一种气体极性传感膜及其制备方法和应用

本申请涉及一种气体极性传感膜及其制备方法和应用，属于有毒有害气体检测领域。

背景技术：

1、vocs是由许多不同产品所散发出的有机的(碳基)气体，也被称为碳氢化合物。vocs的蒸发是由足够的压力引起的。常见的室内挥发性有机化合物来源有装修建材、地毯、打印机、家具、涂料稀释剂、胶水、化妆品和某些喷雾剂，以及塑料制品。根据环境保护局的报告，如果没有足够的通风设备使空气流通，并且vocs存在于室内，那么室内空气污染程度将会比室外空气严重10倍之多。vocs的主要成分有:烃类、卤代烃、氧烃和氮烃，它包括:苯系物、有机氯化物、氟里昂系列、有机酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烃化合物等。当房间里vocs达到一定浓度时，会引起头痛、恶心、呕吐、乏力等症状，严重时甚至引发抽搐、昏迷，伤害肝脏、肾脏、大脑和神经系统，造成记忆力减退等严重后果。我们居室中的vocs主要来源于乳胶漆、墙纸、地面、绝热材料、粘结剂等装修材料。因此，对总室内总vocs气体的监测显得尤为重要。但目前多数vocs传感器存在成本高、种类单一、湿度干扰大、需校准、检测间隔时间长等问题，开发低成本的vocs气体监测技术与方法显得十分必要。

技术实现思路

1、本申请采用疏水多孔基质材料的低极性降低了背景噪音，避免了基质材料自身极性对指示剂偶极矩的影响，另一方面利用双亲型表面活性剂在基质材料中造孔，形成微通道，增加vocs气体在基质材料的吸附、扩散及脱附速率，从而实现了对vocs气体的响应及在线监测，制备的气体极性传感膜一方面抑制了湿度对传感薄膜的干扰，另一方面也有效延长了极性敏感指示剂的寿命，具有广泛的实用价值。

2、根据本申请的一个方面，提供了一种气体极性传感膜的制备方法，将含有疏水聚合物、双亲型表面活性剂、极性敏感指示剂和有机溶剂的混合溶液涂覆在基板上，真空干燥，得到所述气体极性传感膜。

3、可选地，所述疏水聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚氯乙烯、聚丙烯、乙基纤维素、聚偏氟乙烯中的至少一种；

4、所述疏水聚合物的聚合度为10000～1000000。

5、可选地，所述双亲型表面活性剂选自司盘、吐温、曲拉通、磷酸三丁酯、邻苯二甲酸酯中的至少一种。

6、可选地，所述极性敏感指示剂选自布鲁克部花菁、米氏酮、n-甲基-4-氨基-邻苯二甲酰亚胺、铁酞菁、莱卡特染料的至少一种。

7、可选地，所述混合溶液中各物质的质量投料比为疏水聚合物100～500份，两亲型表面活性剂100～1000份，极性敏感指示剂1～20份。

8、可选地，所述有机溶剂为含有乙醇、甲苯、甲醇的混合溶液。

9、可选地，所述乙醇、甲苯、甲醇的体积比为1：0.1～10：1～10。

10、可选地，所述疏水聚合物与有机溶剂的固液比为1：0.01～1。

11、可选地，所述真空干燥的温度为20～60℃

12、可选地，所述基板选自塑料或玻璃。

13、根据本申请的再一个方面，提供了一种根据上述制备方法得到气体极性传感膜，所述气体极性传感膜具有微通道。

14、可选地，所述微通道的孔径为0.1～20μm。

15、根据本申请的再一个方面，提供了上述气体极性传感膜在检测vocs气体中的应用。

16、具体的，检测方法如下：室温下，将制备好的传感膜置于气体腔内，在气体测试腔内，腔底放入少量挥发性有机试剂，待薄膜颜色稳定后，记录传感膜的颜色值；

17、所述颜色值为rgb或hsv。

18、在此应用中，利用vocs分子进入基质层所产生的总范德华力对极性敏感指示剂偶极矩的改变，引发传感膜发生颜色变化，实现对vocs气体实现响应。

19、本申请能产生的有益效果包括：

20、1)本申请所提供的制备方法，采用疏水多孔基质材料的低极性降低了背景噪音，避免了基质材料自身极性对指示剂偶极矩的影响。

21、2)本申请所提供的制备方法，利用双亲型表面活性剂在基质材料中造孔，形成微通道，增加vocs气体在基质材料的吸附、扩散及脱附速率，从而实现了对vocs气体的响应及在线监测。

22、3)本申请所提供的气体极性传感膜，具有制备简单、响应速度快、成本低、无需校准、可实现动态监测。

技术特征：

1.一种气体极性传感膜的制备方法，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述疏水聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚氯乙烯、聚丙烯、乙基纤维素、聚偏氟乙烯中的至少一种；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述双亲型表面活性剂选自司盘、吐温、曲拉通、磷酸三丁酯、邻苯二甲酸酯中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述极性敏感指示剂选自布鲁克部花菁、米氏酮、n-甲基-4-氨基-邻苯二甲酰亚胺、铁酞菁、莱卡特染料的至少一种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中各物质的质量投料比为疏水聚合物100～500份，两亲型表面活性剂100～1000份，极性敏感指示剂1～20份。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为含有乙醇、甲苯、甲醇的混合溶液；

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述真空干燥的温度为20～60℃；

8.一种根据权利要求1至7任意一项所述的制备方法得到的气体极性传感膜，其特征在于，所述气体极性传感膜具有微通道。

9.根据权利要求8所述的气体极性传感膜，其特征在于，所述微通道的孔径为0.1～20μm。

10.一种权要求8或9任意一项所述的气体极性传感膜在检测vocs气体中的应用。

技术总结本申请公开了一种气体极性传感膜及其制备方法和应用。所述气体传感膜的制备方法为将含有疏水聚合物、双亲型表面活性剂、极性敏感指示剂和有机溶剂的混合溶液涂覆在基板上，真空干燥，得到所述气体极性传感膜。本申请采用疏水多孔基质材料的低极性降低了背景噪音，避免了基质材料自身极性对指示剂偶极矩的影响，另一方面利用双亲型表面活性剂在基质材料中造孔，形成微通道，增加VOCs气体在基质材料的吸附、扩散及脱附速率，从而实现了对VOCs气体的响应及在线监测。技术研发人员：冯亮,王昱受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/18