苯砜基干凝膠的制備方法及應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種苯砜基干凝膠的制備方法及應(yīng)用，采用十八烷基異氰酸酯和砜基材料作為原料，通過回流制成苯砜基疏水性有機化合物，然后制成苯砜基干凝膠。本發(fā)明還將苯砜基的干凝膠作為甲醛傳感器的敏感材料，構(gòu)建了一種性能優(yōu)良的QCM甲醛傳感器。本發(fā)明制備的苯砜基材料化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，疏水性強，其原料價格低廉，且苯砜基材料合成方法簡單，所制得的甲醛傳感器可以在常溫工作，具有靈敏度高、重復(fù)性好、性能穩(wěn)定的優(yōu)點。
【專利說明】
苯砜基干凝膠的制備方法及應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種氣體傳感器的制備方法，特別是涉及一種氣體傳感器的敏感材料的制備方法，應(yīng)用于氣體動態(tài)檢測器件材料制備及應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，空氣質(zhì)量問題已成為全球性的熱點話題，隨著生活水平的提高，人們越來越關(guān)心生存的環(huán)境，尤其是頻頻報道出來會誘導(dǎo)許多疾病的有毒有害氣體污染。目前，室內(nèi)空氣污染物主要包括甲醛(HCHO)、苯系物、總揮發(fā)性有機物(TVOC)等。因此，對上述有害氣體進行實時有效地監(jiān)測，并利用凈化手段來改善空氣質(zhì)量，成為人們的迫切需求。作為從監(jiān)測到凈化過程中最前端的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，各種氣體傳感器也終將得到的巨大發(fā)展空間，近年來有蓬勃的發(fā)展勢頭。目前市場上的甲醛傳感器多種多樣，較為流行的氣體傳感器包括電化學(xué)式和半導(dǎo)體式，但是所共有的缺點是成本高、選擇性差并且不能循環(huán)利用。電化學(xué)式傳感器靈敏度高，但其抗干擾能力較弱；而傳統(tǒng)的金屬氧化物半導(dǎo)體式氣體傳感器在低濃度檢測上顯得力不從心，而且其高能耗的缺點也顯得尤為突出。因此，人們也在極力探索利用新的傳感器平臺來解決室內(nèi)空氣污染的監(jiān)測問題。
[0003]QCM即石英晶體微天平，是一種基于石英晶體壓電效應(yīng)的質(zhì)量型檢測平臺，兼具結(jié)構(gòu)簡單、靈敏高、成本低等有點，其應(yīng)用領(lǐng)域包括生物酶檢測、氣相測定等。通過對QCM晶體表面的修飾，我們可以使其對不同目標(biāo)氣體有特殊的選擇性和響應(yīng)吸附，從而提高檢測的靈敏度和選擇性。因此，QCM作為氣體傳感器平臺，具有很大發(fā)展?jié)摿椭匾膽?yīng)用價值?；诖似脚_，研發(fā)新型的敏感材料便成為目前QCM發(fā)展的重點。納米材料作為傳感器功能材料，體現(xiàn)出其極大的優(yōu)勢，正引起國內(nèi)外科學(xué)家的極大關(guān)注。有機凝膠材料近年來大范圍開始應(yīng)用，因其具有獨特的官能團和分子結(jié)構(gòu)，對某些VOC具有特殊的吸附性能，是一種很有前景的敏感材料，但還未見將其應(yīng)用于QCM的相關(guān)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種苯砜基干凝膠的制備方法及應(yīng)用，將苯砜基的干凝膠作為甲醛傳感器的敏感材料，構(gòu)建了一種性能優(yōu)良的QCM甲醛傳感器。本發(fā)明制備的苯砜基材料化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，疏水性強，其原料價格低廉，且苯砜基材料合成方法簡單，所制得的甲醛傳感器可以在常溫工作，具有靈敏度高、重復(fù)性好、性能穩(wěn)定的優(yōu)點。
[0005]為達到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，采用下述技術(shù)方案:
一種苯砜基干凝膠的制備方法，包括如下步驟:
a.采用濃度為lmmol的十八烷基異氰酸酯，按照十八烷基異氰酸酯和砜基材料的摩爾混合比例為1:(I?5)的比例，將十八烷基異氰酸酯和砜基材料在10-20ml的溶劑中回流，合成了二氨基二苯砜基脲的疏水性有機化合物;砜基材料優(yōu)選采用4，4 ’ - 二氨基二苯砜、2-氨基二苯砜和磺胺中的任意一種或任意幾種的混合物;十八烷基異氰酸酯和砜基材料進行回流的溶劑優(yōu)選采用水、丙酮和四氫呋喃中的任意一種溶劑或任意幾種的混合物溶劑；
b.將在所述步驟a中得到的二氨基二苯砜基脲化合物在四氫呋喃溶液中加熱至60-800C后進行冷卻，然后在冷凍干燥后制成苯砜基干凝膠。
[0006]—種本發(fā)明苯砜基干凝膠的制備方法的應(yīng)用，采用在所述步驟b中制備的苯砜基干凝膠作為QCM甲醛傳感器敏感材料，并將Img苯砜基干凝膠研磨后，置于5-10ml乙醇中進行混合，并在超聲5_30min條件下均勻分散制成分散液，然后將分散液涂于QCM甲醛傳感器的電極上，制成QCM甲醛傳感器。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點:
1.本發(fā)明制備苯砜基材料采用的原料價格低廉，苯砜基干凝膠的制備方法簡單；
2.本發(fā)明合成的干凝膠為苯砜基鏈狀金屬有機配合物，其材料化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，疏水性強；
3.本發(fā)明方法所制得的甲醛傳感器，所用的石英晶體微天平傳感器靈敏度高、功耗低、操作簡單；
4.本發(fā)明方法所制得的甲醛傳感器重復(fù)性好、性能穩(wěn)定、材料用量很少、抗腐蝕性好而且制作工藝簡單，在甲醛的動態(tài)檢測方面具有很好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明優(yōu)選實施例制備的苯砜基干凝膠敏感材料的固體核磁13C圖。
[0009]圖2為本發(fā)明優(yōu)選實施例制備的苯砜基干凝膠敏感材料的紅外譜圖。
[0010]圖3為本發(fā)明優(yōu)選實施例制備的苯砜基干凝膠作為敏感材料對50ppm的甲醛、丙酮、乙醇、二氧化碳、氨氣、硫化氫、苯、甲苯的QCM選擇性氣敏測試圖。
[0011]圖4為本發(fā)明優(yōu)選實施例制備的苯砜基干凝膠作為氣體檢測敏感材料對120ppm、100ppm、80ppm、60ppm、40ppm、20ppm的甲醛蒸汽的QCM連續(xù)氣敏測試性能對比圖。
[0012]
【具體實施方式】
[0013]本發(fā)明的優(yōu)選實施例詳述如下:
在本實施例中一種苯砜基干凝膠的制備方法，包括如下步驟:
a.采用濃度為lmmol的十八烷基異氰酸酯，按照十八烷基異氰酸酯和2-氨基二苯砜的質(zhì)量混合比例為1:2的比例，將十八烷基異氰酸酯和砜基材料在20ml的溶劑中回流，合成了二氨基二苯砜基脲的疏水性有機化合物；
b.將在所述步驟a中得到的二氨基二苯砜基脲化合物在四氫呋喃溶液中加熱至70°C后進行冷卻，然后在冷凍干燥后制成苯砜基干凝膠。
[0014]—種本發(fā)明苯砜基干凝膠的制備方法的應(yīng)用，采用在上述步驟b中制備的苯砜基干凝膠作為QCM甲醛傳感器敏感材料，并將Img苯砜基干凝膠研磨后，置于5ml乙醇中進行混合，并在超聲15min條件下均勻分散制成分散液，然后將分散液涂于QCM甲醛傳感器的電極上，制成QCM甲醛傳感器。
[0015]實驗測試分析:
對上述實施例中所得QCM甲醛傳感器樣品的檢測及實驗的結(jié)果參見附圖中的圖1至圖4。
[0016]參見圖1，苯砜基干凝膠的敏感材料的結(jié)構(gòu)圖，從圖可知，10-50ppm為干凝膠中烷基碳的化學(xué)位移，122-148ppm為苯環(huán)上碳的化學(xué)位移。
[0017]參見附圖2，從圖中可以看出，2919cm—1處的吸收峰歸屬于的-CH2的C-H伸縮振動；1635cm—1是苯環(huán)的骨架振動；S=O的峰出現(xiàn)在1300 cm—1和550 cm—1處，-HNCONH-官能團的吸收峰出現(xiàn)在1635cm—1和1556 cm—1處。
[0018]參見附圖3，從圖中可以看出，砜基鏈狀干凝膠作為敏感材料對甲醛的傳感效果明顯要優(yōu)于苯、丙酮、氨氣等其他VOCs。
[0019]參見附圖4，從圖中可以看出，苯砜基鏈狀金屬有機配合物作為敏感材料對120ppm、I OOppm、80ppm、60ppm、40ppm、20ppm 的甲醛蒸氣的探測重復(fù)性好。
[0020]上述實施例將所制備的苯砜基干凝膠用作甲醛傳感器的敏感材料，制成石英晶體微天平甲醛傳感器，首次把苯砜基的干凝膠作為甲醛傳感器的敏感材料，構(gòu)建了一種性能優(yōu)良的QCM甲醛傳感器。該苯砜基材料，價格低廉，合成方法簡單，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，疏水性強。所制得的甲醛傳感器可以在常溫工作，具有靈敏度高、重復(fù)性好、性能穩(wěn)定的優(yōu)點。
[0021]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例進行了說明，但本發(fā)明不限于上述實施例，還可以根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造的目的做出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的精神實質(zhì)和原理下做的改變、修飾、替代、組合或簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，只要符合本發(fā)明的發(fā)明目的，只要不背離本發(fā)明苯砜基干凝膠的制備方法及應(yīng)用的技術(shù)原理和發(fā)明構(gòu)思，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種苯砜基干凝膠的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: a.采用濃度為Immol的十八烷基異氰酸酯，按照十八烷基異氰酸酯和砜基材料的摩爾混合比例為1:(I?5)的比例，將十八烷基異氰酸酯和砜基材料在10-20ml的溶劑中回流，合成了二氨基二苯砜基脲的疏水性有機化合物； b.將在所述步驟a中得到的二氨基二苯砜基脲化合物在四氫呋喃溶液中加熱至60-800C后進行冷卻，然后在冷凍干燥后制成苯砜基干凝膠。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述苯砜基干凝膠的制備方法，其特征在于:在所述步驟a中，砜基材料為4，4’_二氨基二苯砜、2-氨基二苯砜和磺胺中的任意一種或任意幾種的混合物。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述苯砜基干凝膠的制備方法，其特征在于:在所述步驟a中，十八烷基異氰酸酯和砜基材料進行回流的溶劑為水、丙酮和四氫呋喃中的任意一種溶劑或任意幾種的混合物溶劑。4.一種權(quán)利要求1所述苯砜基干凝膠的制備方法的應(yīng)用，其特征在于:采用在所述步驟b中制備的苯砜基干凝膠作為QCM甲醛傳感器敏感材料，并將Img苯砜基干凝膠研磨后，置于5-10ml乙醇中進行混合，并在超聲5-30min條件下均勻分散制成分散液，然后將分散液涂于QCM甲醛傳感器的電極上，制成QCM甲醛傳感器。
【文檔編號】G01N29/02GK106018547SQ201610327868
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月18日
【發(fā)明人】陳楊, 徐甲強, 向群, 程知萱
【申請人】上海大學(xué)