【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所儀器分析化學(xué)研究室微型分析儀器研究組(105組)耿旭輝研究員、李盛紅副研究員團隊與能源與環(huán)境小分子催化研究中心(509組群)鄧德會研究員、崔曉菊副研究員團隊合作，研制出基于“鎧甲”傳感材料的抗硫中毒的便攜式硫化氫(H2S)氣體檢測儀，并將該儀器應(yīng)用于污水處理池和下水道井中H2S氣體，以及深海海水中溶解H2S氣體的原位檢測中。
硫化物作為石油石化、皮革、造紙和食品加工行業(yè)的副產(chǎn)物，廣泛存在于工業(yè)廢水及廢氣中，且最高濃度可達(dá)上萬ppm。硫化物對生物具有強神經(jīng)毒性，長期接觸會引起嚴(yán)重的疾病問題。此外，硫化物具有強堿性，易腐蝕儀器和管道。因此，對廢水及廢氣中的硫化物進行檢測具有重要意義。電化學(xué)傳感器具有高靈敏度及易便攜等優(yōu)勢，是現(xiàn)場原位檢測硫化物的重要手段之一。然而，高濃度硫化物極易導(dǎo)致電化學(xué)傳感器中毒，阻礙了該技術(shù)的實際應(yīng)用。合作團隊前期基于石墨烯封裝鈷鎳納米顆粒(CoNi@NGs)催化材料，研制出抗硫中毒的水中硫離子電化學(xué)傳感器(Sensors and Actuators B: Chemical，2025)，并應(yīng)用于實際水樣包括工業(yè)廢水、池塘水和海水中硫離子的檢測。
本工作中，合作團隊基于CoNi@NGs，并摻雜導(dǎo)電炭黑(CCB)作為傳感材料，研制出抗硫中毒及快速響應(yīng)的H2S氣體電化學(xué)傳感器。該傳感器對100 ppm 的H2S分別間歇檢測60天和連續(xù)檢測200小時后，信號衰減僅為1.3%和9.5%；通過摻雜CCB在工作電極上，構(gòu)建出多孔結(jié)構(gòu)，使響應(yīng)時間和恢復(fù)時間分別縮短了87.9%和77.0%，達(dá)到14秒和24.5秒。針對實際應(yīng)用的挑戰(zhàn)，耿旭輝團隊從儀器抗污染設(shè)計、多參數(shù)實時校準(zhǔn)、自校零技術(shù)等方面進行研究，研制出便攜式H2S氣體檢測儀，將該儀器應(yīng)用于污水處理池和下水道井中H2S氣體的原位檢測，在污水處理池連續(xù)檢測60天后，儀器靈敏度僅衰減1.6%，表現(xiàn)出優(yōu)異的長期穩(wěn)定性。另外，耿旭輝團隊還將該儀器與水氣分離膜集成，應(yīng)用到深海海水中溶解H2S氣體的原位探測中，最大下潛深度達(dá)6003.34米。本工作研制的儀器在現(xiàn)場原位H2S氣體檢測中具有廣闊的應(yīng)用前景。
相關(guān)成果以“Anti-sulfur poisoning and highly sensitive portable detection instrument for monitoring of hydrogen sulfide on-site”為題，發(fā)表在《危險材料雜志》(Journal of Hazardous Materials)上。該工作的共同第一作者為我所105組聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生王文靜、副研究員李盛紅。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等項目的資助。
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