一种快速检测低浓度甲醛的试纸及其制备方法

本发明涉及功能材料，尤其涉及一种快速检测低浓度甲醛的试纸及其制备方法。

背景技术：

1、甲醛是一种活性羰基化合物，被广泛应用于各种工业生产过程中，如涂料、壁纸、木地板、化妆品以及纺织品的制造。甲醛作为一类致癌物，长时间接触会导致许多疾病，包括阿尔茨海默症、心脏病和癌症等。随着人们对室内甲醛浓度的检测越来越重视，甲醛的检测方法也获得了研究人员们的广泛关注。传统的检测方法如气相色谱法、高效液相色谱法、电化学法等虽然提供了精确和超灵敏的分析能力，但这些检测手段需要依赖于大型昂贵的设备以及专业人员的分析和操作，而且检测时间较长，因此不适用于甲醛的即时即地分析。

2、为了克服这些限制，便携式快速响应的比色传感器引起了研究人员的广泛关注。研究开发出一种质轻便于携带且具有良好的机械强度，可以满足待测物即时即地分析要求的比色传感器至关重要。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种快速检测低浓度甲醛的试纸及其制备方法。本发明所述快速检测低浓度甲醛的试纸应用于甲醛检测时，最低检测限可达到0.02mg/m3，灵敏度较高。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明提供了一种n-乙烯基甲酰胺-丙烯腈聚合物在甲醛检测中的应用。本发明首次提出n-乙烯基甲酰胺-丙烯腈聚合物可应用于甲醛检测。

4、本发明还提供了一种快速检测低浓度甲醛的试纸，由n-乙烯基甲酰胺-丙烯腈聚合物与纸浆混合后除去溶剂制备得到，或由n-乙烯基甲酰胺-丙烯腈聚合物负载在空白试纸条表面制备得到。

5、本发明首次通过浆内添加的方法，使n-乙烯基甲酰胺-丙烯腈聚合物与纸材料结合并用于甲醛的检测。并且，所述试纸的最低检测限可达到0.02mg/m3，灵敏度较高。

6、本发明优选的，所述纸浆由原纸分散于有机溶剂得到。

7、优选的，所述原纸和有机溶剂的重量比为(0.5～1)：50。

8、优选的，所述有机溶剂选自n,n-二甲基乙酰胺。

9、优选的，所述n-乙烯基甲酰胺-丙烯腈聚合物与纸浆中的原纸的重量比为(1～5)：10；更优选为(2～3)：10。在本发明的一些具体实施例中，所述n-乙烯基甲酰胺-丙烯腈聚合物与纸浆中的原纸的重量比为(1～3):7.5。

10、优选的，所述n-乙烯基甲酰胺-丙烯腈聚合物在空白试纸条表面的负载量为0.1～0.3g；更优选为0.1～0.2g。

11、本发明首次将上述得到的n-乙烯基甲酰胺-丙烯腈聚合物添加于纸浆中用于制备甲醛检测试纸。其中，聚合物与纸浆中原纸的重量比为上述范围时具有更好的检测效果。

12、上述将n-乙烯基甲酰胺-丙烯腈聚合物负载在空白试纸条表面上的方法具体可以为：将n-乙烯基甲酰胺-丙烯腈聚合物分散于有机溶剂后，喷涂至空白试纸条表面，再除去溶剂，得到快速检测低浓度甲醛的试纸。也可以为通过浸涂的方式负载得到所述的快速检测低浓度甲醛的试纸。。

13、优选的，所述有机溶剂选自n,n-二甲基乙酰胺。

14、本发明还提供了一种快速检测低浓度甲醛的试纸的制备方法，包括以下步骤：

15、将n-乙烯基甲酰胺-丙烯腈聚合物与纸浆均匀混合后，除去溶剂得到快速检测低浓度甲醛的试纸，或将n-乙烯基甲酰胺-丙烯腈聚合物负载在空白试纸条表面得到快速检测低浓度甲醛的试纸。

16、本发明优选的，所述n-乙烯基甲酰胺-丙烯腈聚合物由n-乙烯基甲酰胺和丙烯腈单体反应得到的共聚物经酸性水解制备得到。

17、优选的，所述n-乙烯基甲酰胺和丙烯腈单体的摩尔比为(1～4):1。

18、本发明对上述除去溶剂的方法并无特殊限定，可以为真空烘干、抽滤后加热烘干等本领域技术人员熟知的方法。

19、本发明在制备n-乙烯基甲酰胺-丙烯腈共聚物时，聚合反应的交联剂选自二乙烯基苯或n,n-二甲基双丙烯酰胺；分散剂选自聚-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠；引发剂选自偶氮二异丁脒盐酸盐或偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐；溶剂选自水或乙酸乙酯。

20、上述聚合反应采用梯度升温过程。所述梯度升温过程为：先在室温下，反应1～5h；然后在50℃下，反应1～10h；最后在60℃下，反应10～30h。通过程序升温使得反应产物的均一性和稳定性更好。

21、通过对上述制备得到的n-乙烯基甲酰胺-丙烯腈共聚物进行酸性水解，得到n-乙烯基甲酰胺-丙烯腈聚合物，并将其用于甲醛检测试纸的制备。

22、本发明通过酸性水解将上述共聚物的酰胺键断开并产生伯胺基团，使得含有伯胺基团的n-乙烯基甲酰胺-丙烯腈聚合物用于后续对甲醛的吸附。

23、本发明优选的，所述酸性水解在盐酸或硫酸的酸性环境下进行；

24、优选的，所述酸性水解的温度为60℃～80℃。

25、上述酸性水解的时间对n-乙烯基甲酰胺-丙烯腈聚合物的生成存在一定影响，随着水解时间的延长，产生的伯胺基团的数目呈先增加后平稳的变化趋势。这是因为酰胺基团在酸解作用下发生断裂生成伯胺基团的速度很快，酸解初期即可实现大部分伯胺基团的生成。

26、优选的，所述酸性水解的时间为1～10h；更优选为2～8h。在本发明的一些具体实施例中，所述酸性水解的时间为2h、4h、6h、8h。

27、本发明还提供了一种甲醛定性检测的方法，将上述快速检测低浓度甲醛的试纸或上述制备方法制备的快速检测低浓度甲醛的试纸与待测气体接触，在试纸表面滴加ph指示剂，通过试纸的颜色变化判断所述待测气体是否含有甲醛。

28、优选的，所述快速检测低浓度甲醛的试纸与待测气体接触后放置2～10min后再滴加ph指示剂从而判断所述待测气体是否含有甲醛。

29、优选的，所述ph指示剂选自甲基红指示剂。

30、上述甲醛定性检测的方法具体可以为：将本发明所述试纸与甲醛含量低至0.02mg/m3的待测气体接触，在试纸表面滴加甲基红指示剂，肉眼可见观察到试纸的颜色由粉红色变为棕色，这说明所述试纸的灵敏度很高，可用于甲醛的定性检测。

31、本发明还提供了一种甲醛定量检测的方法，将上述快速检测低浓度甲醛的试纸或上述制备方法制备的快速检测低浓度甲醛的试纸与不同甲醛含量的气体接触，通过滴加ph指示剂后试纸颜色随甲醛浓度的变化绘制出甲醛浓度与试纸颜色强度差值的标准曲线，再将所述试纸与待测气体接触，根据颜色变化得出待测气体中甲醛含量实现甲醛的定量检测。

32、优选的，所述快速检测低浓度甲醛的试纸与不同甲醛含量的气体接触后放置2～10min后再滴加ph指示剂。

33、优选的，所述定量检测的区间为0.5～5mg/m3。

34、上述甲醛定量检测的方法具体可以为：将本发明所述的试纸与不同甲醛含量(0～5mg/m3)的气体接触，根据试纸颜色随甲醛含量的变化发现，随甲醛含量增加，试纸的颜色呈现粉红色(0mg/m3)到棕色(0.02mg/m3)再到黄色并黄色逐渐加深(0.5～5mg/m3)的变化。然后，利用image j软件统计接触甲醛前后试纸颜色变化的强度差值，发现随甲醛含量的增加，试纸前后的颜色强度差值也逐渐加强，且在0.5～5mg/m3区间颜色差强度呈线性增加，r2可达0.992，说明其可以实现此浓度范围内甲醛的定量检测。

35、本发明所述的快速检测低浓度甲醛的试纸根据与甲醛反应后生成的产物ph值的变化实现甲醛的检测，所述反应无需任何苛刻的反应条件，室温下即可迅速发生。这对解决甲醛的便捷式检测意义重大。

36、本发明通过分散聚合制备了具有树莓状形貌、粒径在600～700nm左右的n-乙烯基甲酰胺-丙烯腈聚合物，将该聚合物作为功能助剂添加到纸浆中，通过抽滤法制备得到含有n-乙烯基甲酰胺-丙烯腈聚合物的纸材料，从而实现低浓度甲醛的快速检测，凡是浓度高于0.02mg/m3的甲醛均可以使试纸出现明显的颜色变化，从而实现甲醛的灵敏检测。

37、与现有技术相比，本发明提供的快速检测低浓度甲醛的试纸及其制备方法，首次提出了n-乙烯基甲酰胺-丙烯腈聚合物在甲醛检测中的应用。本发明所述的快速检测低浓度甲醛的试纸，由n-乙烯基甲酰胺-丙烯腈聚合物与纸浆混合后除去溶剂制备得到，或由n-乙烯基甲酰胺-丙烯腈聚合物负载在空白试纸条表面制备得到。所述试纸的最低检测限可达到0.02mg/m3，灵敏度较高，并且检测条件简单，实现了甲醛的便携式快速检测。