一種苯、甲苯和乙苯的交叉敏感材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種苯、甲苯和乙苯的交叉敏感材料，特別是石墨烯負(fù)載的由金原子摻雜的Bi203、MgO和Y2O3組成的交叉敏感材料，屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]苯是一種氣味芳香的無(wú)色液體，易燃且毒性很高，在常溫下極易揮發(fā)，已被世界衛(wèi)生組織(WHO)確定為致癌物。由于苯的揮發(fā)性很強(qiáng)，因此使用苯或含苯材料或家具，可以使大量苯蒸氣散入環(huán)境中，通過(guò)呼吸被吸入體內(nèi)。由于苯具有脂溶性的特點(diǎn)，可以通過(guò)完好無(wú)損的皮膚進(jìn)入人體。濃度很高的苯蒸氣具有麻醉作用，短時(shí)間內(nèi)可使人昏迷、發(fā)生急性苯中毒，甚至可導(dǎo)致生命危險(xiǎn)。長(zhǎng)期吸入一定高濃度的苯蒸氣，可損害造血系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)而發(fā)生慢性苯中毒。由于初期癥狀不明顯，往往容易被忽視，繼而癥狀逐漸加重，以產(chǎn)生嚴(yán)重后果。慢性苯中毒患者主要表現(xiàn)為頭痛、頭暈、疲倦、睡眠不好、食欲不振，白血球(白細(xì)胞)減少，若病情進(jìn)一步加重皮膚可有出血現(xiàn)象，嚴(yán)重者可發(fā)生再生障礙性貧血或白血病。一般認(rèn)為苯毒性的產(chǎn)生是通過(guò)代謝產(chǎn)物所致，也就是說(shuō)苯須先通過(guò)代謝才能對(duì)生命體產(chǎn)生危害。苯可以在肝臟和骨髓中進(jìn)行代謝，而骨髓是紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板的形成部位，故苯進(jìn)入體內(nèi)可在造血組織本身形成具有血液毒性的代謝產(chǎn)物。長(zhǎng)期接觸苯可引起骨髓與遺傳損害，血象檢查可發(fā)現(xiàn)白細(xì)胞、血小板減少，全血細(xì)胞減少與再生障礙性貧血，甚至發(fā)生白血病。曾經(jīng)有人對(duì)低濃度苯接觸工人健康狀況進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果表明:外周血白細(xì)胞數(shù)雖在正常值范圍之內(nèi)，但非常顯著低于對(duì)照組；經(jīng)常性苯接觸工人淋巴細(xì)胞微核率分布高于非苯接觸組，且制苯車(chē)間觀察人群的淋巴細(xì)胞微核率與對(duì)照組比較差異有顯著性；隨作業(yè)環(huán)境苯濃度的增高，白細(xì)胞數(shù)有降低趨勢(shì)，淋巴細(xì)胞微核率有增加的趨勢(shì)。這些均證明低濃度苯對(duì)作業(yè)人群的健康有損害，尤其要注意對(duì)人體遺傳物質(zhì)的損傷作用。
[0003]甲苯是一種無(wú)色、無(wú)腐蝕性、帶甜味、且有芳香氣味的液體。不溶于水，溶于乙醇、乙醚和丙酮等。工業(yè)上接觸甲苯的機(jī)會(huì)有:煤焦油分餾或石油裂解，在油漆、涂料、橡膠、皮革、印刷等行業(yè)中作為溶劑或稀釋劑，以及用于制造炸藥、農(nóng)藥、苯甲酸、染料、合成樹(shù)脂及滌綸等，此外亦可作為航空汽油中的參加成分。甲苯毒性小于苯，但刺激癥狀比苯嚴(yán)重，吸入可出現(xiàn)咽喉刺痛感、發(fā)癢和灼燒感；刺激眼粘膜，可引起流淚、發(fā)紅、充血；濺在皮膚上局部可出現(xiàn)發(fā)紅、刺痛及泡瘆等。甲苯引起的急性中毒主要表現(xiàn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的麻醉作用和植物神經(jīng)功能紊亂癥狀，以及粘膜刺激癥狀，重者甚至抽搐、神志不清，有的可出現(xiàn)癔病樣癥狀。慢性中毒常出現(xiàn)神經(jīng)衰弱綜合征，亦可致腦病及肝腎損害。女工可有月經(jīng)異常。對(duì)血液系統(tǒng)的作用不明顯。重度甲苯中毒后，或呈興奮狀:躁動(dòng)不安，哭笑無(wú)常；或呈壓抑狀:嗜睡，木僵等，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)虛脫、昏迷。甲苯微溶于水，當(dāng)傾倒入水中時(shí)，可漂浮在水面，或呈油狀分布在水面，會(huì)引起魚(yú)類(lèi)及其它水生生物的死亡。受污染水體散發(fā)出苯系物特有刺鼻氣味。甲苯為一級(jí)易燃物，其蒸氣與空氣的混合物具爆炸性。發(fā)生爆炸起火時(shí)，冒出黑煙，火焰沿地面擴(kuò)散。進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，眼睛、咽喉會(huì)感到刺痛、流淚、發(fā)癢，并可聞到特殊的芳香氣味。
[0004]乙苯存在于煤焦油和某些柴油中。易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。遇明火、高熱或與氧化劑接觸，有引起燃燒爆炸的危險(xiǎn)。乙苯對(duì)皮膚、粘膜有較強(qiáng)刺激性，高濃度有麻醉作用。輕度中毒有頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、步態(tài)蹣跚、輕度意識(shí)障礙及眼和上呼吸道刺激癥狀。重者發(fā)生昏迷、抽搐、血壓下降及呼吸循環(huán)衰竭?？捎懈螕p害。直接吸入本品液體可致化學(xué)性肺炎和肺水腫。乙苯主要通過(guò)工業(yè)廢水和廢氣進(jìn)入環(huán)境，在地表水體中的乙苯主要迀移過(guò)程是揮發(fā)和在空氣中的光解。由于乙苯在水溶液中揮發(fā)趨勢(shì)大，廢水中的乙苯很快揮發(fā)至大氣中。大量乙苯泄漏進(jìn)入水中時(shí)，由于比水輕，漂浮在水面，可造成魚(yú)類(lèi)和水生生物死亡，被污染水體散發(fā)出異味。
[0005]可見(jiàn)，在我們的生活和工作環(huán)境中有可能接觸到苯、甲苯和乙苯，因此研宄快速準(zhǔn)確測(cè)定空氣中苯、甲苯和乙苯的方法具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。文獻(xiàn)中主要用色譜法和光度法測(cè)定苯、甲苯和乙苯，應(yīng)用時(shí)需要預(yù)先富集和制樣處理，因此耗時(shí)長(zhǎng)不易現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服以往技術(shù)的不足，提供一種對(duì)苯、甲苯和乙苯都有較高選擇性的交叉敏感材料。用這種敏感材料制作的監(jiān)測(cè)苯、甲苯和乙苯的氣體傳感器，可以在現(xiàn)場(chǎng)快速、準(zhǔn)確測(cè)定空氣中的微量苯、甲苯和乙苯而不受常見(jiàn)共存物的干擾。
[0007]本發(fā)明所述的交叉敏感材料是石墨稀負(fù)載的由金原子摻雜的Bi203、Mg0和Y2O3組成的復(fù)合粉體，其制備方法是:
[0008]在連續(xù)攪拌下將天然鱗片石墨加入溫度為0-4°C的濃硫酸中，保持溫度攪拌1-2小時(shí)后，加入與天然鱗片石墨等重量的硝酸鈉，再加入天然鱗片石墨3倍重量的固體高錳酸鉀，繼續(xù)保持溫度攪拌2-3小時(shí)，升溫至45-55°C繼續(xù)攪拌1-2小時(shí)，適量加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)3-6%的過(guò)氧化氫并升溫至65-75°C，保持溫度攪拌1.5小時(shí)，抽濾并將濾出物水洗至中性后，分散于溫度為30-40°C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-8%的鹽酸水溶液中，高速攪拌下分別加入氯金酸、鉍鹽、鎂鹽、釔鹽和異檸檬酸，保持溫度連續(xù)攪拌3-4小時(shí)，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的水合肼水溶液，升溫至50 — 55°C，繼續(xù)攪拌2-3小時(shí)，以每分鐘不超過(guò)0.5ml的速度滴加濃氨水至pH為6.3，靜置3-5小時(shí)，將沉淀過(guò)濾并置于干燥箱內(nèi)在95-100°C溫度下干燥5 — 10小時(shí)，充分研磨后，在箱式電阻爐中以每分鐘不超過(guò)3°C的速度升溫至290-300°C，保持溫度焙燒2-3小時(shí)，得到石墨烯負(fù)載的由金原子摻雜的Bi203、Mg0和Y2O3組成的復(fù)合粉體材料。
[0009]其中，鉍鹽是醋酸鉍、草酸鉍、硝酸鉍、硫酸鉍、磷酸鉍和三氯化鉍的無(wú)水物或水合物的一種或幾種的混合物，鎂鹽是氯化鎂、硫酸鎂、硝酸鎂、草酸鎂、檸檬酸鎂和醋酸鎂的無(wú)水物或水合物的一種或幾種的混合物，釔鹽是醋酸釔、草酸釔、硝酸釔、硫酸釔、磷酸釔和氯化釔的無(wú)水物或水合物的一種或幾種的混合物。
[0010]當(dāng)制得的復(fù)合粉體材料粒徑不超過(guò)38nm，各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)滿足Au(3-6% )、Bi2O3(15-22% )、Mg0(ll-17% ), Y2O3(12-25% )和 C(40-55% )時(shí)，用于作為監(jiān)測(cè)空氣中苯、甲苯和乙苯的交叉敏感材料具有很高的靈敏性和選擇性。
【具體實(shí)施方式】
[0011]實(shí)施例1
[0012]在連續(xù)攪拌下將天然鱗片石墨加入溫度為1°C的濃硫酸中，保持溫度攪拌I小時(shí)后，加入與天然鱗片石墨等重量的硝酸鈉，再加入天然鱗片石墨3倍重量的固體高錳酸鉀，繼續(xù)保持溫度攪拌2小時(shí)，升溫至46°C繼續(xù)攪拌I小時(shí)，適量加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%的過(guò)氧化氫并升溫至70°C，保持溫度攪拌1.5小時(shí)，抽濾并將濾出物水洗至中性后，分散于溫度為31°C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的鹽酸水溶液中，高速攪拌下分別加入氯金酸、醋酸鉍、六水氯化鎂、四水醋酸釔和異檸檬酸，保持溫度連續(xù)攪拌3小時(shí)，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的水合肼水溶液，升溫至51°C，繼續(xù)攪拌2小時(shí)，以每分鐘不超過(guò)0.5ml的速度滴加濃氨水至pH為6.3，靜置4小時(shí)，將沉淀過(guò)濾并置于干燥箱內(nèi)在95°C溫度下干燥10小時(shí)，充分研磨后，在箱式電阻爐中以每分鐘不超過(guò)3°C的速度升溫至291°C，保持溫度焙燒3小時(shí)，得到石墨烯負(fù)載的由金原子摻雜的Bi203、MgO和Y2O3組成的復(fù)合粉體材料。
[0013]分析:用透射電子顯微鏡測(cè)試此復(fù)合粉體材料，其最大粒徑不超過(guò)38nm，平均粒徑約為25nm ;對(duì)其進(jìn)行成分分析，測(cè)得各組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為3.7% Au、15.7% Bi2O3^
11.4% MgO,23.2% Y2O3和 46.0% Co
[0014]應(yīng)用:以此復(fù)合粉體作為敏感材料檢測(cè)空氣中的苯、甲苯和乙苯，線性范圍為苯 0.2_121mg/m3、甲苯 0.l_75mg/m3和乙苯 0.15_96mg/m 3，檢出限為苯 0.10mg/m3、甲苯0.06mg/m3和乙苯0.10mg/m 3，其它常見(jiàn)共存物沒(méi)有干擾。
[0015]實(shí)施例2
[0016]在連續(xù)攪拌下將天然鱗片石墨加入溫度為2°C的濃硫酸中，保持溫度攪拌2小時(shí)后，加入與天然鱗片石墨等重量的硝酸鈉，再加入天然鱗片石墨3倍重量的固體高錳酸鉀，繼續(xù)保持溫度攪拌3小時(shí)，升溫至48°C繼續(xù)攪拌2小時(shí)，適量加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的過(guò)氧化氫并升溫至71°C，保持溫度攪拌1.5小時(shí)，抽濾并將濾出物水洗至中性后，分散于溫度為33°C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的鹽酸水溶液中，高速攪拌下分別加入氯金酸、七水草酸鉍、七水硫酸鎂、九水草酸釔、磷酸釔和異檸檬酸，保持溫度連續(xù)攪拌4小時(shí)，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的水合肼水溶液，升溫至50°C，繼續(xù)攪拌2小時(shí)，以每分鐘不超過(guò)0.5ml的速度滴加濃氨水至pH為6.3，靜置5小時(shí)，將沉淀過(guò)濾并置于干燥箱內(nèi)在96°C溫度下干燥9小時(shí)，充分研磨后，在箱式電阻爐中以每分鐘不超過(guò)3°C的速度升溫至293°C，保持溫度焙燒3小時(shí)，得到石墨烯負(fù)載的由金原子摻雜的Bi203、Mg0和Y2O3組成的復(fù)合粉體材料。
[0017]分析:用透射電子顯微鏡測(cè)試此復(fù)合粉體材料，其最大粒徑不超過(guò)38nm，平均粒徑約為25nm ;對(duì)其進(jìn)行成分分析，測(cè)得各組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為5.2% Au、19.1 % Bi203、
12.3% MgO、12.5% Y2O3和 50.9% Co
[0018]應(yīng)用:以此復(fù)合粉體作為敏感材料檢測(cè)空氣中的苯、甲苯和乙苯，線性范圍為苯 0.18_103mg/m3、甲苯 0.12_77mg/m3和乙苯 0.15_87mg/m 3，檢出限為苯 0.10mg/m3、甲苯0.06mg