苯砜基干凝膠的制備方法及應用
【專利摘要】本發明公開了一種苯砜基干凝膠的制備方法及應用，采用十八烷基異氰酸酯和砜基材料作為原料，通過回流制成苯砜基疏水性有機化合物，然后制成苯砜基干凝膠。本發明還將苯砜基的干凝膠作為甲醛傳感器的敏感材料，構建了一種性能優良的QCM甲醛傳感器。本發明制備的苯砜基材料化學性質穩定，疏水性強，其原料價格低廉，且苯砜基材料合成方法簡單，所制得的甲醛傳感器可以在常溫工作，具有靈敏度高、重復性好、性能穩定的優點。
【專利說明】
苯砜基干凝膠的制備方法及應用
技術領域
[0001]本發明涉及一種氣體傳感器的制備方法，特別是涉及一種氣體傳感器的敏感材料的制備方法，應用于氣體動態檢測器件材料制備及應用技術領域。
【背景技術】
[0002]近年來，空氣質量問題已成為全球性的熱點話題，隨著生活水平的提高，人們越來越關心生存的環境，尤其是頻頻報道出來會誘導許多疾病的有毒有害氣體污染。目前，室內空氣污染物主要包括甲醛(HCHO)、苯系物、總揮發性有機物(TVOC)等。因此，對上述有害氣體進行實時有效地監測，并利用凈化手段來改善空氣質量，成為人們的迫切需求。作為從監測到凈化過程中最前端的關鍵環節，各種氣體傳感器也終將得到的巨大發展空間，近年來有蓬勃的發展勢頭。目前市場上的甲醛傳感器多種多樣，較為流行的氣體傳感器包括電化學式和半導體式，但是所共有的缺點是成本高、選擇性差并且不能循環利用。電化學式傳感器靈敏度高，但其抗干擾能力較弱；而傳統的金屬氧化物半導體式氣體傳感器在低濃度檢測上顯得力不從心，而且其高能耗的缺點也顯得尤為突出。因此，人們也在極力探索利用新的傳感器平臺來解決室內空氣污染的監測問題。
[0003]QCM即石英晶體微天平，是一種基于石英晶體壓電效應的質量型檢測平臺，兼具結構簡單、靈敏高、成本低等有點，其應用領域包括生物酶檢測、氣相測定等。通過對QCM晶體表面的修飾，我們可以使其對不同目標氣體有特殊的選擇性和響應吸附，從而提高檢測的靈敏度和選擇性。因此，QCM作為氣體傳感器平臺，具有很大發展潛力和重要的應用價值。基于此平臺，研發新型的敏感材料便成為目前QCM發展的重點。納米材料作為傳感器功能材料，體現出其極大的優勢，正引起國內外科學家的極大關注。有機凝膠材料近年來大范圍開始應用，因其具有獨特的官能團和分子結構，對某些VOC具有特殊的吸附性能，是一種很有前景的敏感材料，但還未見將其應用于QCM的相關報道。
【發明內容】
[0004]為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種苯砜基干凝膠的制備方法及應用，將苯砜基的干凝膠作為甲醛傳感器的敏感材料，構建了一種性能優良的QCM甲醛傳感器。本發明制備的苯砜基材料化學性質穩定，疏水性強，其原料價格低廉，且苯砜基材料合成方法簡單，所制得的甲醛傳感器可以在常溫工作，具有靈敏度高、重復性好、性能穩定的優點。
[0005]為達到上述發明創造目的，采用下述技術方案:
一種苯砜基干凝膠的制備方法，包括如下步驟:
a.采用濃度為lmmol的十八烷基異氰酸酯，按照十八烷基異氰酸酯和砜基材料的摩爾混合比例為1:(I?5)的比例，將十八烷基異氰酸酯和砜基材料在10-20ml的溶劑中回流，合成了二氨基二苯砜基脲的疏水性有機化合物;砜基材料優選采用4，4 ’ - 二氨基二苯砜、2-氨基二苯砜和磺胺中的任意一種或任意幾種的混合物;十八烷基異氰酸酯和砜基材料進行回流的溶劑優選采用水、丙酮和四氫呋喃中的任意一種溶劑或任意幾種的混合物溶劑；
b.將在所述步驟a中得到的二氨基二苯砜基脲化合物在四氫呋喃溶液中加熱至60-800C后進行冷卻，然后在冷凍干燥后制成苯砜基干凝膠。
[0006]—種本發明苯砜基干凝膠的制備方法的應用，采用在所述步驟b中制備的苯砜基干凝膠作為QCM甲醛傳感器敏感材料，并將Img苯砜基干凝膠研磨后，置于5-10ml乙醇中進行混合，并在超聲5_30min條件下均勻分散制成分散液，然后將分散液涂于QCM甲醛傳感器的電極上，制成QCM甲醛傳感器。
[0007]本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點:
1.本發明制備苯砜基材料采用的原料價格低廉，苯砜基干凝膠的制備方法簡單；
2.本發明合成的干凝膠為苯砜基鏈狀金屬有機配合物，其材料化學性質穩定，疏水性強；
3.本發明方法所制得的甲醛傳感器，所用的石英晶體微天平傳感器靈敏度高、功耗低、操作簡單；
4.本發明方法所制得的甲醛傳感器重復性好、性能穩定、材料用量很少、抗腐蝕性好而且制作工藝簡單，在甲醛的動態檢測方面具有很好的應用前景。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發明優選實施例制備的苯砜基干凝膠敏感材料的固體核磁13C圖。
[0009]圖2為本發明優選實施例制備的苯砜基干凝膠敏感材料的紅外譜圖。
[0010]圖3為本發明優選實施例制備的苯砜基干凝膠作為敏感材料對50ppm的甲醛、丙酮、乙醇、二氧化碳、氨氣、硫化氫、苯、甲苯的QCM選擇性氣敏測試圖。
[0011]圖4為本發明優選實施例制備的苯砜基干凝膠作為氣體檢測敏感材料對120ppm、100ppm、80ppm、60ppm、40ppm、20ppm的甲醛蒸汽的QCM連續氣敏測試性能對比圖。
[0012]
【具體實施方式】
[0013]本發明的優選實施例詳述如下:
在本實施例中一種苯砜基干凝膠的制備方法，包括如下步驟:
a.采用濃度為lmmol的十八烷基異氰酸酯，按照十八烷基異氰酸酯和2-氨基二苯砜的質量混合比例為1:2的比例，將十八烷基異氰酸酯和砜基材料在20ml的溶劑中回流，合成了二氨基二苯砜基脲的疏水性有機化合物；
b.將在所述步驟a中得到的二氨基二苯砜基脲化合物在四氫呋喃溶液中加熱至70°C后進行冷卻，然后在冷凍干燥后制成苯砜基干凝膠。
[0014]—種本發明苯砜基干凝膠的制備方法的應用，采用在上述步驟b中制備的苯砜基干凝膠作為QCM甲醛傳感器敏感材料，并將Img苯砜基干凝膠研磨后，置于5ml乙醇中進行混合，并在超聲15min條件下均勻分散制成分散液，然后將分散液涂于QCM甲醛傳感器的電極上，制成QCM甲醛傳感器。
[0015]實驗測試分析:
對上述實施例中所得QCM甲醛傳感器樣品的檢測及實驗的結果參見附圖中的圖1至圖4。
[0016]參見圖1，苯砜基干凝膠的敏感材料的結構圖，從圖可知，10-50ppm為干凝膠中烷基碳的化學位移，122-148ppm為苯環上碳的化學位移。
[0017]參見附圖2，從圖中可以看出，2919cm—1處的吸收峰歸屬于的-CH2的C-H伸縮振動；1635cm—1是苯環的骨架振動；S=O的峰出現在1300 cm—1和550 cm—1處，-HNCONH-官能團的吸收峰出現在1635cm—1和1556 cm—1處。
[0018]參見附圖3，從圖中可以看出，砜基鏈狀干凝膠作為敏感材料對甲醛的傳感效果明顯要優于苯、丙酮、氨氣等其他VOCs。
[0019]參見附圖4，從圖中可以看出，苯砜基鏈狀金屬有機配合物作為敏感材料對120ppm、I OOppm、80ppm、60ppm、40ppm、20ppm 的甲醛蒸氣的探測重復性好。
[0020]上述實施例將所制備的苯砜基干凝膠用作甲醛傳感器的敏感材料，制成石英晶體微天平甲醛傳感器，首次把苯砜基的干凝膠作為甲醛傳感器的敏感材料，構建了一種性能優良的QCM甲醛傳感器。該苯砜基材料，價格低廉，合成方法簡單，且化學性質穩定，疏水性強。所制得的甲醛傳感器可以在常溫工作，具有靈敏度高、重復性好、性能穩定的優點。
[0021]上面結合附圖對本發明實施例進行了說明，但本發明不限于上述實施例，還可以根據本發明的發明創造的目的做出多種變化，凡依據本發明技術方案的精神實質和原理下做的改變、修飾、替代、組合或簡化，均應為等效的置換方式，只要符合本發明的發明目的，只要不背離本發明苯砜基干凝膠的制備方法及應用的技術原理和發明構思，都屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種苯砜基干凝膠的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: a.采用濃度為Immol的十八烷基異氰酸酯，按照十八烷基異氰酸酯和砜基材料的摩爾混合比例為1:(I?5)的比例，將十八烷基異氰酸酯和砜基材料在10-20ml的溶劑中回流，合成了二氨基二苯砜基脲的疏水性有機化合物； b.將在所述步驟a中得到的二氨基二苯砜基脲化合物在四氫呋喃溶液中加熱至60-800C后進行冷卻，然后在冷凍干燥后制成苯砜基干凝膠。2.根據權利要求1所述苯砜基干凝膠的制備方法，其特征在于:在所述步驟a中，砜基材料為4，4’_二氨基二苯砜、2-氨基二苯砜和磺胺中的任意一種或任意幾種的混合物。3.根據權利要求1或2所述苯砜基干凝膠的制備方法，其特征在于:在所述步驟a中，十八烷基異氰酸酯和砜基材料進行回流的溶劑為水、丙酮和四氫呋喃中的任意一種溶劑或任意幾種的混合物溶劑。4.一種權利要求1所述苯砜基干凝膠的制備方法的應用，其特征在于:采用在所述步驟b中制備的苯砜基干凝膠作為QCM甲醛傳感器敏感材料，并將Img苯砜基干凝膠研磨后，置于5-10ml乙醇中進行混合，并在超聲5-30min條件下均勻分散制成分散液，然后將分散液涂于QCM甲醛傳感器的電極上，制成QCM甲醛傳感器。
【文檔編號】G01N29/02GK106018547SQ201610327868
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月18日
【發明人】陳楊, 徐甲強, 向群, 程知萱
【申請人】上海大學