[发明专利]一种锡阳极泥提纯并掺杂改性制备CO敏感材料的方法

说明书

本发明公开了一种锡阳极泥提纯并掺杂改性制备CO敏感材料的方法，属于半导体气体传感器与环境监测技术领域。本发明针对电镀锡工艺中的产生的锡阳极泥后引起的企业成本增加、资源浪费严重等问题，对锡阳极泥进行了净化、氧化处理，成功回收了纳米二氧化锡材料。并在此基础上对其进行了氧化钇及氧化铟掺杂制备了一种CO敏感材料。所制备的CO敏感材料对CO表现出很高的响应值，同时所制备材料还具有较好的稳定性及对CO的选择性，能够实现对CO有害气体的有效的监控。本发明在材料制备时成功实现了资源的综合利用，在节约锡资源的同时还降低了企业成本，符合资源节约、环境友好的发展理念，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于金属氧化物半导体气体传感器与环境监测技术领域，具体涉及一种锡阳极泥提纯并掺杂改性制备CO敏感材料的方法。

背景技术

近年来，随着世界工业的快速发展，工业对各种资源的需求量也越来越多，同时，伴随着这种发展所引起的资源浪费，以及环境污染等问题也越来越严重。锡作为全球最稀缺的矿产资源之一，截止2016年，世界锡资源储量仅为470万吨，仅为1999年锡资源储量的50％。按照世界锡资源每年28万吨的用量，目前的锡资源储量仅能够维持未来17年的使用。更严重的是由于锡矿产的较低的储采比，未来锡资源的紧缺将会逐步增加。因此，研究从锡二次资源中绿色回收锡，并将其应用于工业生产对于缓解资源紧缺、减少资源浪费以及减轻环境负担都有着重要意义。

锡阳极泥是在镀锡工艺中产生的一种重要的含锡废料。在电镀锡工艺中，二价锡作为主要的离子参与电镀过程，但是在此过程中，部分二价锡会在阳极被氧化为四价锡，或由于电镀液的飞溅导致二价锡被氧化为四价锡。当溶液中四价锡的含量超所一定范围后，就会以锡阳极泥的形式沉积于电解槽底。因此锡阳极泥的主要成分为二氧化锡，其中含有少量的电解质残留，以及少量脱落的阳极金属锡。锡阳极泥的产生不仅增加了企业成本，还造成了锡资源的浪费。同时，当锡阳极泥沉积量较多时，甚至会影响电镀锡过程的正常进行。因此，研究从锡阳极泥中绿色回收二氧化锡以及金属锡，并将其高附加值的应用将会在大大降低企业成本的同时实现二次资源的综合利用。

CO是一种无色、无味、不溶于水的气体。与空气混合爆炸极限为12.5％～74％。一氧化碳对人体有很大的伤害，人在吸入CO后，CO和人体血液中的血红蛋白结合并产生碳氧血红蛋白，导致体内的各个组织细胞缺氧，严重时会导致死亡。目前室内火灾致死的其中一项原因也是由于一氧化碳中毒。其次，由于煤炭不充分燃烧也会产生一氧化碳，且由于其无色、无味，故在日常生活中很难被及时发现，而存在极大的安全隐患。家中居室通风性较差时煤气和液化气泄漏或矿井中一氧化碳泄漏，对人的生命安全造成很大的威胁。由于一氧化碳在肌肉中的累积效应，即使在停止吸入高浓度的一氧化碳后，在数日之内，人体仍然会感觉到肌肉无力。一氧化碳中毒对大脑皮层的伤害最为严重，常常导致脑组织软化、坏死。因此，在日常生活中对一氧化碳进行准确、快速的实时监测和预警对减少因其造成的危害是至关重要的。

目前，用于CO气体检测的传感器类型主要包括金属氧化物半导体气体传感器、电化学传感器、声表面波气体传感器以及光纤气体传感器。其中，以金属氧化物半导体为敏感材料所制备的催化型传感器因其结构简单、成本低以及良好的一氧化碳检测特性而被广泛应用。其中，二氧化锡是使用最广泛的敏感基体材料之一，由于其具有的优异的物理化学性能，以及半导体特性而被国内外学者广泛研究。目前，纳米SnO₂的制备方法主要包括溶胶凝胶法、水热法以及化学沉淀法。这些方法都存在生产效率低，工艺复杂，产出低不能工业化大批量生产等问题。对纳米SnO₂进行掺杂改性是提高其气敏性能的较有效的方法。目前，对二氧化锡进行的掺杂主要包括贵金属催化剂掺杂及半导体金属氧化物掺杂。作为“工业上的维生素”，稀土金属及其化合物均拥有特殊的光、磁、电等特性，稀土金属及其化合物在医药卫生、轻工、陶瓷、石油化工、玻璃、敏感材料等方面均有较好的应用。目前，国内外研究者们已制备了多结构、多组成、多尺寸的稀土掺杂纳米材料，同时探索其催化机理，并重点研究表观形态、粒径、掺杂量、晶体结构及形貌等因素对其催化活性的影响，并未见制备一氧化碳敏感材料。

发明内容