[發明專利]基于光催化技術的VOCs檢測系統和檢測方法及自潔凈方法

有效

• 申請號: 200910098193.8
• 申請日: 2009-05-07
• 公開（公告）號: CN101551351A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 鄭俊褒
• 申請（專利權）人: 鄭俊褒
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;G05D27/02;G05D25/02
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所
• 代理人: 龔旻晏

技術領域

本發明屬于VOCs檢測方法和裝置技術領域，具體涉及一種基于光催化技術的 VOCs檢測系統、應用該系統的VOCs檢測方法、以及該VOCs檢測系統的自潔凈方 法。

背景技術

隨著工業的迅速發展，建筑物結構發生了較大變化，使得新型建材、保溫材料 及室內裝演材料被廣泛使用；同時各種化妝品、除臭劑、殺蟲劑和品種繁多的洗滌 劑也開始大量應用于家庭，它們大都可直接揮發出各種有機化合物(VOCs)。空氣 中VOCs濃度雖低，但大多數有毒性和致癌作用，對人體造成潛在威脅。所以，研 究VOCs氣體污染監測和控制方法是十分迫切的。

許多分析技術，如GC，GC-MS，HPLC，FTIR，熒光光譜法、離子色譜法、光聲 光譜法等等，都可以用來檢測VOCs。但這些檢測方法基本需經歷采樣、樣品預處 理和檢測等過程，程序復雜、耗時且檢測設備價格昂貴。因此，研究實用的VOCs 檢測技術不僅是必要的而且是迫切的，金屬氧化物氣敏傳感器作為低成本、便攜式 的檢測手段具有良好的發展前景。

現有的金屬氧化物氣敏傳感器主要是利用了金屬氧化物在一定溫度條件下跟 所接觸的氣體相互作用而導致電導率發生變化這一性質。金屬氧化物氣敏材料表面 吸附的氧一般具有O₂^-，O^-，O^2-三種帶負電荷的形式存在，具體為哪種形式是由環境 溫度決定的。實驗研究表明：在低溫下，氧化物表面吸附的氧是以“分子離子”O₂^-形式存在的，隨著溫度的升高就轉變為“原子離子”O^-和O^2-，吸附氧在金屬氧化物 表面俘獲大量電子，致使材料電導減小；接觸周圍環境中的還原性氣體時，還原性 氣體即被O^-氧化并釋放自由電子，金屬氧化物的電導率也因此而增加，起到傳感的 作用。但該方法由于工作溫度高，不僅功耗大，而且在濃度較大的場合，容易引發 火災及爆炸等危險。

此外，氣敏傳感器長期工作在過高濃度VOCs環境中，很容易使傳感器靈敏度 下降，傳統金屬半導體氧化物氣敏傳感器使用時，有時采用加熱脫附的方法來去除 這些過量吸附的氣體，但從現有使用情況看，加熱脫附一方面無法完全脫附，另外 加熱容易引發火災甚至爆炸。

發明內容

本發明旨在利用石英晶體微天平原理提供一種基于光催化技術的VOCs檢測系 統、應用該系統的VOCs檢測方法、以及該VOCs檢測系統的自潔凈方法，以克服 現有技術中存在的問題。

所述的基于光催化技術的VOCs檢測系統，其特征在于由光源、氣敏傳感器、 測控系統板配合構成，光源、氣敏傳感器分別與測控系統板控制連接，相對于光源 的照射位置配合設置氣敏傳感器。

所述的基于光催化技術的VOCs檢測系統，其特征在于所述的測控系統板包括 CPU處理模塊及與其控制連接的光源控制模塊、傳感器驅動模塊、傳感器信號檢測 模塊和通訊模塊，光源控制模塊與光源控制連接，傳感器驅動模塊、傳感器信號檢 測模塊分別與氣敏傳感器控制連接，通訊模塊用于與外部設備建立通訊連接。

所述的基于光催化技術的VOCs檢測系統，其特征在于所述的氣敏傳感器包括 支架，支架上部設置晶體，晶體前后兩端面上連接設置電極，電極通過引腳與測控 系統板連接，前一端面的電極上復合設置敏感膜。

所述的基于光催化技術的VOCs檢測系統，其特征在于光源、氣敏傳感器之間 配合設置會聚鏡。

所述的基于光催化技術的VOCs檢測系統，其特征在于所述的光源采用紫外光、 可見光、或紅外光。

所述的基于光催化技術的VOCs檢測系統，其特征在于所述的敏感膜采用半導 體氧化物制作成型，所述的半導體氧化物為TiO₂或ZnO；所述的晶體為石英晶體。

所述的基于光催化技術的VOCs檢測方法，其特征在于先由測控系統板控制光 源對氣敏傳感器進行有序的照射；氣敏傳感器根據光照條件吸附和光催化降解有機 物氣體使平衡狀態不斷發生變化從而影響石英晶體微天平的頻率；測控系統板接收 并處理氣敏傳感器頻率響應信號，轉化為對應氣體的濃度信號輸出。