專利名稱：用于監(jiān)測二甲醚的納米復合材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測空氣中二甲醚的納米復合材料，尤其是由Y203、1^02和Al2O3組成的納米復合氧化物敏感材料。屬于傳感技術領域。
背景技術：
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，對人中樞神經系統 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，二甲醚加壓時容易液化，室溫下的蒸氣壓力約為0.5MPa。二甲醚被認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)境友好產品。在當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業(yè)，是迅速緩解石油供應短缺矛盾的一項重要措施，二甲醚的生產和應用開發(fā)對發(fā)展我國能源化工和環(huán)境保護都有著極其重要的意義。為了推進石油替代戰(zhàn)略的實施，2006年7月，國家發(fā)改委在北京召開了二甲醚產業(yè)發(fā)展座談會，指出二甲醚是具有較好發(fā)展前景的替代能源產品，是適合于我國能源結構的替代燃料，二甲醚產業(yè)要走規(guī)?；⒋笮突陌l(fā)展道路，為規(guī)范二甲醚生產與使用，應抓緊制訂相關標準。隨著液化石油氣價格的不斷上漲，二甲醚單獨作為新型清潔能源的民用燃料或與液化石油氣混合成復合燃料，已經大量進入市場。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致鋼瓶閥門以及灶具漏氣，長期使用容易引起爆炸，嚴重影響了消費者的人身和財產安全。目前，我國液化石油氣國家標準中，尚未制定二甲醚含量的指標和檢測方法，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、檢測準確，應用最多。例如，2012年9月趙麗在《工業(yè)技術》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《化學分析計量》上發(fā)表了題為“毛細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，主要缺點是分析步驟復雜、耗時長，而且需要昂貴的儀器設備。氣體傳感技術的迅猛發(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得到了廣泛應用，文獻中已經報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道很少。

發(fā)明內容
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，可以在現場快速、準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的影響。本發(fā)明所述的納米復合材料是由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小時后，靜置陳化12小時以上，將溶液在74-78°C下旋轉蒸發(fā)得到凝膠，將凝膠紅外干燥1-2小時，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，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，自然冷卻得到Y203、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，當納米粉體的粒徑范圍為20_45nm，且各組分的質量百分數滿足Y2O3 (22-36% ),MnO2 (18-33% )和Al2O3 (30-45% )時，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:(I)制備過程簡單，重復性好；(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。
具體實施例方式實施例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小時后，靜置陳化15小時，將溶液在74.5°C下旋轉蒸發(fā)得到凝膠，將凝膠紅外干燥I小時，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，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，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 ；對其進行成分分析，測得其組成(質量百分數)為25.5%Y203>30.3% MnOjP 44.2% A1203°應用: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2.8mg/m3,共存物沒有干擾。實施例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小時后，靜置陳化12小時，將溶液在75°C下旋轉蒸發(fā)得到凝膠，將凝膠紅外干燥1.5小時，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，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，自然冷卻得到Y203、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 ;對其進行成分分析，測得其組成(質量百分數)為29.8% Υ203、27.7% MnO2和42.5% Α1203°應用: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2.5mg/m3，共存物沒有干擾。實施例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小時后，靜置陳化18小時，將溶液在76°C下旋轉蒸發(fā)得到凝膠，將凝膠紅外干燥2小時，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，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，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 ；對其進行成分分析，測得其組成(質量百分數)為31.1%Υ203、30.0^MnOjP 38.9%Α1203。應用: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2.8mg/m3,共存物沒有干擾。實施例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小時后，靜置陳化20小時，將溶液在77°C下旋轉蒸發(fā)得到凝膠，將凝膠紅外干燥I小時，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，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，自然冷卻得到Y203、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 ；對其進行成分分析，測得其組成(質量百分數)為35.5% Υ203、31.8% MnOjP 32.7% Al2O3。應用: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2.4mg/m3,共存物沒有干擾。實施例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小時后，靜置陳化13小時，將溶液在77.5°C下旋轉蒸發(fā)得到凝膠，將凝膠紅外干燥1.5小時，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，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，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 ；對其進行成分分析，測得其組成(質量百分數)為22.9% Y2O3、32.8% MnOjP 44.3% Al2O3。應用: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3.8mg/m3,共存物沒有干擾。
權利要求
1.一種用于監(jiān)測二甲醚的納米復合材料，其特征是由Y2OyMnOdP Al2O3納米粉體組成，其中各組分的質量百分數范圍為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小時后，靜置陳化12小時以上，將溶液在74-78°C下旋轉蒸發(fā)得到凝膠，將凝膠紅外干燥1-2小時，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，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，自然冷卻得到Y203、MnO2和Al2O3納米粉體。
2.根據權利要求1所述的一種用于監(jiān)測二甲醚的納米復合材料，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.根據權利要求1所述的一種用于監(jiān)測二甲醚的納米復合材料，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合材料，是由釔鹽、錳鹽和鋁鹽經過溶膠凝膠技術制備的Y2O3、MnO2和Al2O3納米粉體，其中各組分的質量百分含量分別為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:北京聯合大學生物化學工程學院