一种基于改性硅氧烷膜的挥发性有机物气体监测系统

技术领域

本发明涉及大气环境监测技术领域，具体指一种基于改性硅氧烷膜，通过改变硅氧烷端基，选择性透过不同性质的挥发性有机物，通过切换不同改性膜，实现对环境空气中挥发性有机物气体选择性监测系统。

背景技术

近年来，随着经济社会的发展，大气污染问题日益明显。作为大气污染问题首要的来源之一，挥发性有机物(VOCs)的污染排放也愈发受到政府和人们的关注。随着大气污染监测工作的逐步开展和重视，挥发性有机化合物监测技术发展十分迅速。

目前的手持式光离子化检测器(PID)气体传感器只能测得VOCs的总量，无法区分所测物质的种类，无法实现物质的选择性监测，且测量受环境湿度影响较大。气相色谱-氢离子火焰离子化检测器(GC-FID)或气相色谱-质谱仪(GC-MS)监测VOCs时可以区分物质种类，但无法实现选择性监测，多个VOCs之间可能发生相互干扰，并且测量也受环境湿度影响。

基于硅氧烷材料可用作气体选择性透过膜，通过调节端基类型，可以调控膜的选择透过性。

因此，可以基于改性硅氧烷膜，开发一种挥发性有机物选择性监测方法，避免水对环境空气VOCs监测的影响，并实现对个别VOCs的选择性监测，以满足环境监测、环境执法的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺失和不足，提出一种基于改性硅氧烷膜的挥发性有机物气体监测方法，通过该方法可使得各型挥发性有机物监测系统实现对部分VOCs的选择性监测，并避免水和其他环境空气中的挥发性有机物对监测仪器的影响，并提出一种基于上述方法的挥发性有机物气体监测仪。

本发明的技术方案如下：

本发明提出一种基于改性硅氧烷膜的挥发性有机物气体监测系统，是在挥发性有机物监测系统的采样单元设置气体选择性透过膜，其中，包括采样单元和检测单元。当环境空气通过进气口到达气体选择性透过膜，其中的VOCs选择性地透过该膜，经过挥发性有机物监测系统采样单元，到达挥发性有机物监测系统检测单元，最终获得待测挥发性有机物的浓度。

所述气体选择性透过膜包括三层结构，沿气体透过方向依次为分离层、支撑层、基底层。所述分离层基于改性硅氧烷材料，通过使用不同的改性硅氧烷材料，实现不同类别VOCs的选择性透过。

进一步，所述气体选择性透过膜包括三层结构，沿气体透过方向依次为分离层、支撑层、基底层。所述分离层基于改性硅氧烷材料，通过使用不同的改性硅氧烷材料，实现不同类别VOCs的选择性透过。所述挥发性有机物监测系统包括采样单元和检测单元。当环境空气通过进气口到达气体选择性透过膜，其中的VOCs选择性地透过该膜，经过挥发性有机物监测系统采样单元，到达挥发性有机物监测系统检测单元，最终获得待测挥发性有机物的浓度。

本发明一种基于改性硅氧烷膜的挥发性有机物气体监测系统的使用流程，包括如下步骤：

(一)根据检测目的选择使用的气体选择性透过膜，将气体选择性透过膜安装至一种基于改性硅氧烷膜的挥发性有机物气体监测系统；

(二)随后接通监测系统电源，调节相关参数，使系统达到工作状态；

(三)利用空气及一定浓度的挥发性有机物标准气体对系统进行校准；

(四)校准完成后采集气体，将待测气体经进气口进入监测系统；

(五)待测气体在采样单元进行富集、分离或两者的组合后，进入检测单元进行分析测定；

(六)获得并读取待测气体VOCs浓度。

本发明实现环境空气挥发性有机物的选择性监测，并通过使用不同的改性硅氧烷材料，实现不同类别VOCs的选择性透过，可以有效克服现有监测仪器选择性不高和更换监测目标物种成本较高的缺点。

本发明中，检测单元可为但不限于光离子化检测器、氢火焰离子化检测器、电子俘获检测器、单光子电离源-质谱检测器、电子轰击-质谱检测器、离子转移反应-质谱检测器。本实施例采用光离子化检测器。

应用场景，除了环境空气监测，还包括污染源气体监测，气体富集，气体净化，气体回收，有毒气体报警。

附图说明

图1为本发明的挥发性有机物气体监测系统结构的示意图；

图2为本发明实施例气体选择性透过膜的结构示意图；

图3为本发明实施例使用流程框图。

图中，1-进气口；

2-气体选择性透过膜；2-1-分离层；2-2-支撑层；2-3-基底层；

3-采样单元；

4-检测单元；

5-出气口；

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

一种基于改性硅氧烷膜的挥发性有机物气体监测系统(如附图1所示)，依次由进气口1、气体选择性透过膜2、采样单元3、检测单元4、出气口5，经管路连接组成。

实施例，环境空气由进气口1到达气体选择性透过膜2表面，基于分离层2-1不同的改性硅氧烷材料，环境空气中的VOCs选择性透过气体选择性膜的分离层2-1，进入挥发性有机物监测系统采样单元3，经收集、进样后，到达挥发性有机物监测系统检测单元4，获得待测VOCs的浓度，气体在检测后经出气口5排出。

所述气体选择性透过膜2由分离层2-1、支撑层2-2、基底层2-3组成(如附图2所示)

所述采样单元3为一富集管或者再进一步分离各种气体的，具有各类吸附填料的富集管或各类型号的气相色谱柱或它们的组合。

进一步，所述2-1分离层由改性硅氧烷材料组成。

本发明中，检测单元4可为但不限于光离子化检测器、氢火焰离子化检测器、电子俘获检测器、单光子电离源-质谱检测器、电子轰击-质谱检测器、离子转移反应-质谱检测器。本实施例采用光离子化检测器。

本发明中，气体选择性薄膜的分离层材料可为各种可以对气体选择性透过的改性硅氧烷材料，包括但不限于硅烷侧链或端基基团含有氨基、环氧基、聚醚、羧基、醇羟基、酚羟基、巯基、等有机基团及其组合的改性硅氧烷材料，例如聚二甲基硅氧烷、环甲基硅氧烷、氨基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、聚醚聚硅氧烷等。

本发明中，气体选择性膜的支撑层材料可为但不限于聚砜膜(polysulfone，PSF)、聚醚砜膜(polyethersulfone，PES)、聚偏氟乙烯膜(polyvilidine fluoride，PVDF)、聚醚酰亚胺膜(polyetherimide，PEI)、醋酸纤维素膜(cellulose acetate，CA)等。

本发明中，气体选择性膜基底层材料可为但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)无纺布等。

本发明一种基于改性硅氧烷膜的挥发性有机物气体监测系统的使用流程，包括如下步骤：

A.根据检测目的选择使用的气体选择性透过膜2，将气体选择性透过膜2安装至权利要求1所述的一种基于改性硅氧烷膜的挥发性有机物气体监测系统；

B.随后接通监测系统电源，调节相关参数，使系统达到工作状态；

C.利用空气及一定浓度的挥发性有机物标准气体对系统进行校准；

D.校准完成后采集气体，将待测气体经进气口1进入监测系统；

E.待测气体在采样单元3进行富集、分离或两者的组合后，进入检测单元4进行分析测定；

F.获得并读取待测气体VOCs浓度。

综上所述，本发明实现环境空气挥发性有机物的选择性监测，并通过使用不同的改性硅氧烷材料，实现不同类别VOCs的选择性透过，可以有效克服现有监测系统选择性不高和更换监测目标物种成本较高的缺点。