一种温室气体排放量检测装置的制作方法

本发明涉及一种气体检测装置，特别涉及一种温室气体排放量检测装置。

背景技术：

温室气体指的是大气中能吸收地面反射的太阳辐射，并重新发射辐射的一些气体，如水蒸气、二氧化碳、大部分制冷剂等。它们的作用是使地球表面变得更暖，类似于温室截留太阳辐射，并加热温室内空气的作用。这种温室气体使地球变得更温暖的影响称为“温室效应”温室气体是指大气层中易吸收红外线的气体。大气层中主要的温室气体最主要的是二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)。其中二氧化碳被认为是效果最显著的温室气体，占据温室气体总量的63％，并且近几十年来人类的工业化活动加剧了二氧化碳的排放量，导致了温室气体在大气中的过量聚集，加剧了温室效应。甲烷占据温室气体总量的17％，其所产生的温室效应能力大约是二氧化碳的25倍，地球上的大量甲烷以水合物的形式存在于海底或两极寒冷地区的永久冻土层中，随着地球温度升高，导致寒冷地区的冻土融化，导致甲烷释放，从而进入大气层，加剧全球变暖。

温室效应是指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应，就是太阳短波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，从而产生大气变暖的效应。温室气体不仅可能导致全球变暖，还可能给整个地球生态系统中的各种生物体带来影响。

现有温室气体检测装置所用传感器大都是半导体式，半导体式传感器是利用一些金属氧化物半导体材料，在一定温度下，电导率随着环境气体成份的变化而变化的原理制造的。比如，酒精传感器，就是利用二氧化锡在高温下遇到酒精气体时，电阻会急剧减小的原理制备的。半导体式气体传感器可以有效地用于：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸等很多气体地检测。尤其是，这种传感器成本低廉，适宜于民用气体检测的需求。但是该类传感器还存在着一定的缺陷，比如稳定性较差，受环境影响较大；尤其，每一种传感器的选择性都不是很高，输出参数也不能确定。除此之外，现有的CO2气体检测装置，容易与水结合形成水合物，因此如果遇到阴雨天气，空气中的水汽会大大影响传感器的检测敏感度，导致检测结果偏差过大。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种温室气体排放量检测装置，以解决现有技术存在的上述问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种温室气体排放量检测装置，所述温室气体排放量检测装置包括：车体、车轮、温室气体检测器、伸缩杆、控制处理器；

优选地，所述温室气体检测器包括温度传感器、湿度传感器、气体传感器；所述温度传感器用来检测气体温度，所述湿度传感器用来检测气体湿度，所述气体传感器用来检测气体浓度；

优选地，所述伸缩杆用于控制所述温室气体传感器的位置；

优选地，所述控制处理器分别与所述温室气体检测器和伸缩杆通过导线连接；

优选地，所述控制处理器包括控制模块，数据采集模块，数据显示模块；

优选地，所述控制模块用于控制伸缩杆的伸缩运动；

优选地，所述数据采集模块与所述控制模块连接，用于将所述温室气体检测器检测的温室气体的温度、湿度和浓度传输至智能设备，实现数据共享；

优选地，所述数据显示模块与所述数据采集模块连接，用于显示数据采集模块处理过的数据；

优选地，所述气体传感器包括CO2气体传感器和/或CH4气体传感器；

更优选地，所述CO2气体传感器的制作方法如下：

1.合成铜硅酸盐晶体：

称取5.68g Na2SiO3·9H2O并将其加入至100mL去离子水中，然后在室温下，用磁力搅拌器以1000rpm的速度进行搅拌，形成均匀的Na2SiO3溶液；称取1.7g CuCl2·2H2O并将其加入至50mL去离子水中，搅拌至完全溶解，得到CuCl2溶液，然后用胶头滴管吸取CuCl2溶液并逐滴加入至Na2SiO3溶液中，直到CuCl2溶液完全滴加到Na2SiO3溶液中，继续搅拌30min，形成均匀的悬浮液，将该悬浮液倒入250mL的以聚四氟乙烯为内胆的高压反应釜中并完全封闭，放入烘箱中在150℃下反应，10h后取出反应釜进行冷却，然后对反应釜内液体进行抽滤过滤，将抽滤过滤后的固体先用去离子水冲洗3次，再使用无水乙醇冲洗3次，然后将冲洗处理后的固体放入烘箱中在95℃下干燥1h，之后放入真空干燥箱在37℃下真空干燥8h，即得到铜硅酸盐晶体(CSN)；

2.制备复合中空纳米球

S1.称取50mL的无水乙醇置于烧杯中，并用磁力搅拌器以1000rpm的速度进行搅拌，在搅拌期间，先加入55mL浓NH3·H2O，再逐滴加入5mL正硅酸乙酯，之后在室温条件下持续搅拌4h，反应结束后静置30min，最后离心过滤制得粒径在50～200nm的SiO2模板；

S2.称取已制备好的铜硅酸盐晶体(CSN)0.5g，将其加入至100mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌溶解形成溶液a，取已制备好的0.15g SiO2模板溶解于30mL去离子水中形成溶液b，将溶液b缓慢倒入溶液a中并室温搅拌1h，之后离心分离，收集离心后的固体物放入抽滤装置中用无水乙醇洗涤3次，之后放入80℃烘箱中烘干，得到中间产物固体M；

S3.取0.13g S2步骤烘干后的固体M加入至100mLDMF中搅拌形成均匀溶液，再加入0.24g PrCl3，然后放置磁力搅拌器上以1000rpm的速度持续搅拌30min，之后超声20min，再继续搅拌2h，最后离心分离，收集离心后的固体物F，然后先用去离子水将离心后的固体物F洗涤3次，之后再用无水乙醇洗涤3次，放入马弗炉中先缓慢升温至400℃保持4h，再缓慢冷却降至室温，即得到Pr6O11/CSN复合中空纳米球；

3.传感器的制作：

首先，将0.5g Pr6O11/CSN复合中空纳米球和1ml乙醇混合形成糊状，然后，把糊状材料涂在陶瓷管表面形成一层薄薄的敏感薄膜(厚度约为10μm)得到传感器；在涂覆之前，在陶瓷管的两端放置一对Au电极，并将Ni-Cr的加热丝插入到陶瓷管中提供工作温度。

所述合成的Pr6O11/CSN复合中空纳米球的粒径在50～200nm之间，球壁厚度在5～30nm之间。

更优选地，所述CH4气体传感器的制作方法如下：

步骤一，合成纳米敏感材料NiO/PdO：

a.称取1.12g Ni(NO3)2·6H2O加入100mL去离子水中搅拌溶解；称取0.35g PdCl2·2H2O加入至50mL去离子水中，搅拌溶解；用胶头滴管吸取PdCl2溶液逐滴加入Ni(NO3)2溶液中，滴加期间以1000rpm的速度持续搅拌，直至PdCl2溶液被完全吸取滴加进Ni(NO3)2溶液后，继续搅拌30min形成溶液A；

b.将浓NH3·H2O逐滴滴加至溶液A中，直到pH达到10后停止滴加并持续搅拌1h，搅拌完成后离心过滤得到固体胶体B；

c.将固体胶体B用去离子水洗涤并抽滤3次，之后将洗涤过的固体胶体B放入烘箱中90℃烘干，然后研磨成粉末状，再放入马弗炉中升温至300℃保持4h，冷却后即得到纳米敏感材料NiO/PdO。

步骤二，传感器的制作：

首先，将0.5g纳米管敏感材料NiO/PdO和1mL乙醇混合形成糊状，然后，把糊状材料涂在陶瓷管表面形成一层薄薄的敏感薄膜(厚度约为10μm)得到传感器；在涂覆之前，在陶瓷管的两端放置一对Au电极，并将Ni-Cr的加热丝插入到陶瓷管中提供工作温度。

所述合成的纳米敏感材料NiO/PdO的粒径在50～100nm之间。

本发明的有益效果为：

1.本发明设置为可移动的车体，因此可以进行随时随地进行检测温室气体，且设置简单可以单人完成检测工作，增加了检测效率，降低了检测成本；而且本发明考虑到温室气体在不同高度下浓度和湿度可能会不同，因此设置伸缩杆用来调节高度，更加方便检测。

2.本发明二氧化碳气体传感器材料使用了中空的Pr6O11/CSN复合纳米球，该纳米球具有较大的比表面积，属于纳米异质结构，它结合了纳米材料以及异质结的优点，使制备的传感器达到了良好的重复性、较高的灵敏度和较好的抗干扰能力。在制备Pr6O11/CSN复合中空纳米球时，通过控制镨离子和CSN的掺杂量，能使球壁的厚度最少能够达到5nm，这种特别薄的球壁扩大了整个复合纳米球的中空体积；同时，复合中空纳米球的球壁呈无规则的凹凸状且有若干极细的小孔。因此，两种有益效果结合后不仅能够使传感器敏感度增加，还增加了传感器对气体快速吸附以及脱附的能力，解决了现有技术中的传感器虽然吸附较快但是较难脱附的问题，而该材料同时具有较强的抗干扰能力，因此，使传感器能够适应更加恶劣的环境，大大增加了可应用范围。

3.本发明使用铜硅酸盐做成晶体最终合成中空纳米球，使用该纳米球制作成的传感器不仅对CO2气体敏感，还能够不受水汽的影响，克服了现有材料中在潮湿条件下敏感度大大降低的问题，所以即使在较为潮湿的环境中该传感器仍然能够正常使用。

4.本发明使用的甲烷气体传感器的材料为纳米敏感材料NiO/PdO，该材料相比较现有材料，具有对甲烷选择性强，且能够较快的响应，回复时间也更短的优点。

附图说明

图1为本发明的温室气体排放量的监测装置结构示意图；

图2为图1控制处理器3的具体结构示意图；

附图标记：1-车体；2-车轮；3-控制处理器；4-电线导管；5-温室气体检测器；6-伸缩杆；7-导线；301-控制模块；302-数据采集模块；303-数据显示模块。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。

实施例

本发明提供了一种温室气体排放量检测装置，所述温室气体排放量检测装置包括：车体1、车轮2、控制处理器3、温室气体检测器5、伸缩杆6；

优选地，所述温室气体检测器5包括温度传感器、湿度传感器、气体传感器；所述温度传感器用来检测气体温度，所述湿度传感器用来检测气体湿度，所述气体传感器用来检测气体浓度；

优选地，所述伸缩杆6用于控制所述温室气体传感器5的位置；

优选地，所述控制处理器3分别与所述温室气体检测器5和伸缩杆6通过导线7连接；

更优选地，所述控制处理器3包括控制模块301，数据采集模块302，数据显示模块303；

更优选地，所述控制模块301用于控制伸缩杆6的伸缩运动；

更优选地，所述数据采集模块302与所述控制模块301连接，用于将所述温室气体检测器5检测的温室气体的温度、湿度和浓度传输至智能设备，实现数据共享；

更优选地，所述数据显示模块303与所述数据采集模块302连接，用于显示数据采集模块302处理过的数据；

优选地，所述气体传感器包括CO2气体传感器和/或CH4气体传感器；

更优选地，所述CO2气体传感器的制作方法如下：

1.合成铜硅酸盐晶体：

称取5.68g Na2SiO3·9H2O并将其加入至100mL去离子水中，然后在室温下，用磁力搅拌器以1000rpm的速度进行搅拌，形成均匀的Na2SiO3溶液；称取1.7g CuCl2·2H2O并将其加入至50mL去离子水中，搅拌至完全溶解，得到CuCl2溶液，然后用胶头滴管吸取CuCl2溶液并逐滴加入至Na2SiO3溶液中，直到CuCl2溶液完全滴加到Na2SiO3溶液中，继续搅拌30min，形成均匀的悬浮液，将该悬浮液倒入250mL的以聚四氟乙烯为内胆的高压反应釜中并完全封闭，放入烘箱中在150℃下反应，10h后取出反应釜进行冷却，然后对反应釜内液体进行抽滤过滤，将抽滤过滤后的固体先用去离子水冲洗3次，再使用无水乙醇冲洗3次，然后将冲洗处理后的固体放入烘箱中在95℃下干燥1h，之后放入真空干燥箱在37℃下真空干燥8h，即得到铜硅酸盐晶体(CSN)；

2.制备复合中空纳米球

S1.称取50mL的无水乙醇置于烧杯中，并用磁力搅拌器以1000rpm的速度进行搅拌，在搅拌期间，先加入55mL浓NH3·H2O，再逐滴加入5mL正硅酸乙酯，之后在室温条件下持续搅拌4h，反应结束后静置30min，最后离心过滤制得粒径在50～200nm的SiO2模板；

S2.称取已制备好的铜硅酸盐晶体(CSN)0.5g，将其加入至100mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌溶解形成溶液a，取已制备好的0.15g SiO2模板溶解于30mL去离子水中形成溶液b，将溶液b缓慢倒入溶液a中并室温搅拌1h，之后离心分离，收集离心后的固体物放入抽滤装置中用无水乙醇洗涤3次，之后放入80℃烘箱中烘干，得到中间产物固体M；

S3.取0.13g S2步骤烘干后的固体M加入至100mLDMF中搅拌形成均匀溶液，再加入0.24g PrCl3，然后放置磁力搅拌器上以1000rpm的速度持续搅拌30min，之后超声20min，再继续搅拌2h，最后离心分离，收集离心后的固体物F，然后先用去离子水将离心后的固体物F洗涤3次，之后再用无水乙醇洗涤3次，放入马弗炉中先缓慢升温至400℃保持4h，再缓慢冷却降至室温，即得到Pr6O11/CSN复合中空纳米球；

3.传感器的制作：

首先，将0.5g Pr6O11/CSN复合中空纳米球和1ml乙醇混合形成糊状，然后，把糊状材料涂在陶瓷管表面形成一层薄薄的敏感薄膜(厚度约为10μm)得到传感器；在涂覆之前，在陶瓷管的两端放置一对Au电极，并将Ni-Cr的加热丝插入到陶瓷管中提供工作温度。

所述合成的Pr6O11/CSN复合中空纳米球的粒径在50～200nm之间，球壁厚度在5～30nm之间。

更优选地，所述CH4气体传感器的制作方法如下：

步骤一，合成纳米敏感材料NiO/PdO：

a.称取1.12g Ni(NO3)2·6H2O加入100mL去离子水中搅拌溶解；称取0.35g PdCl2·2H2O加入至50mL去离子水中，搅拌溶解；用胶头滴管吸取PdCl2溶液逐滴加入Ni(NO3)2溶液中，滴加期间以1000rpm的速度持续搅拌，直至PdCl2溶液被完全吸取滴加进Ni(NO3)2溶液后，继续搅拌30min形成溶液A；

b.将浓NH3·H2O逐滴滴加至溶液A中，直到pH达到10后停止滴加并持续搅拌1h，搅拌完成后离心过滤得到固体胶体B；

c.将固体胶体B用去离子水洗涤并抽滤3次，之后将洗涤过的固体胶体B放入烘箱中90℃烘干，然后研磨成粉末状，再放入马弗炉中升温至300℃保持4h，冷却后即得到纳米敏感材料NiO/PdO。

步骤二，传感器的制作：

首先，将0.5g纳米管敏感材料NiO/PdO和1mL乙醇混合形成糊状，然后，把糊状材料涂在陶瓷管表面形成一层薄薄的敏感薄膜(厚度约为10μm)得到传感器；在涂覆之前，在陶瓷管的两端放置一对Au电极，并将Ni-Cr的加热丝插入到陶瓷管中提供工作温度。

所述合成的纳米敏感材料NiO/PdO的粒径在50～100nm之间。

本发明的有益效果为：

1.本发明设置为可移动的车体，因此可以进行随时随地进行检测温室气体，且设置简单可以单人完成检测工作，增加了检测效率，降低了检测成本；而且本发明考虑到温室气体在不同高度下浓度和湿度可能会不同，因此设置伸缩杆用来调节高度，更加方便检测。

2.本发明二氧化碳气体传感器材料使用了中空的Pr6O11/CSN复合纳米球，该纳米球具有较大的比表面积，属于纳米异质结构，它结合了纳米材料以及异质结的优点，使制备的传感器达到了良好的重复性、较高的灵敏度和较好的抗干扰能力。在制备Pr6O11/CSN复合中空纳米球时，通过控制镨离子和CSN的掺杂量，能使球壁的厚度最少能够达到5nm，这种特别薄的球壁扩大了整个复合纳米球的中空体积；同时，复合中空纳米球的球壁呈无规则的凹凸状且有若干极细的小孔。因此，两种有益效果结合后不仅能够使传感器敏感度增加，还增加了传感器对气体快速吸附以及脱附的能力，解决了现有技术中的传感器虽然吸附较快但是较难脱附的问题，而该材料同时具有较强的抗干扰能力，因此，使传感器能够适应更加恶劣的环境，大大增加了可应用范围。

3.本发明使用铜硅酸盐做成晶体最终合成中空纳米球，使用该纳米球制作成的传感器不仅对CO2气体敏感，还能够不受水汽的影响，克服了现有材料中在潮湿条件下敏感度大大降低的问题，所以即使在较为潮湿的环境中该传感器仍然能够正常使用。

4.本发明使用的甲烷气体传感器的材料为纳米敏感材料NiO/PdO，该材料相比较现有材料，具有对甲烷选择性强，且能够较快的响应，回复时间也更短的优点。

为了更好的理解本发明，下面将对本发明所制备的CO2气体传感器和CH4气体传感器分别进行性能测试、抗干扰测试以及耐水测试：

性能测试：

将本发明实施例制备的CO2气体传感器和CH4气体传感器应用于本发明制成温室气体排放量检测装置，并对其最适温度、响应值、响应时间、重复性进行检测，结果如表1:

表1性能测试

由上表1可知，经过测试得到CO2气体传感器的最适工作温度为120℃～200℃，在该温度范围内，对200ppm的CO2的响应值可达到165，响应时间为5s；CH4气体传感器的最适工作温度为150℃～225℃，对100ppm的CH4的响应值可达到，响应时间为3s～6s，因此，可以将CO2气体传感器和CH4气体传感器的温度设为150℃～200℃，使两个传感器都能在最适温度范围内工作，而该温度范围内的两个气体传感器具有更高的灵敏度、更快的反应速度，而两种气体传感器的回复时间较短，表示不仅吸附较快，脱附也较传统材料快，此外，两种气体传感器在重复使用100次后，响应仅仅微微下降，可知两种气体传感器重复使用性较强。

抗干扰测试：

将多种典型的干扰气体(丙酮、乙醇、甲醛、氨气等)同时通过CO2气体传感器和CH4气体传感器，结果显示两种气体传感器对以上干扰气体的响应值均小于30，远远小于对CO2以及CH4的响应，因此，说明两种气体传感器都具有较好的抗干扰能力。

耐水测试：

将体积相同、相对湿度分别为30％、40％、50％的空气和CO2气体混合后，使用本发明实施例制备的CO2气体传感器检测其灵敏度S，灵敏度S为材料在空气中的电阻值(Rg)与材料在被测气体中的电阻值(Ra)之比，结果显示，灵敏度变化率为小于10％，表明该CO2气体传感器具有较好的耐水性，进而，当所处环境中湿度较大时，该CO2气体传感器仍能实现对CO2气体的准确检测，耐水性较好。

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。