一种用于鉴别多环芳烃有机物的催化发光多段式传感器制造技术

本实用新型专利技术公开一种用于鉴别多环芳烃有机物的催化发光多段式传感器，包括套筒和设于套筒内的多个蜂窝状堇青石，相邻蜂窝状堇青石之间设有圆形加热片，每个蜂窝状堇青石的外表面与套筒之间设有筒形加热片，每个蜂窝状堇青石的内外表面均涂覆纳米材料La

【技术实现步骤摘要】
一种用于鉴别多环芳烃有机物的催化发光多段式传感器


[0001]本技术涉及痕量气体传感器
，尤其涉及一种安装方便，动态响应快、稳定重现性好、检测精度高的双向插入型便携式催化发光多段式传感器，主要用于鉴别汽车尾气中痕量多环芳烃有机物种类和浓度。

技术介绍

[0002]多环芳烃是由两个或两个以上苯环以线状、角状或簇状排列组成的一类有机化合物，其主要来自燃料燃烧和工业废气、汽车尾气、光化学污染等。汽车尾气中PAHs排放物主要有萘、苊烯、二氢苊、菲、芴、蒽、荧蒽、芘、屈、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、茚并[1,2,3
‑
cd]芘、二苯并[a,h]蒽和苯并[g,h,i]苝等16种。PAHs具有毒性强、影响持久和长时空迁移等特性，且毒性随苯环数增加而增大。常吸附于直径小于0.1μm颗粒物表面，在生物体内富集并通过食物链，给生态环境和人类健康造成严重危害。PAHs也是形成灰霾和光化学烟雾的重要前驱物，美国国家环保局(USEPA)已将16种PAHs列为重点防治污染物。为保护环境和人类健康，多环芳香烃去除(或降解)已成为当今大气环境科学领域的研究热点。环境空气中多环芳香烃有机污染物的质量浓度变化范围较大，反应活性较高，性质不稳定，通常其大气寿命较短，因此对其采样与分析测试技术的要求较高，准确地进行环境空气中多环芳香烃检测已经成为开展多环芳香烃污染特征研究与污染控制的一个重要前提。
[0003]目前，对汽车尾气中多环芳烃(PAHs)污染物防治方法主要有：连续再生颗粒捕集器、低温等离子体、介质阻挡放电协同催化、生物降解、电催化氧化法等。这些方法存在效率低、治理不彻底等缺点，而催化降解技术具有效率高、设备简单、光源利用方便等优势，已成为生态系统中有机污染物降解的研究热点。针对柴油机多环芳烃(PAHs)污染物光催化降解研究，目前只有对萘、蒽等单种多环芳烃光催化降解的相关报道，而对柴油机尾气中16种多环芳烃光催化降解技术研究非常少。目前用于多环芳烃催化燃烧的催化剂种类主要有：贵金属、碱土金属、过渡金属、金属氧化物、钙钛矿复合型和熔盐型等。镧系钙钛矿型催化剂拥有价格低廉、催化活性强和化学热稳定性高等优势，在柴油机多环芳烃催化燃烧方面已引起高度关注。研究文献表明，通过A、B双位掺杂金属元素的方法，可提高镧系钙钛矿型催化剂对多环芳烃催化氧化活性，掺杂的金属元素主要有Co、Sr、Mn、Ce、Al和K等。CeO2属于萤石氧化物，具有多价态转化、良好的储放氧和优异的氧化还原等特性，在电池电极、催化燃烧和气敏传感器等领域已有广泛应用。由于CeO2高温热稳定性能较差，使其对多环芳烃催化氧化能力受到了一定限制。而Ce作为镧系元素之一，其最外层电子结构为4f25d06s2，空闲的5d轨道有利于电子转移，呈现出多价态特性，故常作为掺杂元素改善钙钛矿催化剂氧化活性。
[0004]纳米材料表面催化发光传感器可用于定量评价纳米材料催化活性、气样和液样的定量检测等。目前常用的纳米催化发光传感器结构是将涂有某种纳米材料电热陶瓷棒置于石英管内，气态分析物被载入反应室,在催化材料表面被催化氧化产生发光信号,反应后的
剩余物直接排放到空气中,利用石英管外与纳米材料对应设置的光电信号转换装置转变成电流(电压) 信号。目前催化发光传感器结构存在的不足有：(1)将电阻丝置于加热陶瓷棒内部(或者表面)，催化反应表面温度恒定性不易控制，催化反应可能不彻底，造成检测到浓度值精度不够。(2)安装位置选择性较差，只能安装于汽车排气管末端，催化剂升温至最佳反应温度区间需要热源，汽车尾气余热利用率差。(3)催化反应产生的单峰响应图谱,不能用于同时鉴别汽车尾气中16种多环芳烃有机物种类和浓度。(4)测试系统零部件备多，且只能适用于实验室(或离线方式)测量，完全不能用于在线实时鉴别汽车尾气中多环芳烃有机物种类与浓度。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的问题，本技术提供一种鉴别汽车尾气中痕量多环芳烃有机物种类和浓度的催化发光多段式传感器，其作用是对汽车尾气中多环芳烃有机物浓度快速定量检测和同系物种类进行准确鉴别，实现降低汽车排放。
[0006]为实现上述技术目的，本技术采用的一些实施方案包括：
[0007]一种用于鉴别多环芳烃有机物的催化发光多段式传感器，包括套筒和设于套筒内的多个蜂窝状堇青石，相邻蜂窝状堇青石之间设有圆形加热片，每个蜂窝状堇青石的外表面与套筒之间设有筒形加热片，每个蜂窝状堇青石的内外表面均涂覆纳米材料La
0.7
Ce
0.3
Fe
0.7
Co
0.3
O3‑
δ
；筒形加热片与套筒之间还设有筒形滤光片，筒形滤光片连接BPLC型微弱发光测量仪，BPLC 型微弱发光测量仪用于检测多环芳烃有机物的催化发光强度信号，并经光谱转换处理后输出。
[0008]作为本技术的优选方案之一，所述圆形加热片和筒形加热片的内外表面均涂覆纳米材料La
0.7
Ce
0.3
Fe
0.7
Co
0.3
O3‑
δ
。
[0009]作为本技术的优选方案之一，套筒的外表面设有双向卡环，双向卡环与套筒外表面设有排气管安装间隙，套筒设于排气管内时，双向卡环可与排气管固定连接。
[0010]作为本技术的优选方案之一，圆形加热片和筒形加热片均电性连接调温器，调温器用于控制催化反应温度。
[0011]作为本技术的优选方案之一，套管内还设有导线管，圆形加热片、筒形加热片的导线以及筒形滤光片的电缆线经导线管引出。
[0012]作为本技术的优选方案之一，所述蜂窝状堇青石为三个，三个蜂窝状堇青石水平紧密排列设于套筒内。
[0013]作为本技术的优选方案之一，所述蜂窝状堇青石的尺寸为：长28毫米,外径30毫米，孔数25
×
25个，孔尺寸:φ30
×
28毫米。
[0014]作为本技术的优选方案之一，所述圆形加热片为云母加热器；
[0015]作为本技术的优选方案之一，所述筒形加热片由柔性蚀刻箔加热器制成。
[0016]作为本技术的优选方案之一，圆形加热片和筒形加热片的刻蚀结构均为叉子型
[0017]相对于现有技术，本技术具有如下优点：
[0018](1)本技术采用多段式催化发光材料，使多环芳烃有机物催化发光反应非常彻底，大幅提高了该传感器检测到多环芳烃有机物组分浓度精度。
[0019](2)本技术所述的筒形滤光片，可同时检测到第一、第二和第三段催化发光过程中的电磁辐射能hv的催化发光强度信号，大幅提高了该传感器的动态响应，稳定重现性好。
[0020](3)本技术所述的双向卡环，可以使传感器件放置于温度接近于最佳催化反应温度区间的汽车排气管道部位。借助于汽车尾气温度(300～800℃)使催化剂温度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于鉴别多环芳烃有机物的催化发光多段式传感器，其特征在于，包括套筒和设于套筒内的多个蜂窝状堇青石，相邻蜂窝状堇青石之间设有圆形加热片，每个蜂窝状堇青石的外表面与套筒之间设有筒形加热片，每个蜂窝状堇青石的内外表面均涂覆纳米材料La
0.7
Ce
0.3
Fe
0.7
Co
0.3
O3‑
δ
；筒形加热片与套筒之间还设有筒形滤光片，筒形滤光片连接BPLC型微弱发光测量仪，BPLC型微弱发光测量仪用于检测多环芳烃有机物的催化发光强度信号，并经光谱转换处理后输出。2.根据权利要求1所述的用于鉴别多环芳烃有机物的催化发光多段式传感器，其特征在于，所述圆形加热片和筒形加热片的内外表面均涂覆纳米材料La
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Ce
0.3
Fe
0.7
Co
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δ
。3.根据权利要求1或2所述的用于鉴别多环芳烃有机物的催化发光多段式传感器，其特征在于，套筒的外表面设有双向卡环，双向卡环与套筒外表面设有排气管安装间隙，套筒设于排气管内时，双向卡...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡明江，吕春旺，赵丽霞，衡丽君，王旭荣，宋艳苹，王万召，周前，
申请(专利权)人：河南城建学院，
类型：新型
国别省市：