[发明专利]基于锌-铝型水滑石的溶解CO2探测电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器，尤其涉及一种探测水体中总溶解CO₂含量的电极及其制备方法。

背景技术

水体中总溶解CO₂含量是进行环境评价的重要参数，对于认识水中生物和微生物的活动，以及水圈与大气圈之间的碳循环有重要意义。目前海水中溶解CO₂的含量通常是根据水体的pH值与碱度等参数计算得到，因为实验室中的分析方法大都难以克服采样过程压力变化造成的CO₂挥发。间接计算虽然在一定程度上弥补了CO₂挥发带来的问题，但其影响依然存在。因此，客观上需要一种能对天然水体中溶解CO₂含量进行原位探测的传感器，本发明针对这一需求提出了所需的探测水体中CO₂含量的电极。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于锌—铝型水滑石的溶解CO₂探测电极及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于锌—铝型水滑石的溶解二氧化碳探测电极，它包括Ir/IrOx电极和离子选择性膜，所述离子选择性膜包覆在Ir/IrOx电极上。

一种上述探测电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取100～500毫克锌—铝型水滑石，在玛瑙研钵中研磨至至少300目，加入0.2～1毫升表面活性剂，1～5毫升溶剂，搅拌均匀后用超声波处理3～5分钟，得悬浊液；

(2)在步骤(1)制备的悬浊液中加入0.02～0.1毫升成膜剂，搅拌均匀后用超声波处理3～5分钟，得到混合均匀的悬浊液，置于密闭容器中待用；

(3)用Ir/IrO_x电极一端0.5～2.0厘米的长度蘸取步骤(2)制备的混合均匀的悬浊液，在80～100℃温度下烘干，冷却至室温后，即制得本发明基于锌—铝型水滑石的溶解二氧化碳探测电极。

其中，锌—铝型水滑石按以下步骤制备而成：

(A)将7～15克九水硝酸铝和12～24克六水硝酸锌溶于200～400毫升去离子水中，配制成硝酸铝和硝酸锌的混合盐溶液；

(B)将7～14克的氢氧化钠和13～27克的碳酸钠依次溶于200～400毫升的水中，配制成氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液；

(C)在强烈搅拌的同时，将步骤(B)配制的溶液迅速倒入步骤(A)配制的溶液中，持续搅拌30～45分钟；在室温下晶化5～7天，洗净离心后，置于50～80℃的烘箱中烘干12～24小时，即制得锌—铝型水滑石。

进一步地，表面活性剂是硅烷偶联剂，其化学结构通式为R(CH₂)_nSiX₃，R是亲脂性有机功能团，X为卤素或有机酸根；溶剂是丙酮或氯仿；成膜剂是聚二甲基硅氧烷，其化学结构通式为—[(CH₃)₂·Si·O]_n—。

本发明的有益效果是，本发明的探测电极体积小，具有很高的机械强度和韧性，在宽广的温度、压力条件下具有良好的工作性能。因此适用于对天然水体和化学、化工水介质中的CO₂含量进行在线探测和长期监测。与传统的采样分析相比，即减轻了工作强度，提高了数据的实时性，同时避免了采样过程中因CO₂挥发造成的影响。

附图说明

图1是本发明基于锌—铝型水滑石的溶解CO₂探测电极的结构示意图；

图中：1、Ir/IrOx电极，2、离子选择性膜。

具体实施方式

如图1所示，本发明基于锌—铝型水滑石的溶解二氧化碳探测电极包括Ir/IrOx电极和离子选择性膜，其中，Ir/IrOx电极是基材，其上包覆有对碳酸根、碳酸氢根离子敏感的离子选择性膜。离子选择性膜采用锌—铝型水滑石作为阴离子载体，锌—铝型水滑石采用共沉淀法制备，锌—铝型水滑石在玛瑙研钵中研磨至至少300目，加入表面活性剂和溶剂，充分搅拌并用超声波处理3～5分钟，再加入成膜剂，搅拌均匀并用超声波处理3～5分钟，得到混合均匀的悬浊液，置于密闭容器中待用。用Ir/IrO_x电极1一端0.5～2.0厘米的长度蘸取制备好的悬浊液，在60～80℃温度下烘干，冷却至室温即可。本发明的探测电极在使用前应在蒸馏水中浸泡8～12小时。长期不用时应干燥保存。