專利名稱：用于監(jiān)測二甲醚的納米復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測空氣中二甲醚的納米復(fù)合材料，尤其是由Y203、1^02和Al2O3組成的納米復(fù)合氧化物敏感材料。屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
二甲醚(Dimethyl ether，DME)在常溫常壓下是一種無色氣體，是醚的同系物，具有輕微的醚香味，對人中樞神經(jīng)系統(tǒng) 有抑制作用，吸入后可引起麻醉和窒息感，對皮膚有刺激性作用。二甲醚屬易燃物，與空氣混合能產(chǎn)生爆炸性混合物(體積濃度約3% -17% )，遇明火和高熱能引起燃燒爆炸，二甲醚加壓時(shí)容易液化，室溫下的蒸氣壓力約為0.5MPa。二甲醚被認(rèn)為是理想的柴油替代燃料和潛在的發(fā)電以及民用燃料，是一種重要的超清潔能源和環(huán)境友好產(chǎn)品。在當(dāng)前石油燃料緊缺的情況下，積極發(fā)展二甲醚等煤基醇醚燃料等石油替代產(chǎn)業(yè)，是迅速緩解石油供應(yīng)短缺矛盾的一項(xiàng)重要措施，二甲醚的生產(chǎn)和應(yīng)用開發(fā)對發(fā)展我國能源化工和環(huán)境保護(hù)都有著極其重要的意義。為了推進(jìn)石油替代戰(zhàn)略的實(shí)施，2006年7月，國家發(fā)改委在北京召開了二甲醚產(chǎn)業(yè)發(fā)展座談會(huì)，指出二甲醚是具有較好發(fā)展前景的替代能源產(chǎn)品，是適合于我國能源結(jié)構(gòu)的替代燃料，二甲醚產(chǎn)業(yè)要走規(guī)?；?、大型化的發(fā)展道路，為規(guī)范二甲醚生產(chǎn)與使用，應(yīng)抓緊制訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。隨著液化石油氣價(jià)格的不斷上漲，二甲醚單獨(dú)作為新型清潔能源的民用燃料或與液化石油氣混合成復(fù)合燃料，已經(jīng)大量進(jìn)入市場。但是，由于二甲醚對液化石油氣鋼瓶的橡膠密封圈有溶脹作用，長期充裝摻雜可能導(dǎo)致鋼瓶閥門以及灶具漏氣，長期使用容易引起爆炸，嚴(yán)重影響了消費(fèi)者的人身和財(cái)產(chǎn)安全。目前，我國液化石油氣國家標(biāo)準(zhǔn)中，尚未制定二甲醚含量的指標(biāo)和檢測方法，因此，建立混合氣中二甲醚檢測方法具有重要意義。二甲醚的測定方法很多，其中氣相色譜法精度高、檢測準(zhǔn)確，應(yīng)用最多。例如，2012年9月趙麗在《工業(yè)技術(shù)》上發(fā)表了題為“液化石油氣中二甲醚含量的測定”的文章，2012年6月呂文姬在《廣東化工》上發(fā)表了題為“毛細(xì)管氣相色譜法分析液化石油氣中二甲醚含量”的文章，2011年5月李東剛在《化學(xué)分析計(jì)量》上發(fā)表了題為“毛細(xì)管氣相色譜法分析液化石油氣中二甲醚”的文章，2010年12月余德清在《化工時(shí)刊》上發(fā)表了題為“液化石油氣中二甲醚含量檢測方法研究”，等等。這些方法都是以氣相色譜為基礎(chǔ)，主要缺點(diǎn)是分析步驟復(fù)雜、耗時(shí)長，而且需要昂貴的儀器設(shè)備。氣體傳感技術(shù)的迅猛發(fā)展為快速檢測空氣中的各種污染物提供了可能，尤其是以金屬氧化物為敏感材料的氣體傳感器已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，文獻(xiàn)中已經(jīng)報(bào)道了大量用于檢測甲烷、乙烷、丙烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、苯乙烯、丙烯酸等很多氣體的敏感材料及其制備方法，但用于檢測二甲醚的敏感材料則報(bào)道很少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于監(jiān)測空氣中二甲醚的納米復(fù)合材料及其制備方法。用這種材料制作的監(jiān)測空氣中二甲醚的傳感器，可以在現(xiàn)場快速、準(zhǔn)確測定空氣中的微量二甲醚而不受其它常見共存干擾物質(zhì)的影響。本發(fā)明所述的納米復(fù)合材料是由Y203、MnO2和Al2O3納米粉體組成，采用溶膠凝膠法制備，具體方法是:將釔鹽、錳鹽、鋁鹽和酒石酸共溶于稀鹽酸的水溶液中，超聲振蕩至澄清透明，在高速攪拌狀態(tài)下緩慢滴加稀氨水至溶液PH值為3.5-4.2，繼續(xù)攪拌8小時(shí)后，靜置陳化12小時(shí)以上，將溶液在74-78°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得到凝膠，將凝膠紅外干燥1-2小時(shí)，充分研磨后，在高溫箱式電阻爐中以每分鐘不超過7°C的速度升溫至350°C，保持此溫度2小時(shí)，再以每分鐘不超過3°C的速度升溫至480°C，保持此溫度2小時(shí)，自然冷卻得到Y(jié)203、MnO2和Al2O3納米粉體。其中，釔鹽是醋酸釔、草酸釔、硝酸釔、硫酸釔、磷酸釔、氯化釔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，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。制得的納米粉體用透射電鏡測試，當(dāng)納米粉體的粒徑范圍為20_45nm，且各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)滿足Y2O3 (22-36% ),MnO2 (18-33% )和Al2O3 (30-45% )時(shí)，用于作為監(jiān)測空氣中二甲醚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(diǎn):(I)制備過程簡單，重復(fù)性好；(2)敏感材料顆粒生長均勻，粒徑分布范圍較小(25 45nm)；(4)用所制備的敏感材料制成的二甲醚傳感器在連續(xù)使用80小時(shí)后仍很穩(wěn)定；(5)所制備的敏感材料對二甲醚具有很好的選擇性，空氣中的常見共存物不干擾測定。


圖1為一種Y2O3、MnO2和Al2O3納米粉體的透射電子顯微鏡(TEM)圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1將四水醋酸釔、四水氯化錳、九水硝酸鋁和酒石酸共溶于稀鹽酸的水溶液中，超聲振蕩至澄清透明，在高速攪拌狀態(tài)下緩慢滴加稀氨水至溶液PH值為3.55，繼續(xù)攪拌8小時(shí)后，靜置陳化15小時(shí)，將溶液在74.5°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得到凝膠，將凝膠紅外干燥I小時(shí)，充分研磨后，在高溫箱式電阻爐中以每分鐘不超過7 V的速度升溫至350°C，保持此溫度2小時(shí)，再以每分鐘不超過3°C的速度升溫至480°C，保持此溫度2小時(shí)，自然冷卻得到Υ203、Μη02和Al2O3納米粉體。分析:用透射電鏡測試此粉體材料，其粒徑范圍為25-35nm，平均粒徑約為30nm ；對其進(jìn)行成分分析，測得其組成(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))為25.5%Y203>30.3% MnOjP 44.2% A1203°應(yīng)用:以此粉體材料作為敏感材料測定空氣中的二甲醚，線性范圍5 68mg/m3，檢出限可達(dá)2.8mg/m3,共存物沒有干擾。實(shí)施例2
將磷酸釔、硫酸錳、異丙醇鋁和酒石酸共溶于稀鹽酸的水溶液中，超聲振蕩至澄清透明，在高速攪拌狀態(tài)下緩慢滴加稀氨水至溶液PH值為3.7，繼續(xù)攪拌8小時(shí)后，靜置陳化12小時(shí)，將溶液在75°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得到凝膠，將凝膠紅外干燥1.5小時(shí)，充分研磨后，在高溫箱式電阻爐中以每分鐘不超過7°C的速度升溫至350°C，保持此溫度2小時(shí)，再以每分鐘不超過3°C的速度升溫至480°C，保持此溫度2小時(shí)，自然冷卻得到Y(jié)203、MnO2和Al2O3納米粉體。分析:用透射電鏡測試此粉體材料，其粒徑范圍為35-45nm，平均粒徑約為40nm ;對其進(jìn)行成分分析，測得其組成(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))為29.8% Υ203、27.7% MnO2和42.5% Α1203°應(yīng)用:以此粉體材料作為敏感材料測定空氣中的二甲醚，線性范圍4 70mg/m3，檢出限可達(dá)2.5mg/m3，共存物沒有干擾。實(shí)施例3將九水草酸釔、六水硝酸釔、六水硝酸猛、六水高氯酸猛、十八水硫酸招、九水高氯酸鋁和酒石酸共溶于稀鹽酸的水溶液中，超聲振蕩至澄清透明，在高速攪拌狀態(tài)下緩慢滴加稀氨水至溶液PH值為3.8，繼續(xù)攪拌8小時(shí)后，靜置陳化18小時(shí)，將溶液在76°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得到凝膠，將凝膠紅外干燥2小時(shí)，充分研磨后，在高溫箱式電阻爐中以每分鐘不超過7 V的速度升溫至350°C，保持此溫度2小時(shí)，再以每分鐘不超過:TC的速度升溫至480°C，保持此溫度2小時(shí)，自然冷卻得到Υ203、Μη02和Al2O3納米粉體。分析:用透射電鏡測試此粉體材料，其粒徑范圍為25-35nm，平均粒徑約為30nm ；對其進(jìn)行成分分析，測得其組成(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))為31.1%Υ203、30.0^MnOjP 38.9%Α1203。應(yīng)用:以此粉體材料作為敏感材料測定空氣中的二甲醚，線性范圍5 77mg/m3，檢出限可達(dá)2.8mg/m3,共存物沒有干擾。實(shí)施例4將六水氯化釔、二 水醋酸錳、六水氯化鋁、二水合醋酸鋁、仲丁醇鋁和酒石酸共溶于稀鹽酸的水溶液中，超聲振蕩至澄清透明，在高速攪拌狀態(tài)下緩慢滴加稀氨水至溶液PH值為4.15，繼續(xù)攪拌8小時(shí)后，靜置陳化20小時(shí)，將溶液在77°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得到凝膠，將凝膠紅外干燥I小時(shí)，充分研磨后，在高溫箱式電阻爐中以每分鐘不超過TC的速度升溫至350°C，保持此溫度2小時(shí)，再以每分鐘不超過3°C的速度升溫至480°C，保持此溫度2小時(shí)，自然冷卻得到Y(jié)203、MnO2和Al2O3納米粉體。分析:用透射電鏡測試此粉體材料，其粒徑范圍為25-45nm，平均粒徑約為33nm ；對其進(jìn)行成分分析，測得其組成(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))為35.5% Υ203、31.8% MnOjP 32.7% Al2O3。應(yīng)用:以此粉體材料作為敏感材料測定空氣中的二甲醚，線性范圍4 65mg/m3，檢出限可達(dá)2.4mg/m3,共存物沒有干擾。實(shí)施例5將八水硫酸釔、四水氯化錳、六水硝酸錳、水合磷酸鋁、六水氯化鋁和酒石酸共溶于稀鹽酸的水溶液中，超聲振蕩至澄清透明，在高速攪拌狀態(tài)下緩慢滴加稀氨水至溶液PH值為4.0，繼續(xù)攪拌8小時(shí)后，靜置陳化13小時(shí)，將溶液在77.5°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得到凝膠，將凝膠紅外干燥1.5小時(shí)，充分研磨后，在高溫箱式電阻爐中以每分鐘不超過7°C的速度升溫至350°C，保持此溫度2小時(shí)，再以每分鐘不超過3°C的速度升溫至480°C，保持此溫度2小時(shí)，自然冷卻得到Υ203、Μη02和Al2O3納米粉體。分析:用透射電鏡測試此粉體材料，其粒徑范圍為30-40nm，平均粒徑約為35nm ；對其進(jìn)行成分分析，測得其組成(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))為22.9% Y2O3、32.8% MnOjP 44.3% Al2O3。應(yīng)用:以此粉體材料作為敏感材料測定空氣中的二甲醚，線性范圍8 98mg/m3，檢出限可達(dá)3.8mg/m3,共存物沒有干擾。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)測二甲醚的納米復(fù)合材料，其特征是由Y2OyMnOdP Al2O3納米粉體組成，其中各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)范圍為Y2O3(22-36% )、MnO2(18-33% )和Al2O3(30-45%)，其制備方法是:將釔鹽、錳鹽、鋁鹽和酒石酸共溶于稀鹽酸的水溶液中，超聲振蕩至澄清透明，在高速攪拌狀態(tài)下緩慢滴加稀氨水至溶液PH值為3.5-4.2，繼續(xù)攪拌8小時(shí)后，靜置陳化12小時(shí)以上，將溶液在74-78°C下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得到凝膠，將凝膠紅外干燥1-2小時(shí)，充分研磨后，在高溫箱式電阻爐中以每分鐘不超過7°C的速度升溫至350°C，保持此溫度2小時(shí)，再以每分鐘不超過3°C的速度升溫至480°C，保持此溫度2小時(shí)，自然冷卻得到Y(jié)203、MnO2和Al2O3納米粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于監(jiān)測二甲醚的納米復(fù)合材料，其特征是所述的釔鹽是醋酸釔、草酸釔、硝酸釔、硫酸釔、磷酸釔、氯化釔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，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(quán)利要求1所述的一種用于監(jiān)測二甲醚的納米復(fù)合材料，其特征是所述的納米粉體的粒徑范圍為20-45nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測空氣中二甲醚的納米復(fù)合材料，是由釔鹽、錳鹽和鋁鹽經(jīng)過溶膠凝膠技術(shù)制備的Y2O3、MnO2和Al2O3納米粉體，其中各組分的質(zhì)量百分含量分別為Y2O3(22-36％)、MnO2(18-33％)和Al2O3(30-45％)，粒徑范圍為20-45nm。使用本發(fā)明所提供的納米復(fù)合材料制成的二甲醚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)測空氣中的二甲醚含量而不受共存物質(zhì)的影響。
文檔編號G01N33/00GK103149332SQ201310067188
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月22日
發(fā)明者周考文, 張艷莉, 周盈, 李文宗 申請人:北京聯(lián)合大學(xué)生物化學(xué)工程學(xué)院