專利名稱：一種監(jiān)測二氧化硫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)測空氣中二氧化硫的敏感材料，尤其是由Pd原子攙雜的 Cr2O3和Al2O3納米粉體組成的敏感材料。屬于傳感技術領域。
背景技術：
二氧化硫是大氣中主要污染物之一，是衡量大氣是否遭到污染的重要標志。世界上有很多城市發(fā)生過二氧化硫危害的嚴重事件，使很多人中毒或死亡。二氧化硫具有酸性， 可與空氣中的其他物質(zhì)反應，生成微小的亞硫酸鹽和硫酸鹽顆粒。當這些顆粒被吸入時，它們將聚集于肺部，是呼吸系統(tǒng)癥狀和疾病的主要原因之一。如果與水混合，再與皮膚接觸， 便有可能發(fā)生凍傷。與眼睛接觸時，會造成紅腫和疼痛。二氧化硫進入呼吸道后，因其易溶于水，故大部分被阻滯在上呼吸道，在濕潤的粘膜上生成具有腐蝕性的亞硫酸、硫酸和硫酸鹽，使刺激作用增強。上呼吸道的平滑肌因有末梢神經(jīng)感受器，遇刺激就會產(chǎn)生窄縮反應，使氣管和支氣管的管腔縮小，氣道阻力增加。上呼吸道對二氧化硫的這種阻留作用，在一定程度上可減輕二氧化硫?qū)Ψ尾康拇碳?。二氧化硫可被吸收進入血液，對全身產(chǎn)生毒副作用，它能破壞酶的活力，從而明顯地影響碳水化合物及蛋白質(zhì)的代謝，對肝臟有一定的損害。動物試驗證明，二氧化硫慢性中毒后，機體的免疫受到明顯抑制。二氧化硫濃度為10 15ppm時，呼吸道纖毛運動和粘膜的分泌功能均能受到抑制。濃度達20ppm時，引起咳嗽并刺激眼睛。若每天吸入濃度為IOOppm達8小時，支氣管和肺部出現(xiàn)明顯的刺激癥狀，使肺組織受損。濃度達400ppm時可使人產(chǎn)生呼吸困難。二氧化硫與飄塵一起被吸入，飄塵氣溶膠微?？砂讯趸驇У椒尾渴苟拘栽黾? 4倍。若飄塵表面吸附金屬微粒，在其催化作用下，使二氧化硫氧化為硫酸霧，其刺激作用比二氧化硫增強約1倍。長期生活在大氣污染的環(huán)境中，由于二氧化硫和飄塵的聯(lián)合作用，可促使肺泡纖維增生。如果增生范圍波及廣泛，形成纖維性病變，發(fā)展下去可使纖維斷裂形成肺氣腫。 二氧化硫可以加強致癌物苯并芘的致癌作用。據(jù)動物試驗，在二氧化硫和苯并芘的聯(lián)合作用下，動物肺癌的發(fā)病率高于單個因子的發(fā)病率，在短期內(nèi)即可誘發(fā)肺部扁平細胞癌。空氣中二氧化硫的檢測方法主要有分光光度法、熒光光度法、流動注射化學發(fā)光法、氣相色譜法、液相色譜法和電化學法等。這些方法靈敏度都比較高，但操作復雜，必須在實驗室完成，無法現(xiàn)場實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服以往技術的不足，提供一種監(jiān)測二氧化硫的納米敏感材料及其制備方法，用這種敏感材料制作的二氧化硫傳感器可以在現(xiàn)場快速、準確測定空氣中的微量二氧化硫而不受共存物的影響。本發(fā)明所述的納米敏感材料是由Pd原子攙雜的Cr2O3和Al2O3納米粉體組成，其制備方法如下
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(1)將鉻鹽和鋁鹽共溶于去離子水中，其中Cr和Al的原子比約為2 3，在高速攪拌狀態(tài)下加入檸檬酸，并用濃氨水調(diào)節(jié)PH值為2. 6-3. 8，繼續(xù)攪拌5-8小時，靜置陳化，將溶液在78-88°C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，在箱式電阻爐中以每分鐘不超過5°C的速度升溫至500-600°C，保持此溫度2-3小時，得到Cr2O3和Al2O3 納米粉體；(2)將氯化鈀溶于18%的鹽酸水溶液中，在不斷攪拌下，加入經(jīng)超聲波分散過的上述納米粉體，其中Pd和Cr的原子比約為1 100，繼續(xù)攪拌并滴加35%的水合胼水溶液， 混合均勻，直接置于干燥箱中烘干，即得Pd原子攙雜的Cr2O3和Al2O3納米粉體。其中，步驟(1)中使用的鉻鹽是氯化鉻、氯酸鉻、醋酸鉻、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，鋁鹽是硝酸鋁、硫酸鋁、高氯酸鋁、磷酸鋁、氯化鋁、醋酸鋁、異丙醇鋁和仲丁醇鋁的無水物或水合物的一種或幾種的混合物。當制得的納米粉體粒徑不超過30nm，且各組分滿足Pd(l-2% )、Cr2O300-45% ) 和Al2O3(53-59% )時，用于作為監(jiān)測二氧化硫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(1)制備過程簡單，重復性好；(2)沉淀過程緩慢，顆粒生長均勻，所得粉體材料粒徑分布較小(20 32nm)；(3)所制備的敏感材料對二氧化硫具有很高的靈敏性(0. 15mg/m3)；(4)用所制備的敏感材料制成的二氧化硫傳感器在連續(xù)使用150小時后仍很穩(wěn)定；(5)所制備的敏感材料對二氧化硫具有很好的選擇性，空氣中的共存物不干擾測定。
具體實施例方式實施例1(1)將醋酸鉻和硝酸鋁共溶于適量去離子水中，其中Cr和Al的原子比約為1 1， 在高速攪拌狀態(tài)下加入檸檬酸，并用濃氨水調(diào)節(jié)PH值為3. 0，繼續(xù)攪拌6小時，靜置陳化，將溶液在78°C旋轉蒸發(fā)得到凝膠，將凝膠紅外干燥1小時，充分研磨后，在箱式電阻爐中以每分鐘不超過5°C的速度升溫至520°C，保持此溫度2小時，得到Cr2O3和Al2O3納米粉體；(2)將氯化鈀溶于18%的鹽酸水溶液中，在不斷攪拌下，加入經(jīng)超聲波分散過的上述納米粉體，其中Pd和Cr的原子比約為1 100，繼續(xù)攪拌并滴加35%的水合胼水溶液， 混合均勻，直接置于干燥箱中烘干，即得Pd原子攙雜的Cr2O3和Al2O3納米粉體。分析用透射電鏡測試此粉體材料，其最大粒徑不超過30nm，平均粒徑約為25nm ； 對其進行成分分析，測得組成為1. 1% Pd、43. 5% Cr2O3和55. 4% A1203°應用以此粉體材料作為敏感材料測定空氣中的二氧化硫，檢出限可達0. 20mg/ m3，空氣中常見的共存物沒有干擾。實施例2(1)將硝酸鉻和硫酸鋁共溶于適量去離子水中，其中Cr和Al的原子比約為1 1， 在高速攪拌狀態(tài)下加入檸檬酸，并用濃氨水調(diào)節(jié)PH值為3. 5，繼續(xù)攪拌5小時，靜置陳化， 將溶液在80°C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，在箱式電阻爐中
4以每分鐘不超過5°C的速度升溫至550°C，保持此溫度2. 5小時，得到Cr2O3和Al2O3納米粉體；(2)將氯化鈀溶于18%的鹽酸水溶液中，在不斷攪拌下，加入經(jīng)超聲波分散過的上述納米粉體，其中Pd和Cr的原子比約為1 100，繼續(xù)攪拌并滴加35%的水合胼水溶液， 混合均勻，直接置于干燥箱中烘干，即得Pd原子攙雜的Cr2O3和Al2O3納米粉體。分析用透射電鏡測試此粉體材料，其最大粒徑不超過^nm,平均粒徑約為Mnm ； 對其進行成分分析，測得組成為1. 5% Pd、41. 1% Cr2O3和57. 4% A1203°應用以此粉體材料作為敏感材料測定空氣中的二氧化硫，檢出限可達0. ISmg/ m3，空氣中常見的共存物沒有干擾。實施例3(1)將氯化鉻和醋酸鋁共溶于適量去離子水中，其中Cr和Al的原子比約為1 1， 在高速攪拌狀態(tài)下加入檸檬酸，并用濃氨水調(diào)節(jié)PH值為2. 8，繼續(xù)攪拌7小時，靜置陳化，將溶液在85°C旋轉蒸發(fā)得到凝膠，將凝膠紅外干燥2小時，充分研磨后，在箱式電阻爐中以每分鐘不超過5°C的速度升溫至580°C，保持此溫度2小時，得到Cr2O3和Al2O3納米粉體；(2)將氯化鈀溶于18%的鹽酸水溶液中，在不斷攪拌下，加入經(jīng)超聲波分散過的上述納米粉體，其中Pd和Cr的原子比約為1 100，繼續(xù)攪拌并滴加35%的水合胼水溶液， 混合均勻，直接置于干燥箱中烘干，即得Pd原子攙雜的Cr2O3和Al2O3納米粉體。分析用透射電鏡測試此粉體材料，其最大粒徑不超過30nm，平均粒徑約為25nm ； 對其進行成分分析，測得組成為1. 7% Pd、44. 8% Cr2O3和53. 5% A1203°應用以此粉體材料作為敏感材料測定空氣中的二氧化硫，檢出限可達0. 22mg/ m3，空氣中常見的共存物沒有干擾。實施例4(1)將硫酸鉻和異丙醇鋁共溶于適量去離子水中，其中Cr和Al的原子比約為 1 1，在高速攪拌狀態(tài)下加入檸檬酸，并用濃氨水調(diào)節(jié)PH值為3.8，繼續(xù)攪拌6小時，靜置陳化，將溶液在82 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，在箱式電阻爐中以每分鐘不超過5°C的速度升溫至600°C，保持此溫度2小時，得到Cr2O3和Al2O3納米粉體；(2)將氯化鈀溶于18%的鹽酸水溶液中，在不斷攪拌下，加入經(jīng)超聲波分散過的上述納米粉體，其中Pd和Cr的原子比約為1 100，繼續(xù)攪拌并滴加35%的水合胼水溶液， 混合均勻，直接置于干燥箱中烘干，即得Pd原子攙雜的Cr2O3和Al2O3納米粉體。分析用透射電鏡測試此粉體材料，其最大粒徑不超過30nm，平均粒徑約為Mnm ； 對其進行成分分析，測得組成為1. 8% Pd、42. 5% Cr2O3和55. 7% A1203°應用以此粉體材料作為敏感材料測定空氣中的二氧化硫，檢出限可達0. 19mg/ m3，空氣中常見的共存物沒有干擾。
權利要求
1.一種監(jiān)測二氧化硫的納米敏感材料，其特征是由Pd原子攙雜的Cr2O3和Al2O3納米粉體組成，其中各組分含量為Pd (1-2%)、Cr2O3 00-45% )和Al2O3 (53-59% )，其制備方法是首先，將鉻鹽和鋁鹽共溶于去離子水中，其中Cr和Al的原子比約為2 3，在高速攪拌狀態(tài)下加入檸檬酸，并用濃氨水調(diào)節(jié)PH值為2. 6-3. 8，繼續(xù)攪拌5-8小時，靜置陳化，將溶液在78-88°C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，在箱式電阻爐中以每分鐘不超過5°C的速度升溫至500-600°C，保持此溫度2-3小時，得到Cr2O3和Al2O3納米粉體；其次，將氯化鈀溶于18%的鹽酸水溶液中，在不斷攪拌下，加入經(jīng)超聲波分散過的上述納米粉體，其中Pd和Cr的原子比約為1 100，繼續(xù)攪拌并滴加35%的水合胼水溶液， 混合均勻，直接置于干燥箱中烘干，即得Pd原子攙雜的Cr2O3和Al2O3納米粉體。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種監(jiān)測二氧化硫的納米敏感材料，其特征是所述的鉻鹽是氯化鉻、氯酸鉻、醋酸鉻、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，鋁鹽是硝酸鋁、硫酸鋁、高氯酸鋁、磷酸鋁、氯化鋁、醋酸鋁、異丙醇鋁和仲丁醇鋁的無水物或水合物的一種或幾種的混合物。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種監(jiān)測二氧化硫的納米敏感材料，其特征是所述的納米敏感材料的粒徑小于30nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測二氧化硫的納米敏感材料，其特征是由鉻鹽和鋁鹽為起始原料，經(jīng)溶解、陳化、蒸發(fā)、干燥、研磨、焙燒、摻雜和烘干等過程制備成由Pd原子攙雜的Cr2O3和Al2O3納米粉體，其中各組分含量范圍為Pd(1-2％)、Cr2O3(40-45％)和Al2O3(53-59％)，粒徑小于30nm。使用本發(fā)明所提供的敏感材料制成的二氧化硫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，使用壽命可達150小時以上，可以在線監(jiān)測空氣中的微量二氧化硫而不受共存物質(zhì)的影響。
文檔編號G01N33/00GK102175815SQ20101057502
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權日2010年12月7日
發(fā)明者周考文, 王宇, 谷春秀 申請人:北京聯(lián)合大學生物化學工程學院