專利名稱：一種丙酮的納米敏感材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測空氣中丙酮的納米敏感材料，尤其是由ZnO、Cr2O3和TiO2組成的納米復合氧化物敏感材料。屬于傳感技術領域。
背景技術：
丙酮是一種無色透明液體，易揮發(fā)，易溶于水、甲醇、乙醇、乙醚、氯仿、油類和烴類等有機溶劑。工業(yè)上主要用在炸藥、塑料、橡膠、纖維、制革、油脂、噴漆等行業(yè)中，也可以作為合成烯酮、醋酐、碘仿、甲酯、氯仿、環(huán)氧樹脂等物質的重要原料?？諝庵械谋獙χ袠猩窠浵到y有抑制、麻醉作用，高濃度接觸可能出現肝、腎和胰腺的損害。急性中毒時可發(fā)生嘔吐、氣急、痙攣甚至昏迷?？诜?，口唇、咽喉燒灼感，經數小時的潛伏期后可發(fā)生口干、嘔吐、昏睡、酸中度，甚至暫時性意識障礙。丙酮對人體的長期損害，表現為對眼的刺激癥狀如流淚、畏光和角膜上皮浸潤等，還可表現為眩暈、灼熱感，咽喉刺激、咳嗽等。此外，丙酮屬于甲類火災危險物質，在室溫下其蒸氣與空氣能形成爆炸性混合物。丙酮的測定方法很多，其中氣相色譜法精度高、檢測準確，因此應用最多。例如，2012年12月中國衛(wèi)生檢驗雜志刊出“毛細管柱氣相色譜法測定空氣中丙酮”的文章，2012年4月中國化學會第28屆學術年會會刊報道了“測定呼吸氣中丙酮的色譜方法”的文章，等等。但這種方法的缺點是分析步驟復雜、耗時長，而且需要昂貴的儀器設備。氣體傳感技術的迅猛發(fā)展為快速檢測空氣中的各種污染物提供了可能，尤其是以金屬氧化物為敏感材料的氣體傳感器已經得到了廣泛應用，文獻中已經報道了大量用于檢測甲烷、乙烷、丙烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、苯乙烯、丙烯酸等很多氣體的敏感材料及其制備方法，但用于檢測丙酮的敏感材料則報道很少。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種丙酮的納米敏感材料及其制備方法。用這種敏感材料制作的監(jiān)測空氣中丙酮的傳感器，可以在現場快速、準確測定空氣中的微量丙酮而不受其它常見共存干擾物質的影響。本發(fā)明所述的納米敏感材料是由ZnO、Cr2O3和TiO2納米粉體組成,采用溶膠凝膠法制備，具體方法是:將鋅鹽、鉻鹽、鈦鹽和蘋果酸共溶于稀鹽酸的水溶液中超聲振蕩至澄清狀態(tài)，在高速攪拌狀態(tài)下緩慢滴加稀氨水至溶液PH值為4.2-4.8，繼續(xù)攪拌5-7小時后，靜置陳化10小時，將溶液在80-86°C下旋轉蒸發(fā)得到凝膠，將凝膠紅外干燥1-2小時，充分研磨后，在高溫箱式電阻爐中以每分鐘不超過3°C的速度升溫至460-480°C，保持此溫度2小時，得到ZnO、Cr2O3和TiO2納米粉體。其中，鋅鹽是氯化鋅、硫酸鋅、硝酸鋅、高氯酸鋅、磷酸二氫鋅和醋酸鋅的無水物或水合物的一種或幾種的混合物，鉻鹽是氯化鉻、高氯酸鉻、醋酸鉻、草酸鉻、硝酸鉻和硫酸鉻的無水物或水合物的一種或幾種的混合物，鈦鹽是硝酸鈦、磷酸鈦、硫酸鈦、醋酸鈦和四氯化鈦的無水物或水合物的一種或幾種的混合物。制得的納米粉體用透射電鏡測試，當粒徑范圍為25_45nm，且各組分的質量百分數滿足Zn0(15-28% )、Cr2O3 (32-47% ) TiO2 (35-45% )時，用于作為檢測空氣中丙酮的敏感材料具有很高的靈敏度和選擇性。本發(fā)明具有如下優(yōu)點:(I)制備過程簡單，重復性好；(2)敏感材料顆粒生長均勻，粒徑分布范圍較小(25 45nm)；(4)用所制備的敏感材料制成的丙酮傳感器在連續(xù)使用100小時后仍很穩(wěn)定；(5)所制備的敏感材料對丙酮具有很好的選擇性，空氣中的常見共存物不干擾測定。


圖1為一種ZnO、Cr203和Ti02納米粉體的透射電子顯微鏡(TEM)圖。
具體實施例方式實施例1將二水合氯化鋅、六水合醋酸鉻、硝酸鈦和蘋果酸共溶于稀鹽酸的水溶液中超聲振蕩至澄清狀態(tài)，在高速攪拌狀態(tài)下緩慢滴加稀氨水至溶液PH值為4.5，繼續(xù)攪拌5小時后，靜置陳化10小時，將溶液在85.5°C下旋轉蒸發(fā)得到凝膠，將凝膠紅外干燥2小時，充分研磨后，在高溫箱式電阻爐中以每分鐘不超過3°C的速度升溫至462°C，保持此溫度2小時，得到ZnO、Cr203和Τ 02納米粉體。一分析:用透射電鏡測試此粉體材料，其粒徑范圍為25-35nm，平均粒徑約為30nm ；對其進行成分分析，測得其組成(質量百分數)為21.7% ZnO,39.9% Cr2O3和38.4% Ti02。應用:以此粉體材料作為敏感材料測定空氣中的丙酮，線性范圍2 100mg/m3，檢出限可達0.8mg/m3,共存物沒有干擾。實施例2將六水合硝酸鋅、六水合高氯酸鉻、九水合硫酸鈦、四氯化鈦和蘋果酸共溶于稀鹽酸的水溶液中超聲振蕩至澄清狀態(tài)，在高速攪拌狀態(tài)下緩慢滴加稀氨水至溶液PH值為
4.2，繼續(xù)攪拌6小時后，靜置陳化10小時，將溶液在80.5°C下旋轉蒸發(fā)得到凝膠，將凝膠紅外干燥I小時，充分研磨后，在高溫箱式電阻爐中以每分鐘不超過3°C的速度升溫至478°C，保持此溫度2小時，得到ZnO、Cr2O3和TiO2納米粉體。分析:用透射電鏡測試此粉體材料，其粒徑范圍為30-45nm，平均粒徑約為32nm ；對其進行成分分析，測得其組成(質量百分數)為25.1 % ZnO,38.7% Cr2O3和36.2% Ti02。應用:以此粉體材料作為敏感材料測定空氣中的丙酮，線性范圍5 100mg/m3，檢出限可達2mg/m3，共存物沒有干擾。

實施例3將二水合醋酸鋅、九水合硝酸鉻、二水合磷酸鈦和蘋果酸共溶于稀鹽酸的水溶液中超聲振蕩至澄清狀態(tài)，在高速攪拌狀態(tài)下緩慢滴加稀氨水至溶液PH值為4.8，繼續(xù)攪拌
6.5小時后，靜置陳化10小時，將溶液在82°C下旋轉蒸發(fā)得到凝膠，將凝膠紅外干燥1.5小時，充分研磨后，在高溫箱式電阻爐中以每分鐘不超過:TC的速度升溫至470°C，保持此溫度2小時，得到ZnO、Cr2O3和TiO2納米粉體。分析:用透射電鏡測試此粉體材料，其粒徑范圍為25-45nm，平均粒徑約為30nm ；對其進行成分分析，測得其組成(質量百分數)為18.5% Zn0、42.2% Cr2O3和39.3% Ti02。應用:以此粉體材料作為敏感材料測定空氣中的丙酮，線性范圍I 100mg/m3，檢出限可達0.6mg/m3,共存物沒有干擾。實施例4將四水合硫酸鋅、六水合硫酸鉻、醋酸鈦、硝酸鈦和蘋果酸共溶于稀鹽酸的水溶液中超聲振蕩至澄清狀態(tài)，在高速攪拌狀態(tài)下緩慢滴加稀氨水至溶液PH值為4.7，繼續(xù)攪拌6小時后，靜置陳化10小時，將溶液在85°C下旋轉蒸發(fā)得到凝膠，將凝膠紅外干燥I小時，充分研磨后，在高溫箱式電阻爐中以每分鐘不超過3°C的速度升溫至465°C，保持此溫度2小時，得到ZnO、Cr2O3和TiO2納米粉體。分析:用透射電鏡測試此粉體材料，其粒徑范圍為25-40nm，平均粒徑約為32nm ；對其進行成分分析，測得其組成(質量百分數)為16.9% Zn0、45.0% Cr2O3和38.1% Ti02。應用:以此粉體材料作為敏感材料測定空氣中的丙酮，線性范圍2 90mg/m3，檢出限可達lmg/m3，共存物沒有干擾。實施例5將磷酸二氫鋅、高氯酸鋅、草酸鉻、氯化鉻、醋酸鈦、磷酸鈦和蘋果酸共溶于稀鹽酸的水溶液中超聲振蕩至澄清狀態(tài)，在高速攪拌狀態(tài)下緩慢滴加稀氨水至溶液PH值為4.3，繼續(xù)攪拌7小時后，靜置陳化10小時，將溶液在84°C下旋轉蒸發(fā)得到凝膠，將凝膠紅外干燥2小時，充分研磨后，在高溫箱式電阻爐中以每分鐘不超過3°C的速度升溫至475°C，保持此溫度2小時，得到ZnO、Cr2O3和TiO2納米粉體。分析:用透射電鏡測試此粉體材料，其粒徑范圍為30-45nm，平均粒徑約為38nm ；對其進行成分分析，測得其組成(質量百分數)為20.3% Zn0、37.7% Cr2O3和42.0% Ti02。應用:以此粉體材料作為敏感材料測定空氣中的丙酮，線性范圍I 85mg/m3，檢出限可達0.4mg/m3,共存物沒有干擾。
權利要求
1.一種丙酮的納米敏感材料，其特征是由ZnOXr2O3和TiO2納米粉體組成,其中各組分的質量百分數范圍為Zn0(15-28% )、Cr2O3(32-47% )和TiO2 (35-45% )，其制備方法是: 將鋅鹽、鉻鹽、鈦鹽和蘋果酸共溶于稀鹽酸的水溶液中超聲振蕩至澄清狀態(tài)，在高速攪拌狀態(tài)下緩慢滴加稀氨水至溶液PH值為4.2-4.8，繼續(xù)攪拌5-7小時后，靜置陳化10小時，將溶液在80-86°C下旋轉蒸發(fā)得到凝膠，將凝膠紅外干燥1-2小時，充分研磨后，在高溫箱式電阻爐中以每分鐘不超過3°C的速度升溫至460-480°C，保持此溫度2小時，得到ZnO、Cr2O3和TiO2納米粉體。
2.根據權利要求1所述的一種丙酮的納米敏感材料，其特征是所述的鋅鹽是氯化鋅、硫酸鋅、硝酸鋅、高氯酸鋅、磷酸二氫鋅和醋酸鋅的無水物或水合物的一種或幾種的混合物，鉻鹽是氯化鉻、高氯酸鉻、醋酸鉻、草酸鉻、硝酸鉻和硫酸鉻的無水物或水合物的一種或幾種的混合物，鈦鹽是四氯化鈦、磷酸鈦、硫酸鈦、醋酸鈦和硝酸鈦的無水物或水合物的一種或幾種的混合物。
3.根據權利要求1所述的一種丙酮的納米敏感材料，其特征是所述的納米敏感材料的粒徑范圍為25-45nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測空氣中丙酮的納米敏感材料，是由鋅鹽、鉻鹽和鈦鹽經過溶膠凝膠技術制備的ZnO、Cr2O3和TiO2納米粉體，其中各組分的質量百分含量分別為ZnO(15-28％)、Cr2O3(32-47％)和TiO2(35-45％)，粒徑范圍為25-45nm。使用本發(fā)明所提供的敏感材料制成的丙酮傳感器具有較寬的線性范圍、良好的選擇性和較高的靈敏度，可以在線監(jiān)測空氣中的丙酮含量而不受共存物質的影響。
文檔編號B82Y15/00GK103149330SQ20131006389
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月20日 優(yōu)先權日2013年2月20日
發(fā)明者周考文, 邢正, 蔡鑫, 張潔, 高彬雋 申請人:北京聯合大學生物化學工程學院