[发明专利]基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料、光催化材料、环境分析和传感技术领域，具体是涉及一种基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置及检测方法。

背景技术

有机物污染已经成为近代社会一项重要污染源之一，这其中既包括水体有机物污染和气相有机物污染。水体有机物污染有各种农药厂、化肥厂及其他化工厂所排放的废水中含有大量的有机污染物，气相有机物污染有冰箱中果蔬及肉类腐烂产生的异味、汽车及家居装饰产生的甲醛污染以及众多化工企业废弃排放产生的有机物污染物。

水体有机物污染物具有国家标准规定的检测方法，即高锰酸钾和重铬酸钾氧化法检测水体化学需氧量（COD），并且也有大量的研究人员将电催化、光催化等反应体系引入水体有机污染物的快速检测领域。譬如中国发明专利（02111970.8）“纳米COD传感器、制备及其用途”公开了一种以PbO₂修饰电极作为工作电极，通过电催化氧化的方式测定COD。上海交通大学周保学研究组（中国发明专利200510026210.9“光电催化测定化学需氧量的方法”）采用TiO₂纳米阵列做工作电极，实现水体有机物COD的光电化学检测。

目前还没有专门针对气相有机物浓度检测的方法和设备，大多数采用电子狗或气相色谱对气相成分做定性和定量分析，这些方法设备复杂、价格昂贵，不适合在冰箱、汽车和家居环境下的实时检测。

纳米TiO₂是一类特殊的半导体材料，紫外光照射下能够产生大量的光生电子-空穴对，其中光生空穴具有很强的氧化能力，能够直接催化氧化大多数的有机物，因而在光催化降解有机物、光解水、太阳能染料电池等领域具有广阔的应用前景。本课题组（中国发明专利201210336420.8“循环式水体化学需氧量检测的光电化学传感器”）采用电化学的方法，分离光生电子-空穴对，建立光电流与水体有机物浓度（空穴的催化氧化速度）的线性关系，进行水体有机物浓度的检测。基于此，我们利用TiO₂纳米材料的光催化性能，设计一种基于电位法和电流法的气相有机物检测方法。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之一是提供一种基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置，该检测装置通过实时采集光催化降解气相中有机物过程中TiO₂膜的电位或电流变化数据，从而实现气相有机物浓度的定量检测。

为了实现上述目的，采用的技术方案为：一种基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置，包括有：

紫外光源；

基于导电金属基体的纳米TiO₂膜，置于所述紫外光源的光路上并用于负载待测气相有机物；

信号采集系统，用于采集光催化降解该待测气相有机物的过程中纳米TiO₂膜与导电金属基体之间的电位或电流变化数据，以检测该待测气相有机物的浓度。

进一步的，所述紫外光源为光功率可连续调节式紫外光源设备，优选LED紫外光源或氙灯光源，且紫外光源的光功率为5～1500mW/cm²，波长为200～400nm。

优选的，所述导电金属基体为Pt、Au、Ag、Cu或Ti，且所述基于导电金属基体的纳米TiO₂膜是通过气相沉积法、溶胶凝胶法、水解沉淀法、水热法或阳极氧化法制备的。

进一步优选的，所述基于导电金属基体的纳米TiO₂膜是通过阳极氧化法制备的，导电金属基体为Ti且纳米TiO₂膜为TiO₂纳米管阵列膜，制备工艺为：以高纯Ti片为阳极，石墨为阴极，电解液为含0.3mol/L HF的乙二醇溶液，阳极电压为100V，阳极氧化时间为10h；阳极氧化完成后，TiO₂/Ti纳米管阵列膜在超声波中震荡1min去除表面破碎的纳米管，经高纯水中清洗5min，40℃恒温箱中保温5h干燥，阳极氧化的TiO₂纳米管阵列在马弗炉中热处理晶化，热处理温度为500℃，时间为2h。