一种氨气检测器及其制备及应用制造技术

本发明专利技术提供了一种氨气检测器及其制备及应用。本方法以氧化镍

【技术实现步骤摘要】
一种氨气检测器及其制备及应用


[0001]本专利技术属于材料的定量分析方法领域，具体涉及一种氨气检测器及其制备及应用。

技术介绍

[0002]随着工业的快速发展，越来越多的有害有毒的污染气体产生，危及人类健康。氨气(NH3)作为一种最常见的重要污染气体，在工业生产、日常生活及医学健康监测领域都有着极为广泛的应用。具有强烈的刺激气味和易溶于水、无色等性质，氨气对人体健康会产生严重危害，如刺激眼睛、呼吸道和皮肤，引起头晕、恶心和疲劳等。因此根据美国职业安全与健康管理局(OSHA)的规定，当接触时间分别为15分钟和8小时时，工作场所氨气浓度的极限分别为35ppm和25ppm。此外，氨气也是诊断肾脏和胃疾病的生物标志物，通过微量氨气浓度变化的分析可以实现疾病的诊断。因此，有必要开发一种高效的氨气传感器来监测环境以及医学领域的氨气浓度。
[0003]迄今为止，关于氨气传感器材料的研究有很多报道，大多数为金属氧化物传感器。虽然具有灵敏度高、响应速度快等优点，金属氧化物传感器需要在高温下工作，过高的运行温度会消耗大量的能量，而且容易产生引起火灾，从而限制了实际应用。常见的解决办法是将金属氧化物与有机聚合物结合形成复合材料，既保存了金属氧化物传感器的优异性能，也可在室温下工作。
[0004]复合材料是通过物理或化学的方法将两种或两种以上性质不同的材料组成新性能材料。由于协同等效应的影响，材料在性能上取长补短，使复合材料的性能远远优于原来的组成材料，大大拓宽其应用。金属氧化物与有机聚合物是当今两大重要材料，将聚合物与金属氧化物复合是提升材料力学性能和物理化学性质的有效途径。新颖的聚合物如三氧化钨
‑
聚苯胺、氧化锌
‑
聚吡咯材料已有一定研究与报导。而中空微球结构具有密度小、比表面积大、表面渗透能力强等优点，有利于扩散和表面反应的发生，因此在气体传感、催化和药物传输等领域都有广泛的应用。简单方便地制备出具有均一中空微球形貌的金属氧化物
‑
有机聚合物复合材料是当下材料发展的一大重要方向。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种氨气传感器、其制备方法及一种检测氨气的方法，在室温环境下均具有高选择性和高灵敏度，很好的响应恢复性和重复性。
[0006]根据本申请的一个方面，提供一种氨气检测传感元件，所述传感元件的包括传感介质；所述传感介质为氧化镍
‑
聚苯胺复合材料。
[0007]根据本申请的另一个方面，提供一种氨气检测传感元件的制备方法，包括以下步骤：将氧化镍
‑
聚苯胺复合材料与溶剂混合离心超声，滴涂法滴涂在基底上，得到传感元件。所述基底选自陶瓷管或叉指电极。所述溶剂选自乙醇、甲醇、丙酮、乙腈中至少的一种；
[0008]氧化镍
‑
聚苯胺复合材料的浓度为0.1～30mg/mL。移取的溶液体积为5～200μL。
[0009]根据本申请的另一个方面，提供一种氨气的传感测试方法，使用了上述的氨气检测器或上述的制备方法制备的氨气检测器，包括以下步骤：
[0010]将传感元件置于密闭腔体中，加入氨水加热，随后开始计时记录响应时间内传感器的电阻变化值，随后将腔体打开，使传感器与空气接触，记录电阻恢复时间，重复上述过程2次以上；
[0011]将电阻数据导出，以时间为横坐标，以响应值R为纵坐标，使用公式R＝(ΔR/Ra)
×
100％＝((Rg
‑
Ra)/Ra)
×
100％，ΔR为响应时间内传感器的电阻变化值，Ra为空气中稳定的电阻值，Rg为规定时间内与氨气接触后的最终电阻，得到标准曲线；在测定未知浓度的含有氨气的气体样品时，在相同条件下测得电阻值即可使用标准曲线计算得到对应的氨气浓度。
[0012]所述密闭腔体的体积为10～36L；
[0013]所述腔体内氨的气体浓度为0.5～40ppm。
[0014]所述电阻的响应时间为1～10min，恢复时间为0.5～60min。
[0015]本申请还包含了一种氧化镍
‑
聚苯胺复合材料新的制备方法，通过镍盐、铜盐和多元醇配位作用，在恰当的溶剂热条件下形成尺寸均一稳定的纳米微球。将纳米微球进行焙烧去除碳介质，同时利用微球表面氧化物对微球的作用力，可得中空微球结构。最后将中空微球在酸性冰浴条件下进行原位苯胺聚合，氧化铜溶解，中空微球结构得以保持，从而得到具有中空微球结构的复合物氧化镍
‑
聚苯胺。该制备方法操作简单无危害、反应条件温和、成本低廉、适用于大批量生产，制备的材料纯度高、均一稳定、比表面积大，在气体传感、光学和电学器件等领域具有良好的发展和应用前景。
[0016]所述氧化镍
‑
聚苯胺复合材料的制备方法包括：
[0017]步骤(1)：获得双金属微球材料，所述双金属为镍和铜；
[0018]步骤(2)：将步骤(1)中得到的双金属微球材料焙烧，获得双金属中空微球材料；
[0019]步骤(3)：将步骤(2)中得到的双金属中空微球材料在酸性条件下进行原位苯胺聚合，得到氧化镍
‑
聚苯胺复合材料。
[0020]其中，步骤(1)中所述获得双金属微球材料包括：将金属盐、多元醇与溶剂混合，溶剂热反应后乙醇洗涤并真空干燥；
[0021]其中，所述金属盐为镍盐和铜盐；
[0022]所述的镍盐选自氯化镍、硫酸镍、硝酸镍、醋酸镍中的一种或几种；
[0023]所述的铜盐选自氯化铜、硫酸铜、硝酸铜、醋酸铜中的一种或几种；
[0024]所述的多元醇选自乙二醇、丙三醇、木糖、葡萄糖中的一种或几种；
[0025]所述的溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或几种。
[0026]所述的金属盐与多元醇的投料摩尔比例选自1:1～1:20；
[0027]进一步地，金属盐与多元醇的投料摩尔比例选自1:1.5～1:10；
[0028]更进一步地，金属盐与多元醇的投料摩尔比例选自1:1.5～1:5；
[0029]其中金属盐的摩尔数以其中金属元素的摩尔数计。
[0030]所述的金属盐的物质的量浓度选自0.001～1mmol/mL；
[0031]进一步地，金属盐的物质的量浓度选自0.008～0.8mmol/mL；
[0032]更进一步地，金属盐的物质的量浓度选自0.01～0.5mmol/mL；
[0033]所述镍盐与铜盐摩尔比为2:1～1:2。
[0034]所述的溶剂热反应时间选自3～48h；
[0035]进一步地，溶剂热反应时间选自4～36h；
[0036]更进一步地，溶剂热反应时间选自6～24h；
[0037]溶剂热反应的反应温度选自120～240℃；
[0038]进一步地，溶剂热反应的反应温度选自150～240℃；
[0039]更进一步优选，溶剂热反应的反应温度选自150～2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氨气检测传感元件，其特征在于，所述传感元件的包括传感介质；所述传感介质为氧化镍
‑
聚苯胺复合材料。2.一种氨气检测传感元件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氧化镍
‑
聚苯胺复合材料与溶剂混合离心超声，滴涂法滴涂在基底上，得到权利要求1所述的传感元件。3.根据权利要求2所述的传感元件的制备方法，其特征在于，所述基底选自陶瓷管或叉指电极。4.根据权利要求3所述的传感元件的制备方法，其特征在于：所述溶剂选自乙醇、甲醇、丙酮、乙腈中至少的一种；氧化镍
‑
聚苯胺复合材料的浓度为0.1～30mg/mL。5.一种氨气的传感测试方法，其特征在于：包括以下步骤：将权利要求1或2或3或4所述的传感元件置于密闭腔体中，加入氨水加热，随后开始计时记录响应时间内传感器的电阻变化值，随后将腔体打开，使传感器与空气接触，记录电阻恢复时间，重复上述过程2次以上；将电阻数据导出，以时间为横坐标，以响应值R为纵坐标，使用公式R＝(ΔR/Ra)
×
100％＝((Rg
‑
Ra)/Ra)
×
100％，ΔR为响应时间内传感器的电阻变化值，Ra为空气中稳定的电阻值，Rg为规定时间内与氨气接触后的最终电阻，得到标准曲线；在测定未知浓度的含有氨气的气体样品时，在相同条件下测得电阻值即可使用标准曲线计算得到对应的氨气浓度。6.根据权利要求5所述的氨气的传感测试方法，其特征在于，所述密闭腔体的体积为10～36L；所述腔体内氨的气体浓度为0.5～40ppm。7.根据权利要求5所述的氨气的传感测试方法，其特征在于，所述电阻的响应时间为1～10min，恢复时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯亮，胡琪，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：