[發明專利]一種靈敏的便攜式光電催化化學需氧量傳感器

有效

• 申請號: 201710219525.8
• 申請日: 2017-04-06
• 公開（公告）號: CN106990152B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 張聲森;蘇泳釗;彭峰;張山青;楊思源;方岳平
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: G01N27/416
• 分類號: G01N27/416
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅嘯秋

本發明屬于環境監測裝置技術領域，公開了一種靈敏的便攜式光電催化化學需氧量傳感器。所述傳感器由光源套管、三電極套裝和容積為0.1～1L的反應池三部分構成，光源套管和三電極套裝豎直插入反應池內；所述光源套管內設置LED紫外燈并在側面設置透明窗口用于透光；所述三電極套裝內設置三個孔道分別插入參比電極、對電極和氫化的TiO₂納米陣列薄膜工作電極，工作電極的孔道側面開設反應孔，反應孔與光源套管上的透明窗口正對。本發明以氫化的TiO₂納米陣列作為光催化劑、內置LED紫外燈為光源，具有光電響應強、光生載流子復合率低和轉移速度快的優點。且內置紫外光源體積小，便于攜帶，避免了紫外光源對操作者的損傷。

技術領域

本發明屬于環境監測裝置技術領域，具體涉及一種靈敏的便攜式光電催化化學需氧量傳感器。

背景技術

水資源是自然界不可或缺的部分，是世上一切物種的生命起源以及賴以生存的重要基礎。我國是地球上水資源嚴重缺乏的國家之一，盡管淡水豐富，可是人均占有量還不到世界平均水平的四分之一。20世紀以來，由于我國人口的不斷增長以及城市化、工業化的迅猛發展，不斷有生活污水以及工業廢水排入到河海中，大量的營養元素和有機污染物導致水體中浮游生物急劇繁殖，導致水質嚴重污染和惡化，從而導致生態平衡系統破壞。特別是珠三角和長三角地區，人口密度大、工業發展迅速，從而造成水資源污染尤其嚴重，給了人們一次嚴重的警告，水質監測的問題得到前所未有的關注。化學需氧量(COD)是用化學氧化法測定水樣中還原性物質的量。將每升水樣所消耗的氧化劑的量折算成需要的氧的質量，以mg/L為單位，能反映水體受有機物污染的程度，是廢水處理中一個重要的水質指標，是水質監測分析中最常規測定的項目。在河流污染和工業廢水性質的研究以及廢水處理廠的運行管理中，它是一個重要的而且能夠較快測定的物理量。目前常規測定COD的方法主要有高錳酸鉀法或重鉻酸鉀法。但上述這些方法在操作過程中往往需要大量的實驗藥品、過程繁瑣，費時且還可能對環境造成二次污染。近年來，為解決上述問題，人們提出了許多COD測定新方法，如化學發光技術、流動注射技術、臭氧氧化法、電化學法、光催化法和光電催化氧化法等等。由于光催化在常溫常壓下即可進行，不產生二次污染，且設備簡單，催化劑可以回收重復使用。目前，光催化法一直是水處理研究的熱點。

水中有機物在光催化劑表面被羥基自由基氧化的同時，反應體系中一些反應物(電子捕獲劑)或生成物的濃度將發生變化，根據這些物質濃度的變化，便可測出水中COD的含量?；诖嗽?，發展出了一些新的光催化氧化體系來測定COD。Zhang Shanqing等人(Sensors and Actuators:B Chemical,2009,141(2):634)在ITO上生長TiO₂薄膜作為光催化電極，這種便攜的，成本低廉和環境友好型的電極材料可以用于COD檢測，具有快速，高效和準確的特點。TiO₂電極是光電催化氧化法測定COD的關鍵因素。隨后周保學等發明了一種短TiO₂納米管陣列光電催化化學需氧量傳感器的制備方法(CN101509886A)，由于納米管與基底的結合力強，光生電荷復合低，傳輸快，有利于提高鈦基納米管陣列傳感器的穩定性、工作壽命和光電催化性能，因而有利于提高測定方法的穩定性和重現性。由于TiO₂只在紫外光下有響應，紫外光作為激發光源，在操作過程中紫外光對人體有一定的輻射損傷。張聲森等公開了一種氫化的TiO₂納米棒陣列應用于可見光光電催化化學需氧量傳感器的制備方法(ZL201410570773.3)，檢測COD的范圍為0～300mg/L。但是在可見光下氫化的TiO₂對一些難降解的有機物不能完全礦化，產生的誤差會比較大。目前光電催化氧化法測定COD的光源都是置于光電池之外，這種外置式的光源一般都需要大型的光源發生器提供，如氙燈，這樣會導致大部分的光能被浪費掉，在操作過程中氙燈發出的紫外光對人體有一定的輻射損傷。而且，利用大型的氙燈作為光源特別不適合野外作業。

發明內容

為了解決以上現有技術的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種靈敏的便攜式光電催化化學需氧量傳感器。