论文部分内容阅读
易挥发性有机污染物来源于化学工业中使用含VOCs的产品、以VOCs为原料的工艺过程、VOCs的生产（石油炼制等）、有机物的储存和运输等。VOCs会对人体造成巨大危害,无论是室内还是室外,VOCs都值得去重视。随着人们环保意识的增强和对空气质量要求的日益增加,对VOCs检测限的要求越来越低,对气体传感器的要求也逐渐增高。用于气敏检测的二氧化锡有着优异性能的同时,也存在许多局限性。基于此,本文通过水热法制备了 g-C3N4/SnO2复合材料、并合成了一种Pt掺杂SnO2材料,将两种材料应用于七大类VOCs的选择性和高响应气敏检测。1、薄层g-C3N4/SnO2复合材料的制备及对VOCs的选择性检测。对比10种不同VOCs的响应数据,薄层g-C3N4/SnO2复合材料对苯胺、丙酮、环氧丙烷、乙醚、甲醛、乙酸丁酯的气敏增强效果尤为显著,增强倍数取决于g-C3N4与目标气体氢键作用力的大小。其中,纯SnO2对甲醛的最高响应值为8.98,13.24wt.%薄层g-C3N4/SnO2复合材料的响应值增加程度最大,最高响应值为225.20,提高了 25倍。对比纯SnO2,薄层g-C3N4/SnO2复合材料不仅提高了响应值,而且大幅度降低了最佳响应温度。纯氧化锡对VOCs的最佳响应温度约为200～400℃不等,而13.24 wt.%薄层g-C3N4/SnO2复合材料对VOCs的最佳响应温度为40℃或80℃,也就是说13.24 wt.%薄层g-C3N4/SnO2复合材料可以应用于VOCs的近室温检测。g-C3N4和SnO2的复合,同时可降低响应时间,提高响应速度。对比13.24 wt.%薄层g-C3N4/SnO2复合材料和纯SnO2在对应最佳温度下对100ppm丙酮的响应时间,分别为3秒和13秒,大幅减少了响应时间,可以用于实时检测。g-C3N4/SnO2复合材料同是提高了对VOCs气敏检测的选择性,通过g-C3N4与目标分子的π-π共轭、卤键、氢键作用将七类可挥发性有机污染物分为3大类。复合材料的气敏增强机理在于g-C3N4对气体分子识别、对氧化锡纳米微球电子传输影响的共同作用。g-C3N4与气体分子氢键作用适中,能较好的吸附目标分子,也能较好的脱附,有利于气敏响应的增强。同时g-C3N4与SnO2复合可加快电子的传输速率,缩短响应时间。2、Pt掺杂SnO2材料的制备及对VOCs的气敏检测。利用SnO2-x的本征缺陷原位合成了 Pt掺杂SnO2材料。气敏性能研究表明,在掺杂了 Pt后,对比7大类VOCs的气敏测试结果,掺杂材料对二氯甲烷、正庚烷、苯胺的响应提高尤为显著,分别提高了约4倍、7倍、3倍,对苯、乙酸乙酯、异戊二烯、乙醚、丙酮提高了 2倍左右。确定最佳掺杂比为3 atom.%（加料比）。最佳响应温度小幅度降低,对比纯SnO2,掺杂材料对苯的最佳响应温度降低了 40℃,对苯胺的最佳响应温度降低了 80℃,对正庚烷、甲苯、乙醚的最佳响应温度降低了 100℃。循环曲线的测试结果表明,材料可以应用于检测痕量（1ppm）的有机污染物。检测结果的重复性良好,材料较为稳定。Pt的主要作用为在SnO2吸附目标气体分子时提供较多的活性位点,使得产生氧负离子的速率加快,同时可以提高电子的传输效率。