核电站安全壳氢气过滤系统的制作方法
本发明涉及核电装置，尤其涉及核电站安全壳氢气过滤系统。
背景技术：
众所周知，在核电站反应堆燃料损坏的情况下，机组内的水蒸气将与燃料棒套管中的锆发生反应产生氢气，并很有可能泄漏到反应堆安全壳内，与氧气结合后，就有可能发生爆炸。因此，亟需一种能够监测安全壳内氢气过滤后的浓度情况。
技术实现要素：
本发明旨在提供核电站安全壳氢气过滤系统，以解决上述的技术问题。
本发明的实施例中提供了核电站安全壳氢气过滤系统，包括壳体；所述壳体包括壳盖；所述壳盖两端设置有第一安全阀和第二安全阀；所述壳体的内部顶端位置设置有氢气过滤器，所述壳体的侧壁上设置有电磁阀；所述壳体的底端设置有待过滤氢气入口，所述待过滤氢气入口通过延伸至壳体的内部的内延管进入至所述壳体中，所述内延管的末端为待过滤氢气出口；所述待过滤氢气出口上方设置有第一过滤网；所述第一过滤网中间设置有多个气体检测器。。
本发明的上述实施例提供的核电站安全壳氢气过滤系统结构设置合理，从而解决了上述技术问题。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明的结构示意图。
图2是根据一示例性实施例示出的本发明采用的气体检测器的结构示意图。
图3根据一示例性实施例示出的本发明采用的敏感模块的结构示意图。
图4是根据一示例性实施例示出的本发明采用的敏感模块的制备工艺流程框图。
其中：1-硅片，2-氮化硅层，3-Cr膜层，4-PANI膜，5-Ni膜，6-HKUST-1膜，7-BSP膜，8-第一安全阀，9-壳盖，10-敏感模块，11-氢气过滤器，12-待过滤氢气入口，13-带过滤氢气出气口，14-气体检测器，15-电磁阀，16-第二安全阀，20-数据读取模块。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
随着经济的快速发展和工业生产的扩大，不仅在工业制造生产过程中会产生各种各样的废气，在制成的各种器械在使用过程中也会产生各种气体，这些气体的产生不仅会影响仪器本身的使用，而且会成为环境污染的潜在威胁。
因此，有必要找寻一种可以监测各种器械在使用过程中产生的气体的设备，又可以及时反馈监测到气体数据的气体传感器。
常规的检测气体的方法是在现场采集气体，存储于洁净的采样设备中，然后送至实验室，采用各种仪器，例如GC、GC/MS或LC/MS等检测气体中的成分以及定量等问题，然而，上述检测方法不仅需要大量的采样人员进行现场采样，耗费了大量的人力物力，而且在样品运输过程中，经常存在被污染的问题，送至实验室的气体样品根本不能反应器械存在的问题，或不能监测其对环境功能的危害性。
在已有的报道中，已经存在采用无机膜材料制成气体检测传感器来检测气体，但是上述气体传感器存在以下问题：采用的膜材料使用寿命短，而且在环境中湿度较大的时候，容易失灵，不能很好的发挥其功效。因此，亟需找到一种既能可大范围对水分子敏感，又能及时监测和分离被测目标气体情况的材料。
金属有机骨架材料(MOFs)是由金属离子或者金属簇通过配位键的成键方式与一些有机配体结合形成的，由于金属离子或者有机配体的不同，可以展现出多种拓扑结构。MOFs自身具有孔径大小可调、比表面积高等优点，其在气液分离、催化、光、电、气体传感等方面都有潜在应用价值。其中HKUST-1是一种典型的金属有机骨架材料，其对氢气非常敏感，当其与氢气接触时，HKUST-1的骨架柔性会由于孔道内吸入不同的客体分子而发生变化，这种变化又会引起其单胞的变化，而单胞的变化最终会导致HKUST-1膜电阻的改变，通过测量电阻可以灵敏的反应待测氢气的浓度变化。
本发明基于电阻型HKUST-1膜材料，设计氢气传感器，采用Cr膜作为敏感模块的叉指电极层，Ni膜作为HKUST-1成膜的催化剂。
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
应用场景1
图1是根据一示例性实施例示出的核电站安全壳氢气过滤系统的结构示意图，如图1所示，包括壳体；所述壳体包括壳盖9；所述壳盖9两端设置有第一安全阀8和第二安全阀16；所述壳体的内部顶端位置设置有氢气过滤器11，所述壳体的侧壁上设置有电磁阀15；所述壳体的底端设置有待过滤氢气入口12，所述待过滤氢气入口12通过延伸至壳体的内部的内延管进入至所述壳体中，所述内延管的末端为待过滤氢气出口13；所述待过滤氢气出口13上方设置有第一过滤网；所述第一过滤网中间设置有多个气体检测器14。。
本发明的上述实施例提供的核电站安全壳氢气过滤系统结构设置合理，从而解决了上述技术问题。
优选地，所述第一安全阀8和第二安全阀16相同。
优选地，所述气体检测器14等间距布置。
优选地，相邻的所述气体检测器14之间的间距为20～60cm。
优选地，相邻的所述气体检测器14之间的间距为40cm。
图2是根据一示例性实施例示出的本发明采用的气体检测器14的结构示意图。如图2所示，所述气体检测器14包括敏感模块10和数据读取模块20，所述敏感模块10放置在中空结构带有透气孔的外壳中。
图3根据一示例性实施例示出的本发明采用的敏感模块的结构示意图，如图3所示，该敏感模块10包括硅片衬底、PANI膜4、Ni膜5、HKUST-1膜6和BSP膜7；所述硅片衬底包括硅片1、氮化硅膜2和Cr膜层3，氮化硅膜2用作绝缘层，Cr膜层3用作叉指电极层；所述Ni膜5采用磁控溅射法制备，厚度为10nm；所述HKUST-1膜6的厚度约为2～60μm；所述Cr膜层3与数据读取模块20导电连接。
图4是根据一示例性实施例示出的本发明采用的敏感模块的制备工艺流程框图，如图4所示，所述敏感模块10的制作包括如下步骤：
步骤一，制备硅片衬底：
取N型硅片，裁剪尺寸为5cm×1cm，依次经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，超声时间为30min，然后用氮气枪吹干；将清洗过的硅片放入PECVD设备，沉积一层氮化硅薄膜，厚度约200nm；将硅片清洗，旋涂一层光刻胶，光刻胶参数为低速900rpm旋涂13s，高速4500rpm旋涂50s；然后覆盖叉指电极掩模版，曝光7s，显影65s；放入磁控溅射仪中，磁控溅射Cr膜，作为叉指电极层，厚度为500nm，随后清洗掉硅片表面光刻胶；
步骤二，制备微腔：
将经步骤一处理的硅片衬底，先用75％乙醇溶液将其表面擦拭干净，采用火焰加热法，将硅片衬底置于火焰上，从一端开始，每间隔1cm拉制一次，以形成2个锥状的微腔；微腔结构增强了敏感模块的灵敏度，进而该检测设备的检测能力得到增强，使其对氢气的吸附能力极强；
步骤三，制备PANI膜：
取一定量的聚苯胺溶解在二甲基甲酰胺中形成饱和溶液，采用旋涂-提拉法将饱和溶液旋涂到经步骤二处理过的硅片衬底的表面，旋涂的速度为3000rpm，旋涂10s，然后在100℃的烘箱中干燥过夜，在硅片衬底表面得到PANI膜；
采用的气体感测模块由于基于电阻型的金属有机骨架材料，且金属有机骨架材料成膜于聚苯胺膜上，由于聚苯胺具有强烈的导电性，因此，进一步增强了气体感测模块的灵敏度，进而使该检测设备对气体的敏感程度得到大幅度的加强；
步骤四，制备HKUST-1膜：
1)将硅片衬底放入磁控溅射中，本底真空低于1.5×10-3Pa，磁控溅射10nm的Ni膜5，硅片取出待用；
2)称取H3BTC 0.336g于另一个小烧杯中，用19.2mL乙醇完全溶解得无色透明溶液，称取Cu(NO3)2·3H2O 0.7g于小烧杯中，用19.2mL去离子水溶解，将H3BTC溶液沿烧杯壁倒入Cu(NO3)2·3H2O溶液中搅拌半小时，得到浅蓝色的HKUST-1母液；将配制好的HKUST-1母液和硅片衬底置于50mL的反应釜中，利用水热合成法合成MOF膜，反应温度为135℃，反应2天后，用镊子将硅片衬底取出后用甲醇反复冲洗几次，于100℃烘干1小时，在硅片衬底上得到蓝色的HKUST-1膜，HKUST-1膜的厚度约为2～60μm；
由于采用Ni层作为金属有机骨架材料成膜的催化剂，PANI表面的Ni膜会与HKUST-1膜反应，因此，一方面促进了HKUST-1的成膜，另一方面提高了PANI膜与HKUST-1膜的结合性能，使结合膜层具有更强的稳定性，从而使得由此制备而成的气体感测模块的感测性能更加稳定；
步骤五，制备BSP膜：
1)BSP亚微米棒生长：In(NO3)3·x H2O(0.08g)和H3BTC(0.068g)加入到混合溶剂H2O/DMF(1:1,10mL)中，室温下搅拌10min制成A溶液，将有机光致变色化合物BSP(0.057mmol)加入到A溶液中，暗处搅拌1小时；
2)成膜：将BSP溶液旋凃硅片/PANI/HKUST-1膜上成膜，旋凃的速度为5000rpm，旋凃时间为5秒；
由于在其使用的气体敏感模块的制备过程中，在其表面加入了具有荧光性能的BSP变色分子，该变色分子在电磁激发下，可在存在易燃易爆的危险环境中发出荧光，使该检测设备能够实现定性和定量的检测环境中包括氢气在内的易燃易爆气体，能使发生危险情况的可能性降低；
步骤五，敏感模块组装：
将硅片衬底放入中空结构外壳中，硅片部分朝下，敏感薄膜部分朝透气小孔放置，金属线连接硅片上叉指电极与数据读取模块。由于该敏感模块的制作过程非常简单方便且快捷，可节省大量的人力和物力，具有大规模工业生产的潜力。
实验测试：
(1)氢气实验：25±2℃条件，分别通入空气、氢气和含氢气的氮气，流速为1000ml/min，负载电阻为200Ω；通空气时，气体传感器信号值为O；通入1ppm氢气，气体传感器信号值在10s内迅速变化到1.0mV，并于20s内信号值趋于稳定；1min后通入空气，信号值于5s内回到0值并于30s内趋于稳定；经过2000次稳定性测试，其数据变化率小于10％；测试结果显示该固体废弃物检测设备对氢气具有良好的响应性能。
(2)氨气实验：25±2℃条件，分别通入空气氨气和含氨气的氮气，流速为1000ml/min，负载电阻为200Ω；通空气时，气体传感器信号值为O；通入100ppm氨气，气体传感器信号值在10s内迅速变化到5.0mV，并于1min内信号值趋于稳定；5min后通入空气，信号值于10s内回到0值并于0.5min内趋于稳定；经过2000次稳定性测试，其数据变化率小于10％；测试结果显示该固体废弃物检测设备对氨气具有良好的响应性能。
(3)硫化氢实验：25±2℃条件，分别通入空气和含硫化氢的氮气，流速为1000ml/min，负载电阻为200Ω；通空气时，气体传感器信号值为O；通入0.05ppm硫化氢气体，气体传感器信号值在10s内迅速变化到3.0mV，并于30s内信号值趋于稳定；5min后通入空气，信号值于5s内回到0值并于10s内趋于稳定；经过2000次稳定性测试，其数据变化率小于10％；测试结果显示该固体废弃物检测设备对硫化氢气体具有良好的响应性能。
实验结果表明：该敏感模块还对氨气和硫化氢这种有毒有害的气体具有很强的敏感和选择性能，使该检测设备对有毒有害气体的敏感度和选择性都得到提高，降低了生产的风险。
应用场景2
图1是根据一示例性实施例示出的核电站安全壳氢气过滤系统的结构示意图，如图1所示，包括壳体；所述壳体包括壳盖9；所述壳盖9两端设置有第一安全阀8和第二安全阀16；所述壳体的内部顶端位置设置有氢气过滤器11，所述壳体的侧壁上设置有电磁阀15；所述壳体的底端设置有待过滤氢气入口12，所述待过滤氢气入口12通过延伸至壳体的内部的内延管进入至所述壳体中，所述内延管的末端为待过滤氢气出口13；所述待过滤氢气出口13上方设置有第一过滤网；所述第一过滤网中间设置有多个气体检测器14。。
本发明的上述实施例提供的核电站安全壳氢气过滤系统结构设置合理，从而解决了上述技术问题。
优选地，所述第一安全阀8和第二安全阀16相同。
优选地，所述气体检测器14等间距布置。
优选地，相邻的所述气体检测器14之间的间距为20～60cm。
优选地，相邻的所述气体检测器14之间的间距为40cm。
图2是根据一示例性实施例示出的本发明采用的气体检测器14的结构示意图。如图2所示，所述气体检测器14包括敏感模块10和数据读取模块20，所述敏感模块10放置在中空结构带有透气孔的外壳中。
图3是根据一示例性实施例示出的本发明采用的敏感模块的结构示意图，如图3所示，该敏感模块10包括硅片衬底、PANI膜4、Ni膜5、HKUST-1膜6和BSP膜7；所述硅片衬底包括硅片1、氮化硅膜2和Cr膜层3，氮化硅膜2用作绝缘层，Cr膜层3用作叉指电极层；所述Ni膜5采用磁控溅射法制备，厚度为8nm；所述HKUST-1膜6的厚度约为10μm；所述Cr膜层3与数据读取模块20导电连接。
图4是根据一示例性实施例示出的本发明采用的敏感模块的制备工艺流程框图，如图4所示，所述敏感模块10的制作包括如下步骤：
步骤一，制备硅片衬底：
取N型硅片，裁剪尺寸为5cm×1cm，依次经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，超声时间为30min，然后用氮气枪吹干；将清洗过的硅片放入PECVD设备，沉积一层氮化硅薄膜，厚度约210nm；将硅片清洗，旋涂一层光刻胶，光刻胶参数为低速900rpm旋涂13s，高速4500rpm旋涂50s；然后覆盖叉指电极掩模版，曝光7s，显影65s；放入磁控溅射仪中，磁控溅射Cr膜，作为叉指电极层，厚度为510nm，随后清洗掉硅片表面光刻胶；
步骤二，制备微腔：
将经步骤一处理的硅片衬底，先用75％乙醇溶液将其表面擦拭干净，采用火焰加热法，将硅片衬底置于火焰上，从一端开始，每间隔1cm拉制一次，以形成2个锥状的微腔；微腔结构增强了敏感模块的灵敏度，进而该检测设备的检测能力得到增强，使其对氢气的吸附能力极强；
步骤三，制备PANI膜：
取一定量的聚苯胺溶解在二甲基甲酰胺中形成饱和溶液，采用旋涂-提拉法将饱和溶液旋涂到经步骤二处理过的硅片衬底的表面，旋涂的速度为3000rpm，旋涂10s，然后在100℃的烘箱中干燥过夜，在硅片衬底表面得到PANI膜；
步骤四，制备HKUST-1膜：
1)将硅片衬底放入磁控溅射中，本底真空低于1.5×10-3Pa，磁控溅射8nm的Ni膜5，硅片取出待用；
2)称取H3BTC 0.336g于另一个小烧杯中，用19.2mL乙醇完全溶解得无色透明溶液，称取Cu(NO3)2·3H2O 0.7g于小烧杯中，用19.2mL去离子水溶解，将H3BTC溶液沿烧杯壁倒入Cu(NO3)2·3H2O溶液中搅拌半小时，得到浅蓝色的HKUST-1母液；将配制好的HKUST-1母液和硅片衬底置于50mL的反应釜中，利用水热合成法合成MOF膜，反应温度为135℃，反应2天后，用镊子将硅片衬底取出后用甲醇反复冲洗几次，于100℃烘干1小时，在硅片衬底上得到蓝色的HKUST-1膜，HKUST-1膜的厚度约为2～60μm；由于采用Ni层作为金属有机骨架材料成膜的催化剂，PANI表面的Ni膜会与HKUST-1膜反应，因此，一方面HKUST-1的成膜率提高了10％，另一方面PANI膜与HKUST-1膜的结合性能提高了5％，使结合膜层具有更强的稳定性，从而使得由此制备而成的气体感测模块的感测性能更加稳定；
步骤五，制备BSP膜：
1)BSP亚微米棒生长：In(NO3)3·x H2O(0.08g)和H3BTC(0.068g)加入到混合溶剂H2O/DMF(1:1,10mL)中，室温下搅拌10min制成A溶液，将有机光致变色化合物BSP(0.057mmol)加入到A溶液中，暗处搅拌1小时；
2)成膜：将BSP溶液旋凃硅片/PANI/HKUST-1膜上成膜，旋凃的速度为5000rpm，旋凃时间为5秒；
由于在其使用的气体敏感模块的制备过程中，在其表面加入了具有荧光性能的BSP变色分子，该变色分子在电磁激发下，可在存在易燃易爆的危险环境中发出荧光，使该检测设备能够实现定性和定量的检测环境中包括氢气在内的易燃易爆气体，能使发生危险情况的可能性降低了10％；
步骤五，敏感模块组装：
将硅片衬底放入中空结构外壳中，硅片部分朝下，敏感薄膜部分朝透气小孔放置，金属线连接硅片上叉指电极与数据读取模块。由于该敏感模块的制作过程非常简单方便且快捷，可节省大量的人力和物力，具有大规模工业生产的潜力。
实验测试：
(1)氢气测试：25±2℃条件，分别通入空气和含氢气的氮气，流速为1000ml/min，负载电阻为200Ω；通空气时，气体传感器信号值为O；通入10ppm氢气，气体传感器信号值在8s内迅速变化到3.0mV，并于30s内信号值趋于稳定；1min后通入空气，信号值于10s内回到0值并于1min内趋于稳定；经过2000次稳定性测试，其数据变化率小于10％。测试结果显示该固体废弃物检测设备对氢气具有良好的响应性能。
(2)氨气测试：25±2℃条件，分别通入空气氨气和含氨气的氮气，流速为1000ml/min，负载电阻为200Ω；通空气时，气体传感器信号值为O；通入200ppm氨气，气体传感器信号值在5s内迅速变化到10.0mV，并于1min内信号值趋于稳定；5min后通入空气，信号值于10s内回到0值并于0.5min内趋于稳定；经过2000次稳定性测试，其数据变化率小于10％。测试结果显示该固体废弃物检测设备对氨气具有良好的响应性能。
(3)硫化氢测试：25±2℃条件，分别通入空气和含硫化氢的氮气，流速为1000ml/min，负载电阻为200Ω；通空气时，气体传感器信号值为O；通入0.1ppm氨气，气体传感器信号值在7s内迅速变化到5.0mV，并于30s内信号值趋于稳定；5min后通入空气，信号值于5s内回到0值并于0.5min内趋于稳定；经过2000次稳定性测试，其数据变化率小于10％。测试结果显示该固体废弃物检测设备对硫化氢气体具有良好的响应性能。
实验结果表明：该敏感模块还对氨气和硫化氢这种有毒有害的气体的敏感性能增强了5％和选择性能提高了8％，使该检测设备对有毒有害气体的敏感度和选择性都得到提高，降低了生产的风险。
应用场景3
图1是根据一示例性实施例示出的核电站安全壳氢气过滤系统的结构示意图，如图1所示，包括壳体；所述壳体包括壳盖9；所述壳盖9两端设置有第一安全阀8和第二安全阀16；所述壳体的内部顶端位置设置有氢气过滤器11，所述壳体的侧壁上设置有电磁阀15；所述壳体的底端设置有待过滤氢气入口12，所述待过滤氢气入口12通过延伸至壳体的内部的内延管进入至所述壳体中，所述内延管的末端为待过滤氢气出口13；所述待过滤氢气出口13上方设置有第一过滤网；所述第一过滤网中间设置有多个气体检测器14。。
本发明的上述实施例提供的核电站安全壳氢气过滤系统结构设置合理，从而解决了上述技术问题。
优选地，所述第一安全阀8和第二安全阀16相同。
优选地，所述气体检测器14等间距布置。
优选地，相邻的所述气体检测器14之间的间距为20～60cm。
优选地，相邻的所述气体检测器14之间的间距为40cm。
图2是根据一示例性实施例示出的本发明采用的气体检测器14的结构示意图。如图2所示，所述气体检测器14包括敏感模块10和数据读取模块20，所述敏感模块10放置在中空结构带有透气孔的外壳中。
图3是根据一示例性实施例示出的本发明采用的敏感模块的结构示意图，如图3所示，该敏感模块10包括硅片衬底、PANI膜4、Ni膜5、HKUST-1膜6和BSP膜7；所述硅片衬底包括硅片1、氮化硅膜2和Cr膜层3，氮化硅膜2用作绝缘层，Cr膜层3用作叉指电极层；所述Ni膜5采用磁控溅射法制备，厚度为12nm；所述HKUST-1膜6的厚度约为20μm；所述Cr膜层3与数据读取模块20导电连接。
图4是根据一示例性实施例示出的本发明采用的敏感模块的制备工艺流程框图，如图4所示，所述敏感模块10的制作包括如下步骤：
步骤一，制备硅片衬底：
取N型硅片，裁剪尺寸为5cm×1cm，依次经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，超声时间为30min，然后用氮气枪吹干；将清洗过的硅片放入PECVD设备，沉积一层氮化硅薄膜，厚度约220nm；将硅片清洗，旋涂一层光刻胶，光刻胶参数为低速900rpm旋涂13s，高速4500rpm旋涂50s；然后覆盖叉指电极掩模版，曝光7s，显影65s；放入磁控溅射仪中，磁控溅射Cr膜，作为叉指电极层，厚度为550nm，随后清洗掉硅片表面光刻胶；
步骤二，制备微腔：
将经步骤一处理的硅片衬底，先用75％乙醇溶液将其表面擦拭干净，采用火焰加热法，将硅片衬底置于火焰上，从一端开始，每间隔1cm拉制一次，以形成2个锥状的微腔；微腔结构增强了敏感模块的灵敏度，进而该检测设备的检测能力得到增强，使其对氢气的吸附能力极强；
步骤三，制备PANI膜：
取一定量的聚苯胺溶解在二甲基甲酰胺中形成饱和溶液，采用旋涂-提拉法将饱和溶液旋涂到经步骤二处理过的硅片衬底的表面，旋涂的速度为3000rpm，旋涂10s，然后在100℃的烘箱中干燥过夜，在硅片衬底表面得到PANI膜；
步骤四，制备HKUST-1膜：
1)将硅片衬底放入磁控溅射中，本底真空低于1.5×10-3Pa，磁控溅射12nm的Ni膜5，硅片取出待用；
2)称取H3BTC 0.336g于另一个小烧杯中，用19.2mL乙醇完全溶解得无色透明溶液，称取Cu(NO3)2·3H2O 0.7g于小烧杯中，用19.2mL去离子水溶解，将H3BTC溶液沿烧杯壁倒入Cu(NO3)2·3H2O溶液中搅拌半小时，得到浅蓝色的HKUST-1母液；将配制好的HKUST-1母液和硅片衬底置于50mL的反应釜中，利用水热合成法合成MOF膜，反应温度为135℃，反应2天后，用镊子将硅片衬底取出后用甲醇反复冲洗几次，于100℃烘干1小时，在硅片衬底上得到蓝色的HKUST-1膜，HKUST-1膜的厚度约为2～60μm；由于采用Ni层作为金属有机骨架材料成膜的催化剂，PANI表面的Ni膜会与HKUST-1膜反应，因此，一方面HKUST-1的成膜率提高了20％，另一方面PANI膜与HKUST-1膜的结合性能提高了10％，使结合膜层具有更强的稳定性，从而使得由此制备而成的气体感测模块的感测性能更加稳定；
步骤五，制备BSP膜：
1)BSP亚微米棒生长：In(NO3)3·x H2O(0.08g)和H3BTC(0.068g)加入到混合溶剂H2O/DMF(1:1,10mL)中，室温下搅拌10min制成A溶液，将有机光致变色化合物BSP(0.057mmol)加入到A溶液中，暗处搅拌1小时；
2)成膜：将BSP溶液旋凃硅片/PANI/HKUST-1膜上成膜，旋凃的速度为5000rpm，旋凃时间为5秒；由于在其使用的气体敏感模块的制备过程中，在其表面加入了具有荧光性能的BSP变色分子，该变色分子在电磁激发下，可在存在易燃易爆的危险环境中发出荧光，使该检测设备能够实现定性和定量的检测环境中包括氢气在内的易燃易爆气体，能使发生危险情况的可能性降低了15％；
步骤五，敏感模块组装：
将硅片衬底放入中空结构外壳中，硅片部分朝下，敏感薄膜部分朝透气小孔放置，金属线连接硅片上叉指电极与数据读取模块。由于该敏感模块的制作过程非常简单方便且快捷，可节省大量的人力和物力，具有大规模工业生产的潜力。
实验测试：
(1)氢气测试：25±2℃条件，分别通入空气、氢气和含氢气的氮气，流速为1000ml/min，负载电阻为200Ω；通空气时，气体传感器信号值为O；通入50ppm氢气，气体传感器信号值在5s内迅速变化到10.0mV，并于1min内信号值趋于稳定；5min后通入空气，信号值于40s内回到0值并于1min内趋于稳定；经过2000次稳定性测试，其数据变化率小于10％。测试结果显示该固体废弃物检测设备对氢气具有良好的响应性能。
(2)氨气测试：25±2℃条件，分别通入空气氨气和含氨气的氮气，流速为1000ml/min，负载电阻为200Ω；通空气时，气体传感器信号值为O；通入500ppm氨气，气体传感器信号值在2s内迅速变化到15.0mV，并于1min内信号值趋于稳定；5min后通入空气，信号值于10s内回到0值并于1.5min内趋于稳定；经过2000次稳定性测试，其数据变化率小于10％。测试结果显示该固体废弃物检测设备对氨气具有良好的响应性能。
(3)硫化氢测试：25±2℃条件，分别通入空气和含硫化氢的氮气，流速为1000ml/min，负载电阻为200Ω；通空气时，气体传感器信号值为O；通入1ppm氨气，气体传感器信号值在3s内迅速变化到20.0mV，并于1min内信号值趋于稳定；5min后通入空气，信号值于10s内回到0值并于1min内趋于稳定；经过2000次稳定性测试，其数据变化率小于10％。测试结果显示该固体废弃物检测设备对硫化氢气体具有良好的响应性能。
实验结果表明：该敏感模块还对氨气和硫化氢这种有毒有害的气体的敏感性能增强了10％和选择性能提高了16％，使该检测设备对有毒有害气体的敏感度和选择性都得到提高，降低了生产的风险。
应用场景4
图1是根据一示例性实施例示出的核电站安全壳氢气过滤系统的结构示意图，如图1所示，包括壳体；所述壳体包括壳盖9；所述壳盖9两端设置有第一安全阀8和第二安全阀16；所述壳体的内部顶端位置设置有氢气过滤器11，所述壳体的侧壁上设置有电磁阀15；所述壳体的底端设置有待过滤氢气入口12，所述待过滤氢气入口12通过延伸至壳体的内部的内延管进入至所述壳体中，所述内延管的末端为待过滤氢气出口13；所述待过滤氢气出口13上方设置有第一过滤网；所述第一过滤网中间设置有多个气体检测器14。。
本发明的上述实施例提供的核电站安全壳氢气过滤系统结构设置合理，从而解决了上述技术问题。
优选地，所述第一安全阀8和第二安全阀16相同。
优选地，所述气体检测器14等间距布置。
优选地，相邻的所述气体检测器14之间的间距为20～60cm。
优选地，相邻的所述气体检测器14之间的间距为40cm。
图2是根据一示例性实施例示出的本发明采用的气体检测器14的结构示意图。如图2所示，所述气体检测器14包括敏感模块10和数据读取模块20，所述敏感模块10放置在中空结构带有透气孔的外壳中。
图3是根据一示例性实施例示出的本发明采用的敏感模块的结构示意图，如图3所示，该敏感模块10包括硅片衬底、PANI膜4、Ni膜5、HKUST-1膜6和BSP膜7；所述硅片衬底包括硅片1、氮化硅膜2和Cr膜层3，氮化硅膜2用作绝缘层，Cr膜层3用作叉指电极层；所述Ni膜5采用磁控溅射法制备，厚度为20nm；所述HKUST-1膜6的厚度约为40μm；所述Cr膜层3与数据读取模块20导电连接。
图4是根据一示例性实施例示出的本发明采用的敏感模块的制备工艺流程框图，如图4所示，所述敏感模块10的制作包括如下步骤：
步骤一，制备硅片衬底：
取N型硅片，裁剪尺寸为5cm×1cm，依次经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，超声时间为30min，然后用氮气枪吹干；将清洗过的硅片放入PECVD设备，沉积一层氮化硅薄膜，厚度约300nm；将硅片清洗，旋涂一层光刻胶，光刻胶参数为低速900rpm旋涂13s，高速4500rpm旋涂50s；然后覆盖叉指电极掩模版，曝光7s，显影65s；放入磁控溅射仪中，磁控溅射Cr膜，作为叉指电极层，厚度为600nm，随后清洗掉硅片表面光刻胶；
步骤二，制备微腔：
将经步骤一处理的硅片衬底，先用75％乙醇溶液将其表面擦拭干净，采用火焰加热法，将硅片衬底置于火焰上，从一端开始，每间隔1cm拉制一次，以形成2个锥状的微腔；微腔结构增强了敏感模块的灵敏度，进而该检测设备的检测能力得到增强，使其对氢气的吸附能力极强；
步骤三，制备PANI膜：
取一定量的聚苯胺溶解在二甲基甲酰胺中形成饱和溶液，采用旋涂-提拉法将饱和溶液旋涂到经步骤二处理过的硅片衬底的表面，旋涂的速度为3000rpm，旋涂10s，然后在100℃的烘箱中干燥过夜，在硅片衬底表面得到PANI膜；
步骤四，制备HKUST-1膜：
1)将硅片衬底放入磁控溅射中，本底真空低于1.5×10-3Pa，磁控溅射10nm的Ni膜5，硅片取出待用；
2)称取H3BTC 0.336g于另一个小烧杯中，用19.2mL乙醇完全溶解得无色透明溶液，称取Cu(NO3)2·3H2O 0.7g于小烧杯中，用19.2mL去离子水溶解，将H3BTC溶液沿烧杯壁倒入Cu(NO3)2·3H2O溶液中搅拌半小时，得到浅蓝色的HKUST-1母液；将配制好的HKUST-1母液和硅片衬底置于50mL的反应釜中，利用水热合成法合成MOF膜，反应温度为135℃，反应2天后，用镊子将硅片衬底取出后用甲醇反复冲洗几次，于100℃烘干1小时，在硅片衬底上得到蓝色的HKUST-1膜，HKUST-1膜的厚度约为2～60μm；由于采用Ni层作为金属有机骨架材料成膜的催化剂，PANI表面的Ni膜会与HKUST-1膜反应，因此，一方面HKUST-1的成膜率提高了30％，另一方面PANI膜与HKUST-1膜的结合性能提高了20％，使结合膜层具有更强的稳定性，从而使得由此制备而成的气体感测模块的感测性能更加稳定；
步骤五，制备BSP膜：
1)BSP亚微米棒生长：In(NO3)3·x H2O(0.08g)和H3BTC(0.068g)加入到混合溶剂H2O/DMF(1:1,10mL)中，室温下搅拌10min制成A溶液，将有机光致变色化合物BSP(0.057mmol)加入到A溶液中，暗处搅拌1小时；
2)成膜：将BSP溶液旋凃硅片/PANI/HKUST-1膜上成膜，旋凃的速度为5000rpm，旋凃时间为5秒；由于在其使用的气体敏感模块的制备过程中，在其表面加入了具有荧光性能的BSP变色分子，该变色分子在电磁激发下，可在存在易燃易爆的危险环境中发出荧光，使该检测设备能够实现定性和定量的检测环境中包括氢气在内的易燃易爆气体，能使发生危险情况的可能性降低了35％；
步骤五，敏感模块组装：
将硅片衬底放入中空结构外壳中，硅片部分朝下，敏感薄膜部分朝透气小孔放置，金属线连接硅片上叉指电极与数据读取模块。由于该敏感模块的制作过程非常简单方便且快捷，可节省大量的人力和物力，具有大规模工业生产的潜力。
实验测试：
(1)氢气测试：25±2℃条件，分别通入空气、氢气和含氢气的氮气，流速为1000ml/min，负载电阻为200Ω；通空气时，气体传感器信号值为O；通入1 00ppm氢气，气体传感器信号值在3s内迅速变化到30.0mV，并于20s内信号值趋于稳定；5min后通入空气，信号值于20s内回到0值并于2min内趋于稳定；经过2000次稳定性测试，其数据变化率小于10％。测试结果显示该固体废弃物检测设备对氢气具有良好的响应性能。
(2)氨气测试：25±2℃条件，分别通入空气氨气和含氨气的氮气，流速为1000ml/min，负载电阻为200Ω；通空气时，气体传感器信号值为O；通入1000ppm氨气，传感器信号值在2s内迅速变化到10.0mV，并于2min内信号值趋于稳定；5min后通入空气，信号值于10s内回到0值并于2min内趋于稳定；经过2000次稳定性测试，其数据变化率小于10％。测试结果显示该固体废弃物检测设备对氨气具有良好的响应性能。
(3)硫化氢测试：25±2℃条件，分别通入空气和含硫化氢的氮气，流速为1000ml/min，负载电阻为200Ω；通空气时，气体传感器信号值为O；通入10ppm氨气，传感器信号值在2s内迅速变化到25.0mV，并于2min内信号值趋于稳定；5min后通入空气，信号值于40s内回到0值并于2min内趋于稳定；经过2000次稳定性测试，其数据变化率小于10％。测试结果显示该固体废弃物检测设备对硫化氢气体具有良好的响应性能。
实验结果表明：该敏感模块还对氨气和硫化氢这种有毒有害的气体的敏感性能增强了20％和选择性能提高了30％，使该检测设备对有毒有害气体的敏感度和选择性都得到提高，降低了生产的风险。
应用场景5
图1是根据一示例性实施例示出的核电站安全壳氢气过滤系统的结构示意图，如图1所示，包括壳体；所述壳体包括壳盖9；所述壳盖9两端设置有第一安全阀8和第二安全阀16；所述壳体的内部顶端位置设置有氢气过滤器11，所述壳体的侧壁上设置有电磁阀15；所述壳体的底端设置有待过滤氢气入口12，所述待过滤氢气入口12通过延伸至壳体的内部的内延管进入至所述壳体中，所述内延管的末端为待过滤氢气出口13；所述待过滤氢气出口13上方设置有第一过滤网；所述第一过滤网中间设置有多个气体检测器14。。
本发明的上述实施例提供的核电站安全壳氢气过滤系统结构设置合理，从而解决了上述技术问题。
优选地，所述第一安全阀8和第二安全阀16相同。
优选地，所述气体检测器14等间距布置。
优选地，相邻的所述气体检测器14之间的间距为20～60cm。
优选地，相邻的所述气体检测器14之间的间距为40cm。
图2是根据一示例性实施例示出的本发明采用的气体检测器14的结构示意图。如图2所示，所述气体检测器14包括敏感模块10和数据读取模块20，所述敏感模块10放置在中空结构带有透气孔的外壳中。
图3是根据一示例性实施例示出的本发明采用的敏感模块的结构示意图，如图3所示，该敏感模块10包括硅片衬底、PANI膜4、Ni膜5、HKUST-1膜6和BSP膜7；所述硅片衬底包括硅片1、氮化硅膜2和Cr膜层3，氮化硅膜2用作绝缘层，Cr膜层3用作叉指电极层；所述Ni膜5采用磁控溅射法制备，厚度为30nm；所述HKUST-1膜6的厚度约为60μm；所述Cr膜层3与数据读取模块20导电连接。
图4是根据一示例性实施例示出的本发明采用的敏感模块的制备工艺流程框图，如图4所示，所述敏感模块10的制作包括如下步骤：
步骤一，制备硅片衬底：
取N型硅片，裁剪尺寸为5cm×1cm，依次经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，超声时间为30min，然后用氮气枪吹干；将清洗过的硅片放入PECVD设备，沉积一层氮化硅薄膜，厚度约400nm；将硅片清洗，旋涂一层光刻胶，光刻胶参数为低速900rpm旋涂13s，高速4500rpm旋涂50s；然后覆盖叉指电极掩模版，曝光7s，显影65s；放入磁控溅射仪中，磁控溅射Cr膜，作为叉指电极层，厚度为700nm，随后清洗掉硅片表面光刻胶；
步骤二，制备微腔：
将经步骤一处理的硅片衬底，先用75％乙醇溶液将其表面擦拭干净，采用火焰加热法，将硅片衬底置于火焰上，从一端开始，每间隔1cm拉制一次，以形成2个锥状的微腔；微腔结构增强了敏感模块的灵敏度，进而该检测设备的检测能力得到增强，使其对氢气的吸附能力极强；
步骤三，制备PANI膜：
取一定量的聚苯胺溶解在二甲基甲酰胺中形成饱和溶液，采用旋涂-提拉法将饱和溶液旋涂到经步骤二处理过的硅片衬底的表面，旋涂的速度为3000rpm，旋涂10s，然后在100℃的烘箱中干燥过夜，在硅片衬底表面得到PANI膜；
步骤四，制备HKUST-1膜：
1)将硅片衬底放入磁控溅射中，本底真空低于1.5×10-3Pa，磁控溅射30nm的Ni膜5，硅片取出待用；
2)称取H3BTC 0.336g于另一个小烧杯中，用19.2mL乙醇完全溶解得无色透明溶液，称取Cu(NO3)2·3H2O 0.7g于小烧杯中，用19.2mL去离子水溶解，将H3BTC溶液沿烧杯壁倒入Cu(NO3)2·3H2O溶液中搅拌半小时，得到浅蓝色的HKUST-1母液；将配制好的HKUST-1母液和硅片衬底置于50mL的反应釜中，利用水热合成法合成MOF膜，反应温度为135℃，反应2天后，用镊子将硅片衬底取出后用甲醇反复冲洗几次，于100℃烘干1小时，在硅片衬底上得到蓝色的HKUST-1膜，HKUST-1膜的厚度约为2～60μm；由于采用Ni层作为金属有机骨架材料成膜的催化剂，PANI表面的Ni膜会与HKUST-1膜反应，因此，一方面HKUST-1的成膜率提高了30％，另一方面PANI膜与HKUST-1膜的结合性能提高了20％，使结合膜层具有更强的稳定性，从而使得由此制备而成的气体感测模块的感测性能更加稳定；
步骤五，制备BSP膜：
1)BSP亚微米棒生长：In(NO3)3·x H2O(0.08g)和H3BTC(0.068g)加入到混合溶剂H2O/DMF(1:1,10mL)中，室温下搅拌10min制成A溶液，将有机光致变色化合物BSP(0.057mmol)加入到A溶液中，暗处搅拌1小时；
2)成膜：将BSP溶液旋凃硅片/PANI/HKUST-1膜上成膜，旋凃的速度为5000rpm，旋凃时间为5秒；由于在其使用的气体敏感模块的制备过程中，在其表面加入了具有荧光性能的BSP变色分子，该变色分子在电磁激发下，可在存在易燃易爆的危险环境中发出荧光，使该检测设备能够实现定性和定量的检测环境中包括氢气在内的易燃易爆气体，能使发生危险情况的可能性降低了50％；
步骤五，敏感模块组装：
将硅片衬底放入中空结构外壳中，硅片部分朝下，敏感薄膜部分朝透气小孔放置，金属线连接硅片上叉指电极与数据读取模块。由于该敏感模块的制作过程非常简单方便且快捷，可节省大量的人力和物力，具有大规模工业生产的潜力。
实验测试：
(1)氢气测试：25±2℃条件，分别通入空气、氢气和含氢气的氮气，流速为1000ml/min，负载电阻为200Ω；通空气时，气体传感器信号值为O；通入500ppm氢气，气体传感器信号值在2s内迅速变化到50.0mV，并于2min内信号值趋于稳定；5min后通入空气，信号值于1min内回到0值并于2min内趋于稳定；经过2000次稳定性测试，其数据变化率小于10％。测试结果显示该固体废弃物检测设备对氢气具有良好的响应性能。
(2)氨气测试：25±2℃条件，分别通入空气氨气和含氨气的氮气，流速为1000ml/min，负载电阻为200Ω；通空气时，气体传感器信号值为O；通入2000ppm氨气，气体经过2000次稳定性测试，传感器信号值在1s内迅速变化到15.0mV，并于2min内信号值趋于稳定；5min后通入空气，信号值于20s内回到0值并于5min内趋于稳定；其数据变化率小于10％。经过2000次稳定性测试，其数据变化率小于10％。测试结果显示该固体废弃物检测设备对氨气具有良好的响应性能。
(3)硫化氢测试：25±2℃条件，分别通入空气和含硫化氢的氮气，流速为1000ml/min，负载电阻为200Ω；通空气时，气体传感器信号值为O；通入100ppm氨气，传感器信号值在1s内迅速变化到30.0mV，并于3min内信号值趋于稳定；5min后通入空气，信号值于2min内回到0值并于5min内趋于稳定；其数据变化率小于10％。经过2000次稳定性测试，其数据变化率小于10％。测试结果显示该固体废弃物检测设备对硫化氢气体具有良好的响应性能。
实验结果表明：该敏感模块还对氨气和硫化氢这种有毒有害的气体的敏感性能增强了40％，选择性能提高了50％，使该检测设备对有毒有害气体的敏感度和选择性都得到提高，降低了生产的风险。
根据应用场景1至应用场景5的应用情况来看，本发明提供的核电站安全壳氢气过滤系统具有以下优势：
1、本发明采用的气体感测模块由于基于电阻型的金属有机骨架材料，且金属有机骨架材料成膜于聚苯胺膜上，由于聚苯胺具有强烈的导电性，因此，进一步增强了气体感测模块的灵敏度，进而使该检测设备对气体的敏感程度得到大幅度的加强。此外，由于采用Ni层作为金属有机骨架材料成膜的催化剂，PANI表面的Ni膜会与HKUST-1膜反应，因此，一方面促进了HKUST-1的成膜，另一方面提高了PANI膜与HKUST-1膜的结合性能，使结合膜层具有更强的稳定性，从而使得由此制备而成的气体感测模块的感测性能更加稳定。
2、本发明由于在其使用的气体敏感模块的制备过程中，在其表面加入了具有荧光性能的BSP变色分子，该变色分子在电磁激发下，可在存在易燃易爆的危险环境中发出荧光，使该检测设备能够实现定性和定量的检测环境中包括氢气在内的易燃易爆气体，能使发生危险情况的可能性降低。
3、本发明使用聚苯胺作为基底液旋涂硅片衬底，在制备过程中由于使硅片衬底制成了类似微腔的结构，且加入了包括BSP在内的材料，微腔结构增强了敏感模块的灵敏度，进而该检测设备的检测能力得到增强，使其对氢气的吸附能力极强；此外，该敏感模块还对氨气和硫化氢这种有毒有害的气体具有很强的敏感和选择性能，使该检测设备对有毒有害气体的敏感度和选择性都得到提高，降低了生产的风险；最后，由于该敏感模块的制作过程非常简单方便且快捷，可节省大量的人力和物力，具有大规模工业生产的潜力，因此，本申请的实施例所提供的核电站安全壳氢气过滤系统具有极大的推广价值。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
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