感材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述有机小分子的添加量与所述氧化石墨烯的质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：王耀，范进成，周国富，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44