專利名稱：一種丙烯酸的納米敏感材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測空氣中丙烯酸的納米敏感材料，尤其是由Fe203、CaO和MnO2組成的復(fù)合金屬氧化物敏感材料。屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
丙烯酸是最簡單的不飽和羧酸，由一個乙烯基和一個羧基組成。純的丙烯酸是無色澄清液體，帶有特征的刺激性氣味。它可與水、醇、醚和氯仿互溶。丙烯酸在工業(yè)上主要用來生產(chǎn)丙烯酸酯類(樹脂)，應(yīng)用于建筑、造紙、皮革、紡織、塑料加工、包裝材料、日用化工、水處理、采油、冶金等領(lǐng)域。丙烯酸在精細(xì)化工領(lǐng)域占有相當(dāng)重要的地位。用丙烯酸生產(chǎn)的聚丙烯和丙烯酸共聚物，被用作分散劑、絮凝劑和增稠劑等。丙烯酸對鼻、喉有刺激性，高濃度接觸可能引起肺、肝、腎損害。對皮膚有致敏性，即使接觸極低水平的丙烯酸，也能引起皮膚刺癢和皮疹。丙烯酸的蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸；與氧化劑能發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)；若遇高熱，可發(fā)生聚合反應(yīng)，放出大量熱量而引起容器破裂和爆炸事故；遇熱、光、水分、過氧化物及鐵質(zhì)易自聚而引起爆炸，具有雙鍵及羧基官能團(tuán)的聯(lián)合反應(yīng)，可以發(fā)生加成反應(yīng)、官能團(tuán)反應(yīng)以及酯交換反應(yīng)，可制備多環(huán)和雜環(huán)化合物，易被氫還原為丙酸，遇堿能分解成甲酸和乙酸。可見，建立空氣中丙烯酸的測定方法具有一定的現(xiàn)實意義。文獻(xiàn)中測定丙烯酸的方法很多，以色譜技術(shù)測定溶液中丙烯酸的方法為主，如:林小葵等在2010年第12期的《中國衛(wèi)生檢驗雜志》上發(fā)表了題為“高效液相色譜法測定工作場所空氣中丙烯酸”的文章，以硅膠管采集空氣中丙烯酸，用甲醇解吸后高效液相色譜測定；李小娟等在2007年第10期“中國衛(wèi)生檢驗雜志”上發(fā)表了題為“工作場所空氣中丙酸及丙烯酸的氣相色譜測定”的文章，以硅膠管吸附空氣中丙酸及丙烯酸，用丙酮解吸后毛細(xì)管柱氣相色譜(FID)測定；阮征等在2007年第3期“中國職業(yè)醫(yī)學(xué)”上發(fā)表了題為“工作場所空氣中丙烯酸測定方法研究”的文`章，采用硅膠管采集丙烯酸，丙酮解析，并用毛細(xì)管柱DB-FFAP對樣品進(jìn)行分離，氫火焰離子化檢測器檢測。用以上這些方法測定空氣中的微量丙烯醛時，需要用大氣采樣器富集采樣，然后回到實驗室溶解洗脫制備成液體樣品進(jìn)行測定，手續(xù)繁瑣，無法現(xiàn)場完成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服以往技術(shù)的不足，提供一種用于測定空氣中丙烯酸的納米敏感材料及其制備方法，用這種材料制作的監(jiān)測空氣中丙烯酸的傳感器，可以在現(xiàn)場快速、準(zhǔn)確測定空氣中的微量丙烯酸而不受其它常見共存干擾物質(zhì)的影響。本發(fā)明所述的催化敏感材料是由Fe203、CaO和MnO2納米粉體組成，具體制備方法是:將易溶于水的鐵鹽、鈣鹽和錳鹽共溶于去離子水中，超聲振蕩至澄清透明，將混合液加熱至38°C，在不斷攪拌下緩慢滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)15-25%的氨水，滴加速度為每秒鐘1-2滴，直至無沉淀生成，冷卻至室溫，繼續(xù)攪拌I小時，靜置6-9小時，將沉淀過濾，于100°C烘干，充分研磨后，在箱式電阻爐中以每分鐘不超過3°C的速度升溫至500-530°C，保持此溫度煅燒4-6小時，自然冷卻即得到丙烯酸的納米敏感材料。其中，鐵鹽是氯化鐵、高氯酸鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、硝酸鐵和硝酸亞鐵的無水物或水合物的一種或幾種的混合物，鈣鹽是硝酸鈣、氯化鈣和醋酸鈣的無水物或水合物的一種或幾種的混合物，錳鹽是醋酸錳、硫酸錳、氯化錳、硝酸錳和高氯酸錳的無水物或水合物的一種或幾種的混合物。制得的敏感材料用透射電鏡測試，當(dāng)其粒徑不超過40nm，且各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)滿足Fe2O3 (25-35% ), CaO (40-50% )和Mn02(15_25% )時，用于作為監(jiān)測空氣中丙烯酸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)利用稀氨水的弱堿性來緩慢調(diào)節(jié)溶液的酸堿性，沉淀過程緩慢，顆粒生長均勻，所得粉體材料粒徑小、分布范圍窄；(2)所制備的敏感材料對丙烯酸氣體具有很高的靈敏性和選擇性；(3)用所制備的敏感材料制成的丙烯酸氣體傳感器連續(xù)使用壽命超過100小時。
具體實施例方式實施例1將九水硝酸鐵、水合醋酸鈣和四水氯化錳共溶于去離子水中，超聲振蕩至澄清透明，將混合液加熱至38°C，在不斷攪拌下緩慢滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)18%的氨水，滴加速度為每秒鐘I滴，直至無沉淀生成，冷卻至 室溫，繼續(xù)攪拌I小時，靜置6小時，將沉淀過濾，于100°C烘干，充分研磨后，在箱式電阻爐中以每分鐘不超過3°C的速度升溫至505 °C，保持此溫度煅燒4小時，自然冷卻即得到丙烯酸的納米敏感材料。分析:用透射電鏡測試此粉體材料，其粒徑不超過40nm ;對其進(jìn)行成分分析，測得各組成的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為28.77% Fe203、48.15% CaO和23.08% MnO20應(yīng)用:以此粉體作為催化發(fā)光敏感材料測定空氣中的丙烯酸，線性范圍2 200mg/m3,檢出限可達(dá)1.5mg/m3,共存物沒有干擾。實施例2將六水氯化鐵、九水高氯酸鐵、四水硝酸鈣和硫酸錳共溶于去離子水中，超聲振蕩至澄清透明，將混合液加熱至38°C，在不斷攪拌下緩慢滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)20 %的氨水，滴加速度為每秒鐘2滴，直至無沉淀生成，冷卻至室溫，繼續(xù)攪拌I小時，靜置9小時，將沉淀過濾，于100°C烘干，充分研磨后，在箱式電阻爐中以每分鐘不超過3°C的速度升溫至525°C，保持此溫度煅燒5小時，自然冷卻即得到丙烯酸的納米敏感材料。分析:用透射電鏡測試此粉體材料，其粒徑不超過40nm ;對其進(jìn)行成分分析，測得各組成的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為34.80% Fe2O3'46.57% CaO和18.63% MnO2。應(yīng)用:以此粉體作為催化發(fā)光敏感材料測定空氣中的丙烯酸，線性范圍1.5 150mg/m3,檢出限可達(dá)1.0mg/m3,共存物沒有干擾。實施例3將硫酸亞鐵、九水硝酸鐵、二水氯化鈣和二水醋酸錳共溶于去離子水中，超聲振蕩至澄清透明，將混合液加熱至38°C，在不斷攪拌下緩慢滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)22 %的氨水，滴加速度為每秒鐘2滴，直至無沉淀生成，冷卻至室溫，繼續(xù)攪拌I小時，靜置8小時，將沉淀過濾，于100°C烘干，充分研磨后，在箱式電阻爐中以每分鐘不超過3°C的速度升溫至510°C，保持此溫度煅燒6小時，自然冷卻即得到丙烯酸的納米敏感材料。分析:用透射電鏡測試此粉體材料，其粒徑不超過40nm ;對其進(jìn)行成分分析，測得各組成的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為25.50% Fe2O3'49.73% CaO和24.77% MnO2。應(yīng)用:以此粉體作為催化發(fā)光敏感材料測定空氣中的丙烯酸，線性范圍2 180mg/m3,檢出限可達(dá)1.5mg/m3,共存物沒有干擾。實施例4將六水硝酸亞鐵、醋酸鈣、六水硝酸錳和六水高氯酸錳共溶于去離子水中，超聲振蕩至澄清透明，將混合液加熱至38°C，在不斷攪拌下緩慢滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)24%的氨水，滴加速度為每秒鐘I滴，直至無沉淀生成，冷卻至室溫，繼續(xù)攪拌I小時，靜置7小時，將沉淀過濾，于100°C烘干，充分研 磨后，在箱式電阻爐中以每分鐘不超過3°C的速度升溫至520°C，保持此溫度煅燒5小時，自然冷卻即得到丙烯酸的納米敏感材料。分析:用透射電鏡測試此粉體材料，其粒徑不超過40nm ;對其進(jìn)行成分分析，測得各組成的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為29.75% Fe2O3'49.29% CaO和20.96% MnO2。應(yīng)用:以此粉體作為催化發(fā)光敏感材料測定空氣中的丙烯酸，線性范圍5 250mg/m3,檢出限可達(dá)2.5mg/m3,共存物沒有干擾。實施例5將九水高氯酸鐵、硫酸鐵、四水硝酸鈣、氯化鈣、硫酸錳和六水高氯酸錳共溶于去離子水中，超聲振蕩至澄清透明，將混合液加熱至38°C，在不斷攪拌下緩慢滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)16%的氨水，滴加速度為每秒鐘2滴，直至無沉淀生成，冷卻至室溫，繼續(xù)攪拌I小時，靜置6小時，將沉淀過濾，于100°C烘干，充分研磨后，在箱式電阻爐中以每分鐘不超過3°C的速度升溫至515°C，保持此溫度煅燒6小時，自然冷卻即得到丙烯酸的納米敏感材料。分析:用透射電鏡測試此粉體材料，其粒徑不超過40nm ;對其進(jìn)行成分分析，測得各組成的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為33.08% Fe2O3'42.91% CaO和24.01% MnO20應(yīng)用:以此粉體作為催化發(fā)光敏感材料測定空氣中的丙烯酸，線性范圍1.5 200mg/m3,檢出限可達(dá)1.2mg/m3,共存物沒有干擾。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)測空氣中丙烯酸的納米敏感材料，其特征是由Fe203、CaO和MnO2納米粉體組成，其中各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)范圍為Fe2O3(25-35 %)、Ca0(40-50 % )和MnO2(15-25%)，其制備方法是:將易溶于水的鐵鹽、鈣鹽和錳鹽共溶于去離子水中，超聲振蕩至澄清透明，將混合液加熱至38°C，在不斷攪拌下緩慢滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)15-25%的氨水，滴加速度為每秒鐘1-2滴，直至無沉淀生成，冷卻至室溫，繼續(xù)攪拌I小時，靜置6-9小時，將沉淀過濾，于100°C烘干，充分研磨后，在箱式電阻爐中以每分鐘不超過3°C的速度升溫至500-530°C，保持此溫度煅燒4-6小時，自然冷卻即得到丙烯酸的納米敏感材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于監(jiān)測空氣中丙烯酸的納米敏感材料，其特征是所述的鐵鹽是氯化鐵、高氯酸鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、硝酸鐵和硝酸亞鐵的無水物或水合物的一種或幾種的混合物，鈣鹽是硝酸鈣、氯化鈣和醋酸鈣的無水物或水合物的一種或幾種的混合物，錳鹽是醋酸錳、硫酸錳、氯化錳、硝酸錳和高氯酸錳的無水物或水合物的一種或幾種的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的一種用于監(jiān)測空氣中丙烯酸的納米敏感材料，其特征是所述的納米粉體的粒徑不超過40nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測空氣中丙烯酸的納米敏感材料，是由復(fù)合金屬氧化物組成，其中各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)范圍為Fe2O3(25-35％)、CaO(40-50％)和MnO2(15-25％)。其制備方法是將易溶于水的鐵鹽、鈣鹽和錳鹽共溶于去離子水中，在不斷攪拌下緩慢滴加稀氨水至無沉淀生成為止，經(jīng)靜置、陳化、洗滌、干燥、研磨和煅燒后，得到丙烯酸的納米敏感材料。使用本發(fā)明所提供的敏感材料制成的丙烯酸催化發(fā)光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)測空氣中的丙烯酸含量而不受共存物質(zhì)的影響。
文檔編號G01N21/76GK103245657SQ201310199378
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月27日
發(fā)明者周考文, 高彬雋, 張潔, 蔡鑫, 邢正 申請人:北京聯(lián)合大學(xué)生物化學(xué)工程學(xué)院