[發明專利]制備二氧化錫/ ZSM-5型沸石復合納米纖維的方法及應用

有效

• 申請號: 201810990340.1
• 申請日: 2018-08-28
• 公開（公告）號: CN109115842B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 孫炎輝;王兢;杜海英;王晨
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 大連智高專利事務所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 祝詩洋

本發明涉及一種氣體傳感器敏感材料的制備方法，特別是采用靜電紡絲法制備二氧化錫/ZSM?5型沸石復合納米纖維的方法及應用。首先利用模板法制備納米ZSM?5型沸石，然后制備納米ZSM?5型沸石與SnCl₂混合溶液，再次利用靜電紡絲法制備復合纖維，最后高溫燒結后得到二氧化錫/ZSM?5型沸石復合納米纖維。本發明利用靜電紡絲法制備的二氧化錫/ZSM?5型沸石復合納米纖維材料，有效抑制了傳統二氧化錫/沸石復合過程中所出現的團聚現象。其中沸石均勻散布在纖維中呈現“骨節”狀；利用該復合材料制備的旁熱式氣體傳感器對甲醛氣體的靈敏度、選擇性均有較明顯的改善，對丙酮、乙醇、甲醇氣體的響應具有一定的抑制效果。

技術領域

本發明涉及一種氣體傳感器敏感材料的制備方法，具體為利用靜電紡絲技術制備的二氧化錫/ZSM-5型沸石復合納米纖維的制備方法，通過氣敏測試證明，該材料可應用于空氣中甲醛氣體的檢測。

背景技術

VOCs（揮發性有機化合物）是一類有機化合物的統稱，常在室溫下常以蒸汽的形式存在于空氣中。它們中的大多數都是刺激性的、有毒的和致癌的，長期接觸VOCs會損害人體健康。甲醛便是其中之一。甲醛是一種重要的有機溶劑，廣泛應用于化工、木材加工、制造、紡織工業等領域。人體過多吸入甲醛會引起眼睛和鼻子的不適。長時間在甲醛環境中會導致癌癥的發生。世界衛生組織已經確定了在0.08PPM甲醛蒸汽中長期暴露在30分鐘以上將對人體造成傷害。

金屬氧化物型氣體傳感器常用于檢測VOCs氣體，其中以二氧化錫半導體氣體傳感器應用最為廣泛，該材料對甲醛、丙酮、乙醇、甲醇等均具有響應，并且成本較低。但是該材料也存在選擇性較差，靈敏度不高等弊端。因此眾多研究均圍繞著如何提高氣敏材料選擇性、靈敏度展開。其中靜電紡絲法是常用的方法之一。利用靜電紡絲法制備的二氧化錫納米纖維，由于減小了粒徑，避免了團聚，因此其比表面積得到了提高，所以靈敏度有一定的改善，并且能在一定程度上降低其最佳工作溫度，但是選擇性卻不能得到明顯的改善。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種靜電紡絲法制備的二氧化錫/ ZSM-5型沸石復合納米纖維材料的制備方法，利用該方法制備的復合材料避免了團聚現象的發生，其對甲醛的靈敏度和選擇性較純二氧化錫納米纖維有較明顯的改善，可應用于甲醛氣體的檢測。

本發明的技術方案如下：靜電紡絲法制備的二氧化錫/ ZSM-5型沸石復合納米纖維，首先利用模板法制備納米ZSM-5型沸石，然后制備納米ZSM-5型沸石與SnCl₂混合溶液，再次利用靜電紡絲法制備復合纖維，最后高溫燒結后得到二氧化錫/ ZSM-5型沸石復合納米纖維。更為具體地，本發明的制備方法包括以下步驟：

（1）取一定量的SnCl₂·2H₂O放入乙醇溶液中配制成濃度為70-100mg/ml的溶液，在磁力攪拌器下攪拌20分鐘得到溶液；

（2）按照質量比SnCl₂·2H₂O：ZSM-5=3:1取一定量納米ZSM-5型沸石放置于步驟（1）得到的溶液中，再次攪拌20分鐘；

（3）按照聚乙烯吡咯烷酮（PVP）與ZSM-5質量比為6:1，取一定量的PVP加入二甲基甲酰胺（DMF）的乙醇溶液，將其放置于步驟（2）得到的溶液中，室溫下攪拌8小時得到足夠粘度的紡絲前驅溶液；其中DMF與乙醇體積比為5:3；

（4）將紡絲前驅溶液轉移至注射器中，并將注射器放置于高壓靜電紡絲機上，針頭加正電壓，收集板接地，其中針頭距收集板距離為20cm，正電壓選擇24KV，推進速度為0.03ml/min，得到白色片狀合成產物；

（5）將步驟（4）得到的產物置于馬弗爐中，在有氧環境中600℃煅燒4小時，升溫速度為1℃/min，然后按同樣速度降低至室溫，得到最終的二氧化錫/ ZSM-5型沸石復合納米纖維。