基于碱土金属氧化物催化发光的VOCs传感器研究

发布时间：2020-08-26 05:20

【摘要】：挥发性有机物(VOCs)种类多样且无处不在,丙酮、正丙醇、环氧氯丙烷、丙烯腈是生活环境与工业环境中常见的四种有毒VOCs气体,严重危害着自然环境与人体健康,实现对这些VOCs气体的高灵敏度检测是近年来环境分析领域的热点之一。催化发光法作为化学发光分析的重要检测方法,具有灵敏度高、操作简单、可实时监测等特点,其中所涉及的催化材料为催化发光传感器的核心组成部分。碱土金属氧化物作为一类重要的催化材料,具有低成本、催化性强、绿色环保等优点。本文研究发现,一些典型的VOCs气体如丙酮、正丙醇、环氧氯丙烷、丙烯腈等,可以在碱土金属氧化物表面产生强烈的化学发光现象,经过系统的优化实验,设计了四种VOCs催化发光气体传感器,建立了检测这些VOCs的新方法。具体内容包括:1、研究发现,一定条件下丙酮气体可以在氧化钙材料的表面产生强烈的化学发光现象,基于此设计了一种检测空气中丙酮气体的催化发光传感器。该传感器在波长535 nm,温度266°C,空气流速为400 mL/min的最佳实验条件下,测得丙酮气体浓度的线性范围为7.6~1520 mg/m~3(R=0.9984),检出限为1.52 mg/m~3(S/N=3)。考察了在相同浓度下的可能与之共存的VOCs,如乙醇、苯、二甲苯、甲醇、丙烯腈、乙腈、甲醛、环己醇、乙二醇、二氯丁烷、异戊醇、正丁醇等的干扰情况,除丙烯腈(8.9%)、乙腈(4.2%)和甲醛(2.5%)外,其余9种挥发性有机物的干扰均小于1%,表明该传感器具有很好的选择性。连续48小时通过304 mg/m~3的丙酮气体,发光强度的大小无明显变化,说明此传感器具有很好的使用寿命与稳定性。2、研究发现,正丙醇气体在氧化镁材料表面有强烈的发光现象,对正丙醇气体进行了测定,在波长460 nm,温度298°C,空气流速540 ml/min的最佳实验条件下,所得结果在40~640 mg/m~3的浓度范围内呈线性,检出限是4.22 mg/m~3。并且为了测定氧化镁材料对正丙醇气体的选择性,选择了9种气体进行干扰测试,其中二氯丁烷、正丁醇、乙醇分别对正丙醇的干扰率占3%、4%、8%,其他的气体并无干扰,说明氧化镁材料对正丙醇气体具有很好的选择性。在160 mg/m~3的正丙醇气体持续使用40小时后,发光强度没有明显改变,说明传感器也具有良好的使用寿命。3、研制了氧化镁-纳米二氧化硅复合材料,来检测空气中环氧氯丙烷气体的催化发光传感器。在波长为420 nm,温度314°C,空气流速为300 mL/m~3的实验条件下,测得环氧氯丙烷的线性范围为6~960 mg/m~3,检出限为3 mg/m~3。考察了9种可能与环氧氯丙烷共存的VOCs对传感器的干扰,除乙醇、二氯丙烷、乙醚的干扰率分别为6.4%、3.6%、2.3%,其余气体均无干扰。4、研制了氧化钙-氧化镁复合材料,来检测空气中丙烯腈气体的催化发光传感器。在最佳实验条件下,测得丙烯腈在15~750 mg/m~3的浓度范围内呈现良好的线性关系,检出限为0.5 mg/m~3。研究了9种可能与丙烯腈共存的VOCs发光响应情况,甲醇、正丙醇、甲苯对丙烯腈的干扰率分别为14.3%、3.4%、1.9%,其余气体没有对丙烯腈形成干扰。
【学位授予单位】：延安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O657.3;X831

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