采用PFC光电催化法测定环境气体中总有机气体浓度的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用PFC光电催化法测定环境气体中总有机气体浓度的方法，PFC光电催化法具体分为PFC饱和光电流法和PFC电量法。测定方法包括：制作PFC三合一电极；组装PFC测定装置；记录光阳极室的有机气体的饱和光电流或电量，根据相应的公式计算环境气体中总有机气体的浓度。本发明专利技术采用PFC装置测定环境气体中总有机气体含量，借助于电化学工作站对PFC光电催化有机气体氧化反应的电信号进行记录，并分别以饱和电流法和电量法理论来计算气体中总有机气体的含量。此技术解决了传统的采集、解吸、预处理等繁琐的过程，无需前处理，即可将样品直接用于测定，测定时间短，快速，方便，无二次污染，适用于环境监测及实验室分析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及环境监测领域，尤其涉及一种采用PFC光电催化法测定环境气体中总有机气体浓度的方法。
技术介绍
目前，对环境气体中挥发性有机气体(VOCs)的检测要经历采样、预处理和定量分析三个过程。环境气体中的VOCs的采样方式主要是采用注射器、塑料袋等固定容器直接采集被测气体，或用泵将被测气体通过吸收液、吸附剂、冷阱捕集等方式来采集。同时由于一般待测气体中的VOCs浓度较低，在分析检测之前还需对样品进行预处理。环境气体中的 VOCs分析方法主要有气相色谱法(GC)、气相色谱-质谱联用法(GC-MQ、比色管检测法等。 这些检测方法存在操作复杂，整体采样、预处理和检测花费时间较长，且目前的定量检测方法需预知污染物化学组分并制作相关标准曲线，或存在检测范围不足以覆盖全部的TVOC 成分等多方面的问题。
技术实现思路
为了克服上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种采用光催化燃料电池 (Photocatalytic Fuel Cell, PFC)光电催化法测定环境气体中总有机气体浓度的方法， PFC光电催化法具体分为PFC饱和光电流法和PFC电量法。本专利技术的技术方案如下一种采用PFC饱和光电流法测定环境气体中总有机气体浓度的方法，包括以下步骤Sl 制作PFC三合一电极，PFC三合一电极包括光阳极、质子交换膜和阴极，质子交换膜处于光阳极与阴极之间；S2 组装PFC饱和光电流测定装置，PFC饱和光电流测定装置包括光阳极室、PFC三合一电极和阴极室，PFC三合一电极位于光阳极室和阴极室之间；S3:将PFC三合一电极分别与电化学工作站的外接电极连接，并在阴阳两极间施加电压，采用光源对光阳极进行照射激发，电化学工作站对光阳极室的有机气体的饱和光电流进行记录，根据以下公式计算环境气体中总有机气体的浓度T nFAD 1π1 sei =占 oUUU其中，Inet表示光阳极室的有机气体的饱和光电流；η表示有机气体完全矿化所产生的电子数；A表示光阳极的光照面积；F表示法拉第常数；D表示有机气体的平均扩散系数W表示有机气体的平均扩散层厚度；CODpfct表示环境气体中总有机气体的浓度，即单位体积的有机气体完全降解所消耗的氧气的量(mg/L)。所述的采用PFC饱和光电流法测定环境气体中总有机气体浓度的方法，其中，步骤S3具体包括在组装好的PFC饱和光电流测定装置的阴极室中装入电解质溶液，使质子交换膜保持湿润；将PFC三合一电极的阴阳两极分别与电化学工作站的外电路进行连接；用Ar作为载气，有机气体采用丁烷，配置多种浓度的丁烷有机气体样品；打开光源，采用滤波片使其只透紫外光，对光阳极进行照射激发，同时采用电化学工作站在PFC三合一电极的阴阳两极间施加偏压；将配置的丁烷有机气体样品按浓度由低到高的顺序依次进行测定，绘制有机气体的饱和光电流与时间之间的关系曲线；计算出环境气体中总有机气体的浓度，绘制饱和光电流与环境气体中总有机气体的浓度之间的关系曲线。所述的采用PFC饱和光电流法测定环境气体中总有机气体浓度的方法，其中，在 PFC三合一电极的阴阳两极间施加的偏压为0. 3V。所述的采用PFC饱和光电流法测定环境气体中总有机气体浓度的方法，其中，电解质溶液是0. IM的Na2SO4溶液、0. IM的H2SO4溶液、或0. IM的NaNO3溶液。所述的采用PFC饱和光电流法测定环境气体中总有机气体浓度的方法，其中，光阳极室的尺寸应满足气体在此反应区的传质满足菲克定律，光电化学行为测定前后，气体的物化性质基本保持不变。光阳极室中的光阳极反应室的尺寸为45mmX45mmX 10mm,阴极室中的阴极反应室的尺寸为45mmX45mmX 10mm。一种采用PFC电量法测定环境气体中总有机气体浓度的方法，包括以下步骤Sl 制作PFC三合一电极，PFC三合一电极包括光阳极、质子交换膜和阴极，质子交换膜处于光阳极与阴极之间；S2 组装PFC电量测定装置，PFC电量测定装置包括光阳极室、PFC三合一电极和阴极室，PFC三合一电极位于光阳极室和阴极室之间；S3:将PFC三合一电极分别与电化学工作站的外接电极连接，并在阴阳两极间施加电压，采用光源对光阳极进行照射激发，电化学工作站对光阳极室的有机气体的电量进行记录，根据以下公式计算环境气体中总有机气体的浓度CODppcv (mg/LO2) = χ 320004FV其中，CODpfcv表示环境气体中总有机气体的浓度；V表示微型反应器的体积；F表示法拉第常数；Q表示光阳极室的有机气体的电量。所述的采用PFC电量法测定环境气体中总有机气体浓度的方法，其中，步骤S3具体包括在组装好的PFC电量测定装置的阴极室中装入电解质溶液，使质子交换膜保持湿润；将PFC三合一电极的阴阳两极分别与电化学工作站的外电路进行连接；用Ar作为载气，有机气体采用丁烷，配置多种浓度的丁烷有机气体样品；打开光源，采用滤波片使其只透紫外光，对光阳极进行照射激发，同时采用电化学工作站在PFC三合一电极的阴阳两极间施加偏压；将配置的丁烷有机气体样品按浓度由低到高的顺序依次进行测定，绘制有机气体的饱和光电流与时间之间的关系曲线；计算出环境气体中总有机气体的浓度，绘制电量与环境气体中总有机气体的浓度之间的关系曲线。所述的采用PFC电量法测定环境气体中总有机气体浓度的方法，其中，在PFC三合一电极的阴阳两极间施加的偏压为0. 3V。所述的采用PFC电量法测定环境气体中总有机气体浓度的方法，其中，电解质溶液是0. IM的Na2SO4溶液、0. IM的H2SO4溶液、或0. IM的NaNO3溶液。所述的采用PFC电量法测定环境气体中总有机气体浓度的方法，其中，光阳极室的尺寸应满足有机气体在此反应室的传质满足法拉第计算原理。光阳极室中的光阳极反应室的厚度控制在0. 5mm以下，体积为0.細1，阴极室中的阴极反应室的尺寸为 20mmX IOmmX 10mm。本专利技术的有益效果是本专利技术采用PFC装置测定环境气体中总有机气体含量，借助于电化学工作站对PFC光电催化有机气体氧化反应的电信号进行记录，并分别以饱和电流法和电量法理论来计算气体中总有机气体的含量。此技术解决了传统的采集、解吸、预处理等繁琐的过程，无需前处理，即可将样品直接用于测定，测定时间短，快速，方便，无二次污染，适用于环境监测及实验室分析。附图说明图1是采用PFC技术检测环境气体中总有机气体含量的原理示意图；图2是采用PFC饱和光电流法测定环境气体中总有机气体含量的原理示意图；图3是采用PFC电量法测定环境气体中总有机气体含量的原理示意图；图4是PFC饱和光电流法测定装置的示意图；图5是PFC电量法测定装置的示意图；图6是采用PFC饱和光电流法测定的丁烷气体浓度的Ι-t曲线图；图7是一系列浓度的丁烷气体浓度与Inrt之间的关系示意图；图8是采用PFC电量法测定的丁烷气体浓度与测定电量Q3re之间的关系示意图；图9是采用PFC电量法测定的电量Q3re与理论CODprcva论之间的线性关系示意图。具体实施例方式本专利技术的目的在于克服现有环境气体中有机气体含量检测技术的不足，提供一种新的采用PFC技术检测环境气体中总有机气体含量的方法。本专利技术测定环境气体中总有机气体浓度的方法包括饱和光电流法和电量法，这两种方法均是利用P本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种采用ＰＦＣ饱和光电流法测定环境气体中总有机气体浓度的方法，其特征在于，包括以下步骤：Ｓ１：制作ＰＦＣ三合一电极，ＰＦＣ三合一电极包括光阳极、质子交换膜和阴极，质子交换膜处于光阳极与阴极之间；Ｓ２：组装ＰＦＣ饱和光电流测定装置，ＰＦＣ饱和光电流测定装置包括光阳极室、ＰＦＣ三合一电极和阴极室，ＰＦＣ三合一电极位于光阳极室和阴极室之间；Ｓ３：将ＰＦＣ三合一电极分别与电化学工作站的外接电极连接，并在阴阳两极间施加电压，采用光源对光阳极进行照射激发，电化学工作站对光阳极室的有机气体的饱和光电流进行记录，根据以下公式计算环境气体中总有机气体的浓度：（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｉ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｎｅｔ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｎＦＡ（／ｍｉ）?（ｍｏｖｅｒ）?（ｍｉ）Ｄ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ＯｖｅｒＢａｒ；（／ｍｏ）?（／ｍｏｖｅｒ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏｖｅｒ）?（ｍｉ）＆ｄｅｌｔａ；（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ＯｖｅｒＢａｒ；（／ｍｏ）?（／ｍｏｖｅｒ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｏ）＆ｔｉｍｅｓ；（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｎ）８０００（／ｍｎ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｏ）［（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ＣＯＤ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ＰＦＣＶ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）］（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）其中，Ｉｎｅｔ表示光阳极室的有机气体的饱和光电流；ｎ表示有机气体完全矿化所产生的电子数；Ａ表示光阳极的光照面积；Ｆ表示法拉第常数；表示有机气体的平均扩散系数；表示有机气体的平均扩散层厚度；ＣＯＤＰＦＣＶ表示环境气体中总有机气体的浓度。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李新军，习敏，刘朝晖，吴梁鹏，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：81