一种PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器及其制备与应用制造技术

本发明专利技术属于传感器技术领域，具体涉及一种PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器及其制备与应用。本发明专利技术PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器能准确检测柑橘树在患柑橘黄龙病或早期黄龙病时释放的挥发性有机化合物，在柑橘树患柑橘黄龙病的早期就能对其准确的检测，进而进行预防，可有效提高柑橘的产量，同时，本发明专利技术PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器在室温下就能对柑橘树在患柑橘黄龙病或早期黄龙病时释放的挥发性有机化合物达到快速、良好的响应，而且具有低成本，可重复的优点。可重复的优点。可重复的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器及其制备与应用


[0001]本专利技术属于传感器
更具体地，涉及一种PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器及其制备与应用。

技术介绍

[0002]柑橘黄龙病(HLB)被称为全球柑橘产业的“癌症”，HLB的蔓延导致了柑橘的种植面积水平跌至世界近现代历史上的最低点，约为峰值的一半，如果没有足够的应对措施，柑橘产业将面临水果产量的快速下降和随之而来的巨大经济影响。目前治疗HLB的方法仍未成熟，所以及时检测HLB已成为一个关键问题，让树木在感染HLB的初期就被发现并进行有效处理是目前来说更为有效的防控方法。
[0003]研究发现，对比健康柑橘树来说，柑橘树在感染黄龙病后在无症状阶段，叶片挥发的气体中有三种挥发性有机化合物(VOC)会发生较为明显的浓度变化：乙基己醇的浓度显著性下降，芳樟醇和苯乙醛的浓度会显著性上升；在HLB感染严重的柑橘叶片中，水杨酸甲酯的浓度也会显著性上升。
[0004]根据上述特点，不同的便携式气体监测设备(例如E
‑
nose)已被证明可用于农业和园艺环境中的实时病虫害监测。已经开发的检测气体的方法包括气相色谱、电化学发光、拉曼光谱、液相色谱和荧光传感器，在这些检测方法中，与分析仪器相关的方法具有能够准确检测复杂样品中特定气体的能力，然而它们也存在样品制备量大、仪器昂贵笨重、仪器操作复杂等缺点，不适合实际场景中气体的实时检测。因此，发展一种简单方便且具有实时性的气体传感器用于柑橘黄龙病的早期检测是非常必要的。
[0005]气体传感器最重要的元件就是气敏材料，目前商用主流的气体传感器的气敏材料大多数是金属氧化物，但金属氧化物所需要的工作温度往往会达到几百摄氏度甚至更高，使用时有一定的机率会损伤植物，而且金属氧化物能耗高，容易中毒，对湿度敏感，对VOC这种大分子挥发物精度较低，所以很少在植物的气体测试中使用。为解决上述问题，常在气体传感器中加入多壁碳纳米管，多壁碳纳米管具有更大的表面积，更多的吸附位点，其纳米尺寸使得几乎所有的表面都可以暴露到环境中，提高对VOC的敏感性，但多壁碳纳米管对挥发性有机化合物的吸附和反应较弱。因此，可以检测柑橘早期黄龙病的选择很少，如中国专利申请公开了一种气体传感器，其仅公开了可以检测到甲苯、二甲苯、二氯甲烷，应用收到了极大的限制。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是克服检测柑橘树早期黄龙病的方法选择很少的不足，提供一种能够有效检测柑橘树早期黄龙病的PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器。
[0007]本专利技术的目的是提供一种PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器在检测柑橘黄龙病或长春花黄龙病中的应用。
[0008]本专利技术的另一目的是提供一种气敏测试系统。
[0009]本专利技术的另一目的是提供一种检测柑橘黄龙病或长春花黄龙病的方法。
[0010]本专利技术的上述目通过以下技术方案实现：
[0011]一种PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器，包括PEI修饰的多壁碳纳米管和电阻检测仪器，其中，PEI修饰的多壁碳纳米管用来吸附挥发性有机化合物，电阻检测仪器用来检测PEI修饰的多壁碳纳米管的电阻值。
[0012]本专利技术采用聚乙烯亚胺(PEI)对多壁碳纳米管传感器进行修饰，PEI是由多个胺基重复单元和两个碳脂族CH2‑
CH2间隔基组成的聚合物，不仅具有一定的气体吸附能力还可以将电子通过多壁碳纳米管过渡到电子受体(受测气体)中，从而使电阻值发生改变。
[0013]原始的多壁碳纳米管具有较少的缺陷位点，在暴露于受测气体的过程中只有少量的气体分子能吸附在表面，对于对分子量较大的VOC而言，原始多壁碳纳米管对其吸附量更少。而PEI中的聚合胺可以通过可逆亲核加成反应维持部分VOC在多壁碳纳米管上的附着，同时在PEI修饰的过程中，多壁碳纳米管会产生额外的缺陷位点，这使得多壁碳纳米管的吸附位点增多，进一步增加多壁碳纳米管对VOC的吸附。
[0014]优选地，所述挥发性有机化合物为芳樟醇、苯乙醛、乙基己醇或水杨酸甲酯。
[0015]优选地，所述多壁碳纳米管为羧基化或氨基化的多壁碳纳米管。
[0016]优选地，所述PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器的制备方法，包括如下步骤：
[0017]S1.将多壁碳纳米管分散于有机溶剂中超声得多壁碳纳米管分散液，采用介电泳排布法将多壁碳纳米管分散液均匀分散在传感器基底上的两金属电极之间，得多壁碳纳米管传感器；
[0018]S2.将多壁碳纳米管传感器完全浸没在PEI溶液中，密闭条件下静置1～2h，洗涤干燥即得PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器。
[0019]优选地，所述多壁碳纳米管分散液滴加到传感器基底上的两金属电极之间。
[0020]本专利技术利用介电泳排布法的高频交变电场使多壁碳纳米管发生极化，极化后的多壁碳纳米管在电场力的作用下产生平动和转动力矩，最终多壁碳纳米管长轴沿着电场线方向排列。介电泳排布还可以使多壁碳纳米管进行有规律地排布，获得更具重复性的结果，这种排布也避免了多壁碳纳米管的团聚，增加了多壁碳纳米管对气体的暴露面积。
[0021]优选地，在步骤S1中，所述介电泳排布法的步骤为：将多壁碳纳米管分散液超声20～30min，备用，介电泳排布开始时，将10μg/mL超声后的多壁碳纳米管分散液滴加在两金属电极中央，连接仪器，调节参数，通电150～200s，洗涤干燥即得。
[0022]更优选地，所述参数调节为正弦交流信号的频率：5MHz，峰峰值：20Vpp。
[0023]优选地，在步骤S1中，所述多壁碳纳米管溶液的浓度为8～15μg/mL。
[0024]优选地，在步骤S1中，所述超声的时间为2h以上。
[0025]优选地，在步骤S1中，所述PEI的重量为PEI溶液的4～6％。
[0026]优选地，在步骤S1中，所述有机溶剂为甲醇、DMF、DMSO或乙醇中的一种或多种。
[0027]本专利技术进一步保护一种PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器在检测柑橘黄龙病或长春花黄龙病中的应用。
[0028]优选地，所述PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器还能检测柑橘早期黄龙病。
[0029]优选地，所述PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器通过检测柑橘树在患柑橘黄龙病或早期黄龙病时释放的挥发性有机化合物来检测柑橘黄龙病。
[0030]更优选地，所述挥发性有机化合物为乙基己醇、苯乙醛、芳樟醇或水杨酸甲酯。
[0031]本专利技术进一步保护一种气敏测试系统，按照样品流向依次包括气室、电阻检测系统、PC端，所述气室包括进样口、空气搅拌器和上述PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器。
[0032]优选地，进样口用于加入待测样品，空气搅拌器用于将挥发性有机化合物挥发的气体与气室内空气混合均匀，PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器用于吸附挥发性有机化合物挥发的气体，电阻检测系统用于检测PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器的电阻值，PC端用于计算并显示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器，其特征在于，包括PEI修饰的多壁碳纳米管和电阻检测仪器，其中，PEI修饰的多壁碳纳米管用来吸附挥发性有机化合物，电阻检测仪器用来检测PEI修饰的多壁碳纳米管的电阻值。2.根据权利要求1所述PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器，其特征在于，所述挥发性有机化合物为芳樟醇、苯乙醛、乙基己醇或水杨酸甲酯。3.根据权利要求1所述PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器，其特征在于，所述PEI修饰的多壁碳纳米管的制备方法，包括如下步骤：S1.将多壁碳纳米管分散于有机溶剂中超声得多壁碳纳米管分散液，采用介电泳排布法将多壁碳纳米管均匀分散在传感器基底上的两金属电极之间，得多壁碳纳米管传感器；S2.将多壁碳纳米管传感器完全浸没在PEI溶液中，密闭条件下静置1～2h，洗涤干燥即得PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器。4.权利要求1～3任一所述PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器在检测柑橘黄龙病或长春花黄龙病中的应用。5.根据权利要求4所述应用，其特征在于，所述PEI修饰的多壁碳纳米管气体传感器通过检测柑橘树患柑橘黄龙病时释放的挥发性有机化合物来检测柑橘黄龙病。6.一种气敏测试系统，其特征在于，按照样品流向依次包括气室、电阻检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文利，翁境锋，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：