专利名称：用于监测二甲醚的纳米复合材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于监测空气中二甲醚的纳米复合材料，尤其是由Y203、1^02和Al2O3组成的纳米复合氧化物敏感材料。属于传感技术领域。
背景技术：
二甲醚(Dimethyl ether，DME)在常温常压下是一种无色气体，是醚的同系物，具有轻微的醚香味，对人中枢神经系统 有抑制作用，吸入后可引起麻醉和窒息感，对皮肤有刺激性作用。二甲醚属易燃物，与空气混合能产生爆炸性混合物(体积浓度约3% -17% )，遇明火和高热能引起燃烧爆炸，二甲醚加压时容易液化，室温下的蒸气压力约为0.5MPa。二甲醚被认为是理想的柴油替代燃料和潜在的发电以及民用燃料，是一种重要的超清洁能源和环境友好产品。在当前石油燃料紧缺的情况下，积极发展二甲醚等煤基醇醚燃料等石油替代产业，是迅速缓解石油供应短缺矛盾的一项重要措施，二甲醚的生产和应用开发对发展我国能源化工和环境保护都有着极其重要的意义。为了推进石油替代战略的实施，2006年7月，国家发改委在北京召开了二甲醚产业发展座谈会，指出二甲醚是具有较好发展前景的替代能源产品，是适合于我国能源结构的替代燃料，二甲醚产业要走规模化、大型化的发展道路，为规范二甲醚生产与使用，应抓紧制订相关标准。随着液化石油气价格的不断上涨，二甲醚单独作为新型清洁能源的民用燃料或与液化石油气混合成复合燃料，已经大量进入市场。但是，由于二甲醚对液化石油气钢瓶的橡胶密封圈有溶胀作用，长期充装掺杂可能导致钢瓶阀门以及灶具漏气，长期使用容易引起爆炸，严重影响了消费者的人身和财产安全。目前，我国液化石油气国家标准中，尚未制定二甲醚含量的指标和检测方法，因此，建立混合气中二甲醚检测方法具有重要意义。二甲醚的测定方法很多，其中气相色谱法精度高、检测准确，应用最多。例如，2012年9月赵丽在《工业技术》上发表了题为“液化石油气中二甲醚含量的测定”的文章，2012年6月吕文姬在《广东化工》上发表了题为“毛细管气相色谱法分析液化石油气中二甲醚含量”的文章，2011年5月李东刚在《化学分析计量》上发表了题为“毛细管气相色谱法分析液化石油气中二甲醚”的文章，2010年12月余德清在《化工时刊》上发表了题为“液化石油气中二甲醚含量检测方法研究”，等等。这些方法都是以气相色谱为基础，主要缺点是分析步骤复杂、耗时长，而且需要昂贵的仪器设备。气体传感技术的迅猛发展为快速检测空气中的各种污染物提供了可能，尤其是以金属氧化物为敏感材料的气体传感器已经得到了广泛应用，文献中已经报道了大量用于检测甲烷、乙烷、丙烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、苯乙烯、丙烯酸等很多气体的敏感材料及其制备方法，但用于检测二甲醚的敏感材料则报道很少。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于监测空气中二甲醚的纳米复合材料及其制备方法。用这种材料制作的监测空气中二甲醚的传感器，可以在现场快速、准确测定空气中的微量二甲醚而不受其它常见共存干扰物质的影响。本发明所述的纳米复合材料是由Y203、MnO2和Al2O3纳米粉体组成，采用溶胶凝胶法制备，具体方法是:将钇盐、锰盐、铝盐和酒石酸共溶于稀盐酸的水溶液中，超声振荡至澄清透明，在高速搅拌状态下缓慢滴加稀氨水至溶液PH值为3.5-4.2，继续搅拌8小时后，静置陈化12小时以上，将溶液在74-78°C下旋转蒸发得到凝胶，将凝胶红外干燥1-2小时，充分研磨后，在高温箱式电阻炉中以每分钟不超过7°C的速度升温至350°C，保持此温度2小时，再以每分钟不超过3°C的速度升温至480°C，保持此温度2小时，自然冷却得到Y203、MnO2和Al2O3纳米粉体。其中，钇盐是醋酸钇、草酸钇、硝酸钇、硫酸钇、磷酸钇、氯化钇的无水物或水合物的一种或几种的混合物，锰盐是醋酸锰、硫酸锰、氯化锰、硝酸锰和高氯酸锰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。制得的纳米粉体用透射电镜测试，当纳米粉体的粒径范围为20_45nm，且各组分的质量百分数满足Y2O3 (22-36% ),MnO2 (18-33% )和Al2O3 (30-45% )时，用于作为监测空气中二甲醚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:(I)制备过程简单，重复性好；(2)敏感材料颗粒生长均匀，粒径分布范围较小(25 45nm)；(4)用所制备的敏感材料制成的二甲醚传感器在连续使用80小时后仍很稳定；(5)所制备的敏感材料对二甲醚具有很好的选择性，空气中的常见共存物不干扰测定。
图1为一种Y2O3、MnO2和Al2O3纳米粉体的透射电子显微镜(TEM)图。
具体实施例方式实施例1将四水醋酸钇、四水氯化锰、九水硝酸铝和酒石酸共溶于稀盐酸的水溶液中，超声振荡至澄清透明，在高速搅拌状态下缓慢滴加稀氨水至溶液PH值为3.55，继续搅拌8小时后，静置陈化15小时，将溶液在74.5°C下旋转蒸发得到凝胶，将凝胶红外干燥I小时，充分研磨后，在高温箱式电阻炉中以每分钟不超过7 V的速度升温至350°C，保持此温度2小时，再以每分钟不超过3°C的速度升温至480°C，保持此温度2小时，自然冷却得到Υ203、Μη02和Al2O3纳米粉体。分析:用透射电镜测试此粉体材料，其粒径范围为25-35nm，平均粒径约为30nm ；对其进行成分分析，测得其组成(质量百分数)为25.5%Y203>30.3% MnOjP 44.2% A1203°应用:以此粉体材料作为敏感材料测定空气中的二甲醚，线性范围5 68mg/m3，检出限可达2.8mg/m3,共存物没有干扰。实施例2
将磷酸钇、硫酸锰、异丙醇铝和酒石酸共溶于稀盐酸的水溶液中，超声振荡至澄清透明，在高速搅拌状态下缓慢滴加稀氨水至溶液PH值为3.7，继续搅拌8小时后，静置陈化12小时，将溶液在75°C下旋转蒸发得到凝胶，将凝胶红外干燥1.5小时，充分研磨后，在高温箱式电阻炉中以每分钟不超过7°C的速度升温至350°C，保持此温度2小时，再以每分钟不超过3°C的速度升温至480°C，保持此温度2小时，自然冷却得到Y203、MnO2和Al2O3纳米粉体。分析:用透射电镜测试此粉体材料，其粒径范围为35-45nm，平均粒径约为40nm ;对其进行成分分析，测得其组成(质量百分数)为29.8% Υ203、27.7% MnO2和42.5% Α1203°应用:以此粉体材料作为敏感材料测定空气中的二甲醚，线性范围4 70mg/m3，检出限可达2.5mg/m3，共存物没有干扰。实施例3将九水草酸钇、六水硝酸钇、六水硝酸猛、六水高氯酸猛、十八水硫酸招、九水高氯酸铝和酒石酸共溶于稀盐酸的水溶液中，超声振荡至澄清透明，在高速搅拌状态下缓慢滴加稀氨水至溶液PH值为3.8，继续搅拌8小时后，静置陈化18小时，将溶液在76°C下旋转蒸发得到凝胶，将凝胶红外干燥2小时，充分研磨后，在高温箱式电阻炉中以每分钟不超过7 V的速度升温至350°C，保持此温度2小时，再以每分钟不超过:TC的速度升温至480°C，保持此温度2小时，自然冷却得到Υ203、Μη02和Al2O3纳米粉体。分析:用透射电镜测试此粉体材料，其粒径范围为25-35nm，平均粒径约为30nm ；对其进行成分分析，测得其组成(质量百分数)为31.1%Υ203、30.0^MnOjP 38.9%Α1203。应用:以此粉体材料作为敏感材料测定空气中的二甲醚，线性范围5 77mg/m3，检出限可达2.8mg/m3,共存物没有干扰。实施例4将六水氯化钇、二 水醋酸锰、六水氯化铝、二水合醋酸铝、仲丁醇铝和酒石酸共溶于稀盐酸的水溶液中，超声振荡至澄清透明，在高速搅拌状态下缓慢滴加稀氨水至溶液PH值为4.15，继续搅拌8小时后，静置陈化20小时，将溶液在77°C下旋转蒸发得到凝胶，将凝胶红外干燥I小时，充分研磨后，在高温箱式电阻炉中以每分钟不超过TC的速度升温至350°C，保持此温度2小时，再以每分钟不超过3°C的速度升温至480°C，保持此温度2小时，自然冷却得到Y203、MnO2和Al2O3纳米粉体。分析:用透射电镜测试此粉体材料，其粒径范围为25-45nm，平均粒径约为33nm ；对其进行成分分析，测得其组成(质量百分数)为35.5% Υ203、31.8% MnOjP 32.7% Al2O3。应用:以此粉体材料作为敏感材料测定空气中的二甲醚，线性范围4 65mg/m3，检出限可达2.4mg/m3,共存物没有干扰。实施例5将八水硫酸钇、四水氯化锰、六水硝酸锰、水合磷酸铝、六水氯化铝和酒石酸共溶于稀盐酸的水溶液中，超声振荡至澄清透明，在高速搅拌状态下缓慢滴加稀氨水至溶液PH值为4.0，继续搅拌8小时后，静置陈化13小时，将溶液在77.5°C下旋转蒸发得到凝胶，将凝胶红外干燥1.5小时，充分研磨后，在高温箱式电阻炉中以每分钟不超过7°C的速度升温至350°C，保持此温度2小时，再以每分钟不超过3°C的速度升温至480°C，保持此温度2小时，自然冷却得到Υ203、Μη02和Al2O3纳米粉体。分析:用透射电镜测试此粉体材料，其粒径范围为30-40nm，平均粒径约为35nm ；对其进行成分分析，测得其组成(质量百分数)为22.9% Y2O3、32.8% MnOjP 44.3% Al2O3。应用:以此粉体材料作为敏感材料测定空气中的二甲醚，线性范围8 98mg/m3，检出限可达3.8mg/m3,共存物没有干扰。
权利要求
1.一种用于监测二甲醚的纳米复合材料，其特征是由Y2OyMnOdP Al2O3纳米粉体组成，其中各组分的质量百分数范围为Y2O3(22-36% )、MnO2(18-33% )和Al2O3(30-45%)，其制备方法是:将钇盐、锰盐、铝盐和酒石酸共溶于稀盐酸的水溶液中，超声振荡至澄清透明，在高速搅拌状态下缓慢滴加稀氨水至溶液PH值为3.5-4.2，继续搅拌8小时后，静置陈化12小时以上，将溶液在74-78°C下旋转蒸发得到凝胶，将凝胶红外干燥1-2小时，充分研磨后，在高温箱式电阻炉中以每分钟不超过7°C的速度升温至350°C，保持此温度2小时，再以每分钟不超过3°C的速度升温至480°C，保持此温度2小时，自然冷却得到Y203、MnO2和Al2O3纳米粉体。
2.根据权利要求1所述的一种用于监测二甲醚的纳米复合材料，其特征是所述的钇盐是醋酸钇、草酸钇、硝酸钇、硫酸钇、磷酸钇、氯化钇的无水物或水合物的一种或几种的混合物，锰盐是醋酸锰、硫酸锰、氯化锰、硝酸锰和高氯酸锰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。
3.根据权利要求1所述的一种用于监测二甲醚的纳米复合材料，其特征是所述的纳米粉体的粒径范围为20-45nm。
全文摘要
本发明涉及一种监测空气中二甲醚的纳米复合材料，是由钇盐、锰盐和铝盐经过溶胶凝胶技术制备的Y2O3、MnO2和Al2O3纳米粉体，其中各组分的质量百分含量分别为Y2O3(22-36％)、MnO2(18-33％)和Al2O3(30-45％)，粒径范围为20-45nm。使用本发明所提供的纳米复合材料制成的二甲醚传感器具有较宽的线性范围、良好的选择性和较高的灵敏度，可以在线监测空气中的二甲醚含量而不受共存物质的影响。
文档编号G01N33/00GK103149332SQ201310067188
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月22日 优先权日2013年2月22日
发明者周考文, 张艳莉, 周盈, 李文宗 申请人:北京联合大学生物化学工程学院