超临界流体法制备纳米材料及用于有害气体催化发光检测

论文摘要

纳米材料催化发光传感器是一种极具开发和应用价值的气体传感器。它具有材料无损耗、不需要光源、灵敏度高、分析快速、线性范围宽、仪器设备简单、易实现自动化等优点,但目前这类催化发光传感器在检测特定气体的灵敏度和选择性方面还不尽如人意。而催化发光传感器的灵敏度与纳米敏感材料的催化活性有密切的相关性,因此本文欲利用超临界流体（supercritical fluid,简写为SCF）技术制备出具有高比表面积、高催化活性的纳米材料,来进一步提高该传感器的灵敏度和选择性,并拓展催化发光传感器的应用范围。本研究用超临界流体技术制备了具有较高催化活性的纳米MgO、Y2O3粉体,根据它们对特定有机气体的很高的灵敏度及优异的选择性,研制出基于MgO纳米粉体检测醋酸乙烯的催化发光传感器;并以CNTs为模板,在超临界流体中制备了SiO2纳米管,其检测有机气体的灵敏度和选择性都在一定程度上较SiO2纳米颗粒得到了提高,从而设计出基于SiO2纳米管检测乙酸乙酯的新型传感器。具体内容如下:1.研制了基于MgO纳米粉体检测醋酸乙烯的催化发光传感器。利用乙醇超临界流体干燥技术（supercritical fluid drying,SCFD）制备了纳米MgO及Y2O3颗粒,发现其对一些有害气体的催化发光强度远远高于普通干燥技术（common drying,CD）制备的纳米MgO及Y2O3。设计了一种以SCFD技术合成的纳米MgO为敏感材料,催化发光检测醋酸乙烯蒸气的传感器。此传感器具有很高的灵敏度及优异的选择性,在最佳条件下,催化发光强度与醋酸乙烯蒸气浓度在1.8mg/m3～1800mg/m3内呈良好的线性关系,检出限为0.7mg/m3。当浓度相同的丙酮、乙醛、乙酸乙酯、乙酸、甲醛、氨水、乙醇、苯和甲醇蒸气通过此传感器时,除乙醇引起3.56%的干扰外,其他气体基本不干扰醋酸乙烯的测定。应用本方法可快速测定车间空气中的醋酸乙烯。2.研制了基于SiO2纳米管检测乙酸乙酯的催化发光传感器。在超临界流体中分别制备了SiO2纳米管和SiO2纳米颗粒,并比较了它们对一些有害气体的催化发光性能。结果发现SiO2纳米管较SiO2纳米颗粒对检测特定气体具有更强的催化发光特性,特别是对乙酸乙酯具有很高的灵敏度和专属性。设计了一种以SiO2纳米管为敏感材料,催化发光检测乙酸乙酯蒸气的传感器。此传感器具有很高的灵敏度及选择性,在最佳条件下,催化发光强度与乙酸乙酯蒸气浓度在2.0～2000ppm内呈良好的线性关系,检出限为0.68ppm。当外来物质如丙酮、乙醛、乙酸、甲醛、氨水、乙醇、苯和甲醇通过此传感器时,对乙酸乙酯的测定没有或仅有很低的干扰。应用本法可快速测定车间空气中的乙酸乙酯。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 气体传感器发展的现状
• 1.2 化学发光气体传感器
• 1.3 催化发光气体传感器
• 1.3.1 基于纳米材料的催化发光传感器
• 1.4 纳米材料的发展现状
• 1.4.1 纳米材料的特性
• 1.4.2 纳米材料制备方法
• 1.5 超临界流体（SCF）技术在制备超细纳米材料中的应用
• 1.5.1 超临界流体技术概述
• 1.5.2 超临界流体干燥技术制备纳米粉体简介
• 1.5.3 以CNTS 为模板，在超临界流体中制备氧化物纳米管简介
• 1.6 本课题研究目的、内容和创新
• 1.6.1 课题的目的、意义
• 1.6.2 研究内容
• 1.6.3 本课题特色与创新点
• 第二章 实验部分
• 2.1 化学试剂
• 2.2 实验仪器及检测方法
• 2.2.1 催化发光传感器实验装置
• 2.2.2 样品检测方法
• 2.3 材料的表征
• 2.4 超临界流体技术制备纳米材料
• 2.4.1 溶胶-凝胶的制备
• 2.4.2 在乙醇超临界流体中干燥处理
• 2.4.3 在乙醇超临界流体中负载纳米氧化物（以CNTS 为模板）
• 第三章 基于SCFD 法制备的氧化镁纳米粉检测醋酸乙烯的催化发光传感器
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器
• 3.2.2 主要试剂
• 3.2.3 纳米材料的制备
• 3.2.4 催化发光材料的表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 SCFD 和CD 技术制备的纳米材料的催化发光性能评价
• 3.3.2 检测醋酸乙烯蒸气的催化发光体系的建立
• 3.4 小结
• 第四章 基于氧化硅纳米管检测乙酸乙酯的催化发光传感器
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器
• 4.2.2 主要试剂
• 4.2.3 氧化硅纳米材料的制备
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 氧化硅纳米管及纳米颗粒的催化发光性能评价
• 4.3.2 基于氧化硅纳米管检测乙酸乙酯体系的条件优化
• 4.3.3 响应时间
• 4.3.4 分析特征
• 4.3.5 专属性
• 4.3.6 样品分析
• 4.3.7 传感器寿命
• 4.4 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 对后续工作的展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢