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快速檢測臭氧并無害化,南開大學(xué)開發(fā)出新檢測系統(tǒng)

儀表新品 2021年02月23日 10:08:57來源: 傳感器專家網(wǎng) 16437
摘要近日,由南開大學(xué)(中國天津)的張振杰領(lǐng)導(dǎo)的團隊開發(fā)出傳感器和排毒器合二為一的系統(tǒng),該系統(tǒng)不僅可以快速,有選擇地指示臭氧的存在。

  【儀表網(wǎng) 儀表新品】近日,由南開大學(xué)(中國天津)的張振杰領(lǐng)導(dǎo)的團隊開發(fā)出傳感器和排毒器合二為一的系統(tǒng),該系統(tǒng)不僅可以快速,有選擇地指示臭氧的存在,而且還可以使氣體無害,在非常潮濕的空氣中能可靠地起作用。
 
  臭氧(O(3))會引起健康問題,例如呼吸困難,肺部損傷和哮喘發(fā)作。而目前基于半導(dǎo)體的檢測臭氧的方法具有多種缺點,包括高功耗,低選擇性以及由于潮濕空氣導(dǎo)致的故障。迄今為止,旨在降低臭氧濃度的技術(shù)主要基于活性炭,化學(xué)吸收或催化降解。
 
  為此,南開大學(xué)研究團隊開發(fā)出一種可以快速檢測并有效去除臭氧的材料——共價有機框架(COF)的材料。COF是具有擴展的多孔晶體結(jié)構(gòu)的二維或三維有機固體。它們的成分通過牢固的共價鍵結(jié)合在一起。通過選擇不同的組件,可以為許多應(yīng)用量身定制COF,終研究人員選擇了易于生產(chǎn)的,由芳環(huán)系統(tǒng)制成的高度結(jié)晶的COF——各個結(jié)構(gòu)單元通過稱為亞胺的連接基團(通過雙鍵與碳原子鍵合的氮原子)結(jié)合。
 
芳環(huán)系統(tǒng)制成的高度結(jié)晶的COF
  亞胺COF通過從黃色到橙紅色的快速顏色變化指示臭氧的存在,這可以用肉眼看到并由分光光度計記錄。與許多其他檢測器不同,亞胺COF在高濕度和寬溫度范圍內(nèi)也非常可靠,靈敏且高效地工作。在水的存在下,水分子將優(yōu)先結(jié)合亞胺基。
 
  因此,研究人員斷言,氫氧根離子(OH(α))被釋放,與臭氧分子發(fā)生反應(yīng)。帶正電的氫原子保持與亞胺基的鍵合,引起顏色變化。如果存在的臭氧量多于水(或充滿臭氧的空氣已完全干燥),則過量的臭氧會與亞胺基結(jié)合并分解。每個亞胺基都會降解兩個臭氧分子。這也會引起顏色變化,晶體結(jié)構(gòu)開始緩慢塌陷。
 
  因此,亞胺COF不僅可以檢測臭氧,還可以可靠而有效地分解有害氣體。這使其比為此目的使用的許多傳統(tǒng)材料更有效。

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