基于锌-铝型水滑石的溶解CO₂探测电极及其制备方法

专利名称：基于锌-铝型水滑石的溶解CO₂探测电极及其制备方法
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C02含量的电极 及其制备方法。
背景技术：
水体中总溶解C02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C02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C02挥发。间接计算虽然在一定 程度上弥补了 C02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C02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C02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，提供一种基于锌一铝型水滑石的溶解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一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毫克锌一铝型水滑石，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/IrOx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。C温度下烘干，冷却至室温后，即制得本发明基于锌一铝型水 滑石的溶解二氧化碳探测电极。其中，锌一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°C 的烘箱中烘干12~24小时，即制得锌—铝型水滑石。进一步地，表面活性剂是硅垸偶联剂，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 二甲基硅氧垸，其化学结构通式为一[(CH3)f Sh 0]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C02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C02挥发造成的影响。


图1是本发明基于锌一铝型水滑石的溶解C02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，本发明基于锌一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。离子选择性膜釆用锌—铝型水滑石作为阴 离子载体，锌一铝型水滑石采用共沉淀法制备，锌一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/IrOx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°C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。所用的表面活性剂是硅垸偶联剂，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，它能改变水滑石衍生物的表面性质， 使其亲水性表面转变成疏水性。成膜剂是聚二甲基硅氧烷，其化学结构通式为 _[(CH3)2'SLO]n—。溶剂可选用丙酮或氯仿。为使阴离子载体在母液中分散均 匀，需对其进行超声处理。配制好的母液为乳白色悬混液，应尽快使用，不可 久置。下面根据附图和实施例详细说明本发明，本发明的目的和效果将变得更加 明显。如图1所示，本发明基于锌一铝型水滑石的溶解二氧化碳探测电极包括 Ir/IrOx电极1和离子选择性膜2，其中，Ir/IrOx电极1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2。以锌一铝型水滑石为主要成分的离子选择性膜2的化学结构通式为 [Zni_xAlx(OH)2]x+[HC03-],mH20。本发明基于锌一铝型水滑石的溶解二氧化碳探测电极的制作步骤如下1、 称取100-500毫克锌一铝型水滑石，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lr/IrOx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。C温度下烘干，冷却至室温后，即制得本发明基于锌一铝型 水滑石的溶解二氧化碳探测电极。其中，锌一铝型水滑石按以下步骤制备而成-1、 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；2、 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；3、 在强烈搅拌的同时，将步骤(2)配制的溶液迅速倒入步骤(1)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°C 的烘箱中烘干12 24小时，即制得锌一铝型水滑石。表面活性剂是硅垸偶联剂，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；所说的溶剂是丙酮或氯仿；所说的成膜剂是 聚二甲基硅氧烷，其化学结构通式为一[(CH3)y Sh 0]n—。使用时，将探测溶解C02含量的电极作为工作电极，另用一根Ag/AgCl电 极，或者是市售甘汞电极作为参比电极，将工作电极与参比电极的探测端同时 插入待测液中，把工作电极与参比电极的另一端分别接在毫伏计的正负极上， 将二者之间的电位差与标准曲线对比，即可得出溶液中总溶解C02的含量。实施例11. 制备锌一铝型水滑石，步骤如下(1) 将7克九水硝酸铝和12克六水硝酸锌溶于200毫升去离子水中，配 成硝酸铝和硝酸锌的混合盐溶液；(2) 将7克的氢氧化钠和13克的碳酸钠依次溶于200毫升的水中，配成 氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液；(3) 在强烈搅拌的同时分别将步骤(2)混合好的溶液迅速倒入步骤(1) 混合的溶液中，持续搅拌30分钟；在室温下晶化5天，洗净离心后，置于50。C 的烘箱中烘干12小时后备用；2. 制作探测水体中溶解C02含量的电极，步骤如下(1) 称取100毫克锌一铝型水滑石，在玛瑙研钵中研磨至300目，加入0.2 毫升表面活性剂，l毫升溶剂，搅拌均匀后用超声波处理3分钟，得悬浊液；(2) 在悬浊液中加入0.02毫升成膜剂，搅拌均匀后用超声波处理3分钟， 得到混合均匀的悬浊液，置于密闭容器中待用。(3) 用Ir/IrOx电极一端0.5厘米的长度蘸取步骤(2)制备好的混合均匀的 悬浊液，在80。C温度下烘干，冷却至室温后即可。实施例21.制备锌一铝型水滑石，步骤如下1) 将15克九水硝酸铝和24克六水硝酸锌溶于400毫升去离子水中，配成 硝酸铝和硝酸锌的混合盐溶液；2) 将14克的氢氧化钠和27克的碳酸钠依次溶于400毫升的水中，配成氢 氧化钠和碳酸钠的混合溶液；3) 在强烈搅拌的同时，将步骤(2)混合好的溶液迅速倒入步骤(1)混合 的溶液中，持续搅拌45分钟；在室温下晶化7天，洗净离心后，置于80。C的 烘箱中烘干24小时后备用；2.制作探测水体中溶解C02含量的电极，步骤如下
(1) 称取500毫克锌一铝型水滑石，在玛瑙研钵中研磨至500目，加入l 毫升表面活性剂，5毫升溶剂，搅拌均匀后用超声波处理5分钟，得悬浊液；
(2) 在悬浊液中加入0.1毫升成膜剂，搅拌均匀后用超声波处理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/IrOx电极一端2.0厘米的长度蘸取步骤(2)制备好的悬浊液，在 100。C温度下烘干，冷却至室温后即可。
实施例3
水体中溶解C02含量探测电极的使用方法如下
将溶解C02含量的电极作为工作电极，另用一根Ag/AgCl电极作为参比电 极，将工作电极与参比电极的探测端同时插入待测液中，将工作电极与参比电 极的另一端分别接在毫伏计的正负极上，将二者之间的电位差与标准曲线对比， 即可得出溶液中总溶解C02含量。
实施例4
水体中溶解C02含量探测电极的使用方法如下
将溶解C02含量的电极作为工作电极，另用一根市售甘汞电极作为参比电 极，将工作电极与参比电极的探测端同时插入待测液中，将工作电极与参比电 极的另一端分别接在毫伏计的正负极上，将二者之间的电位差与标准曲线对比， 即可得出溶液中总溶解C02含量。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的 精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发 明的保护范围。
权利要求
1. 一种基于锌—铝型水滑石的溶解二氧化碳探测电极，其特征在于，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。
2. —种权利要求l所述探测电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤(1) 称取100 500毫克锌一铝型水滑石，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/IrOx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。C温度下烘干，冷却至室温后，即制得本发明基于锌一铝型水 滑石的溶解二氧化碳探测电极。
3. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述锌一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°C 的烘箱中烘干12 24小时，即制得锌一铝型水滑石。
4. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，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。
5. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，溶剂是 丙酮或氯仿。
6. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，成膜剂 是聚二甲基硅氧垸，其化学结构通式为一[(CH3)2' Si' 0]n—。
全文摘要
本发明公开了一种基于锌—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，对碳酸根、碳酸氢根敏感的离子选择性膜包覆在Ir/IrOx电极上；使用时可将Ag/AgCl电极作为参比电极，与溶解二氧化碳探测电极构成探测电极对。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。
文档编号G01N27/333GK101532981SQ20091009763
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月13日 优先权日2009年4月13日
发明者瑛 叶, 潘依雯, 鹰 陈, 韩沉花 申请人:浙江大学