申请日2016.04.21
公开(公告)日2016.09.07
IPC分类号G01N21/78; G01N27/12
摘要
本申请涉及一种带有气体传感功能的污水处理池，该污水处理池外部安装有气致变色气体传感器，所述气致变色气体传感器包括敏感单元、加热单元和数据读取单元;所述加热单元和数据读取单元与敏感单元的氧化钨气敏薄膜连接;所述加热单元作为氧化钨气敏薄膜工作时的加热源;所述敏感单元为中部为中空结构的双层结构;该污水处理池基于WO3纳米材料的气敏性质和气致变色性质，可以实现对气体的可视化检测，反应响应时间短，灵敏度高，并且使用方便，易于操作。
权利要求书
1.一种带有气体传感功能的污水处理池，其特征在于，所述污水处理池外部安装有气致变色气体传感器，所述气致变色气体传感器基于WO3气敏材料和WO3气致变色材料;所述气致变色气体传感器包括敏感单元、加热单元和数据读取单元;所述加热单元和数据读取单元与敏感单元的氧化钨气敏薄膜连接;所述加热单元作为氧化钨气敏薄膜工作时的加热源;数据读取单元处理氧化钨气敏薄膜的电导率变化信号以显示目标气体的浓度值;所述敏感单元为中空结构的双层结构，形成双层结构的A面结构和B面结构相对放置，距离500μm，A面结构和B面结构交接的周边采用胶体密封;所述A面包括石英玻璃基底、叉指电极层和WO3气敏薄膜层，WO3气敏薄膜层为掺杂SnO2的WO3薄膜，可以实现对NO2气体的检测，所述B面包括石英玻璃基底和WO3气致变色层，WO3气致变色层为WO3纳米线薄膜掺杂ZnTPP-2-NO2，利用气致变色原理可以实现对氢气的可视化检测;所述B面结构上还设置有2个用于目标气体透入的透气孔;A面中，所述SnO2的颗粒度小于50nm，所述WO3气敏薄膜层厚度为700nm;B面中，所述WO3纳米线长度约1μm，直径约90nm。
2.制备权利要求1所述的一种带有气体传感功能的污水处理池，其特征在于，其中，所述气致变色气体传感器的敏感单元的制作包括以下步骤：
S1、制备A面结构，包括以下实施步骤：
(1)取一定尺寸(4cm×4cm)的石英玻璃基底，依次经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗20min;
(2)在石英玻璃基底上旋涂一层光刻胶，厚度1μm，在叉指电极掩模版覆盖下曝光6s，然后经过显影50s后用去离子水清洗，采用磁控溅射方法镀一层300nm厚的Cr膜作为叉指电极层，然后去除光刻胶;
(3)将石英玻璃基底放入磁控溅射仪中，抽真空至5×10-4Pa以下，通入Ar和O2的混合气体，调节Ar:O2比例为5:1，工作压强为2.4Pa，在靶材为纯度99.96%的金属W靶磁控溅射28min，靶材为纯度98%的金属锡靶磁控溅射2min，得到掺杂SnO2的WO3薄膜，即WO3气敏薄膜层;
S2、制备B面结构，包括以下实施步骤：
(1)取相同尺寸(4cm×4cm)的石英玻璃基底，依次经过丙酮、乙醇、去离子水、NaOH水溶液、去离子水超声清洗，时间均为20min;
(2)取20g钨酸钠溶于200ml水中，加入过量的浓盐酸得到活性钨酸沉淀，将其过滤，再用去离子水清洗直至检测不到氯离子，然后将活性钨酸沉淀溶于过氧化氢中，制得溶胶，旋涂于石英玻璃基底上，350℃处理1h获得种子层，厚度为20nm;
(3)取钨酸钠粉末4.12g溶于60ml去离子水，用3M HCl溶液调节其pH为2.0，然后加入2.1g(0.3M)硫酸铵作为控制剂，将石英玻璃基底平放在去离子水中，搅拌1小时后，倒入不锈钢水热反应釜中，在烘箱中加热至150℃保持10h，然后取出石英玻璃基底用去离子水清洗;
(4)选用三氯甲烷为溶剂，取3.8g ZnTPP-2-NO2配制成5.0mg/ml的溶液，超声处理20min，使溶液均匀，通过滴胶方式将所制溶液滴涂在石英玻璃基底表面，设定旋涂速度为3400rpm，旋涂时间为70s，最后将石英玻璃基底在真空干燥箱中60℃下干燥12h，得到掺杂ZnTPP-2-NO2的WO3纳米线薄膜，即WO3气致变色层;
S3、组装：将制作完成的A面、B面结构相对放置，距离500μm，A面结构和B面结构交接的周边采用胶体密封，即得所述气致变色气体传感器的敏感单元。
说明书
一种带有气体传感功能的污水处理池
技术领域
本申请涉及污水处理领域，具体涉及一种带有气体传感功能的污水处理池。
背景技术
污水处理时为使污水达到排水某一水体或再次使用的水质要求对其进行净化的过程，污水处理过程一般在污水处理池中完成，目前，污水处理广泛应用于建筑、农业、交通、能源等领域，也越来越走进百姓日常生活。
随着生活垃圾的种类大大增加，生活垃圾越来越多的混进排出污水中，污水处理过程中，有机物等会产生大量有毒有害气体，对污水处理过程中气体监测的重要性要求越来越高。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种带有气体传感功能的污水处理池。
根据本申请实施例的第一方面，提供一种带有气体传感功能的污水处理池，所述污水处理池外部安装有气致变色气体传感器，所述气致变色气体传感器基于WO3气敏材料和WO3气致变色材料;所述气致变色气体传感器包括敏感单元、加热单元和数据读取单元;所述加热单元和数据读取单元与敏感单元的氧化钨气敏薄膜连接;所述加热单元作为氧化钨气敏薄膜工作时的加热源;数据读取单元处理氧化钨气敏薄膜的电导率变化信号以显示目标气体的浓度值;所述敏感单元为中空结构的双层结构，形成双层结构的A面结构和B面结构相对放置，距离500μm，A面结构和B面结构交接的周边采用胶体密封;所述A面包括石英玻璃基底、叉指电极层和WO3气敏薄膜层，WO3气敏薄膜层为掺杂SnO2的WO3薄膜，可以实现对NO2气体的检测，所述B面包括石英玻璃基底和WO3气致变色层，WO3气致变色层为WO3纳米线薄膜掺杂ZnTPP-2-NO2，利用气致变色原理可以实现对氢气的可视化检测;所述B面结构上还设置有2个用于目标气体透入的透气孔。A面中，所述SnO2的颗粒度小于50nm，所述WO3气敏薄膜层厚度为700nm;B面中，所述WO3纳米线长度约1μm，直径约90nm。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种带有气体传感功能的污水处理池的制备方法，优选地，所述气致变色气体传感器的敏感单元的制作包括以下步骤：
S1、制备A面结构，包括以下实施步骤：(1)取一定尺寸(4cm×4cm)的石英玻璃基底，依次经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗20min;(2)在石英玻璃基底上旋涂一层光刻胶，厚度1μm，在叉指电极掩模版覆盖下曝光6s，然后经过显影50s后用去离子水清洗，采用磁控溅射方法镀一层300nm厚的Cr膜作为叉指电极层，然后去除光刻胶;(3)将石英玻璃基底放入磁控溅射仪中，抽真空至5×10-4Pa以下，通入Ar和O2的混合气体，调节Ar:O2比例为5:1，工作压强为2.4Pa，在靶材为纯度99.96%的金属W靶磁控溅射28min，靶材为纯度98%的金属锡靶磁控溅射2min，得到掺杂SnO2的WO3薄膜，即WO3气敏薄膜层;
S2、制备B面结构，包括以下实施步骤：(1)取相同尺寸(4cm×4cm)的石英玻璃基底，依次经过丙酮、乙醇、去离子水、NaOH水溶液、去离子水超声清洗，时间均为20min;(2)取20g钨酸钠溶于200ml水中，加入过量的浓盐酸得到活性钨酸沉淀，将其过滤，再用去离子水清洗直至检测不到氯离子，然后将活性钨酸沉淀溶于过氧化氢中，制得溶胶，旋涂于石英玻璃基底上，350℃处理1h获得种子层，厚度为20nm;(3)取钨酸钠粉末4.12g溶于60ml去离子水，用3M HCl溶液调节其pH为2.0，然后加入2.1g(0.3M)硫酸铵作为控制剂，将石英玻璃基底平放在去离子水中，搅拌1小时后，倒入不锈钢水热反应釜中，在烘箱中加热至150℃保持10h，然后取出石英玻璃基底用去离子水清洗;(4)选用三氯甲烷为溶剂，取3.8g ZnTPP-2-NO2配制成5.0mg/ml的溶液，超声处理20min，使溶液均匀，通过滴胶方式将所制溶液滴涂在石英玻璃基底表面，设定旋涂速度为3400rpm，旋涂时间为70s，最后将石英玻璃基底在真空干燥箱中60℃下干燥12h，得到掺杂ZnTPP-2-NO2的WO3纳米线薄膜，即WO3气致变色层;
S3、组装：将制作完成的A面、B面结构相对放置，距离500μm，A面结构和B面结构交接的周边采用胶体密封，即得所述气致变色气体传感器的敏感单元。
本申请的实施例提供的技术方案包括以下有益效果：
1.结构方面，创造性的采用双层膜结构，结合了氧化钨材料的气敏特性和气致变色特性，增大了器件的应用范围;
2.氧化钨气敏薄膜基于薄膜型电阻传感器，薄膜通过磁控溅射方法制作，制作过程中通过控制氧分压与掺杂氧化锡，使得薄膜对NO2的选择性与灵敏度均大大提高;
3.氧化钨气致变色薄膜为氧化钨纳米线掺杂四苯基卟啉锌衍生物(ZnTPP-2-NO2)材料，该掺杂材料作为催化剂，大大提高了氧化钨纳米线对H2的反应活性，提高了灵敏度，并且实现了对氢气的“可视嗅觉”测量。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。