[发明专利]一种监测二氧化硫的纳米敏感材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于监测空气中二氧化硫的敏感材料，尤其是由Pd原子搀杂的Cr₂O₃和Al₂O₃纳米粉体组成的敏感材料。属于传感技术领域。

背景技术

二氧化硫是大气中主要污染物之一，是衡量大气是否遭到污染的重要标志。世界上有很多城市发生过二氧化硫危害的严重事件，使很多人中毒或死亡。二氧化硫具有酸性，可与空气中的其他物质反应，生成微小的亚硫酸盐和硫酸盐颗粒。当这些颗粒被吸入时，它们将聚集于肺部，是呼吸系统症状和疾病的主要原因之一。如果与水混合，再与皮肤接触，便有可能发生冻伤。与眼睛接触时，会造成红肿和疼痛。

二氧化硫进入呼吸道后，因其易溶于水，故大部分被阻滞在上呼吸道，在湿润的粘膜上生成具有腐蚀性的亚硫酸、硫酸和硫酸盐，使刺激作用增强。上呼吸道的平滑肌因有末梢神经感受器，遇刺激就会产生窄缩反应，使气管和支气管的管腔缩小，气道阻力增加。上呼吸道对二氧化硫的这种阻留作用，在一定程度上可减轻二氧化硫对肺部的刺激。二氧化硫可被吸收进入血液，对全身产生毒副作用，它能破坏酶的活力，从而明显地影响碳水化合物及蛋白质的代谢，对肝脏有一定的损害。动物试验证明，二氧化硫慢性中毒后，机体的免疫受到明显抑制。

二氧化硫浓度为10～15ppm时，呼吸道纤毛运动和粘膜的分泌功能均能受到抑制。浓度达20ppm时，引起咳嗽并刺激眼睛。若每天吸入浓度为100ppm达8小时，支气管和肺部出现明显的刺激症状，使肺组织受损。浓度达400ppm时可使人产生呼吸困难。二氧化硫与飘尘一起被吸入，飘尘气溶胶微粒可把二氧化硫带到肺部使毒性增加3～4倍。若飘尘表面吸附金属微粒，在其催化作用下，使二氧化硫氧化为硫酸雾，其刺激作用比二氧化硫增强约1倍。长期生活在大气污染的环境中，由于二氧化硫和飘尘的联合作用，可促使肺泡纤维增生。如果增生范围波及广泛，形成纤维性病变，发展下去可使纤维断裂形成肺气肿。二氧化硫可以加强致癌物苯并芘的致癌作用。据动物试验，在二氧化硫和苯并芘的联合作用下，动物肺癌的发病率高于单个因子的发病率，在短期内即可诱发肺部扁平细胞癌。

空气中二氧化硫的检测方法主要有：分光光度法、荧光光度法、流动注射化学发光法、气相色谱法、液相色谱法和电化学法等。这些方法灵敏度都比较高，但操作复杂，必须在实验室完成，无法现场实现。

发明内容

本发明的目的是克服以往技术的不足，提供一种监测二氧化硫的纳米敏感材料及其制备方法，用这种敏感材料制作的二氧化硫传感器可以在现场快速、准确测定空气中的微量二氧化硫而不受共存物的影响。

本发明所述的纳米敏感材料是由Pd原子搀杂的Cr₂O₃和Al₂O₃纳米粉体组成，其制备方法如下：

(1)将铬盐和铝盐共溶于去离子水中，其中Cr和Al的原子比约为2∶3，在高速搅拌状态下加入柠檬酸，并用浓氨水调节pH值为2.6-3.8，继续搅拌5-8小时，静置陈化，将溶液在78-88℃旋转蒸发得到凝胶，将凝胶红外干燥1-2小时，充分研磨后，在箱式电阻炉中以每分钟不超过5℃的速度升温至500-600℃，保持此温度2-3小时，得到Cr₂O₃和Al₂O₃纳米粉体；

(2)将氯化钯溶于18％的盐酸水溶液中，在不断搅拌下，加入经超声波分散过的上述纳米粉体，其中Pd和Cr的原子比约为1∶100，继续搅拌并滴加35％的水合肼水溶液，混合均匀，直接置于干燥箱中烘干，即得Pd原子搀杂的Cr₂O₃和Al₂O₃纳米粉体。

其中，步骤(1)中使用的铬盐是氯化铬、氯酸铬、醋酸铬、硝酸铬和硫酸铬的无水物或水合物的一种或几种的混合物，铝盐是硝酸铝、硫酸铝、高氯酸铝、磷酸铝、氯化铝、醋酸铝、异丙醇铝和仲丁醇铝的无水物或水合物的一种或几种的混合物。

当制得的纳米粉体粒径不超过30nm，且各组分满足Pd(1-2％)、Cr₂O₃(40-45％)和Al₂O₃(53-59％)时，用于作为监测二氧化硫的敏感材料具有很高的灵敏度和选择性。

本发明具有如下优点：

(1)制备过程简单，重复性好；

(2)沉淀过程缓慢，颗粒生长均匀，所得粉体材料粒径分布较小(20～32nm)；