ساخت حسگر گازی برپایه نانوکامپوزیت پلیمر برای شناسایی کیفی هیدروژن سولفید

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران، صندوق پستی 1-71993

2 شیراز، دانشگاه شیراز، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، بخش مهندسی شیمی، کد پستی 7193616511

چکیده

هیدروژن سولفید به ­عنوان گاز خطرناک و بسیار سمی برای موجودات زنده، شناخته شده  که اغلب به شکل محصول جانبی در فرایندهای پتروشیمی تولید می ­شود. استنشاق این گاز در غلظت­ های بیشتر از  100ppm حس بویایی را به مقدار شدیدی کاهش می­ دهد. بنابراین، شناسایی این گاز در محیط­ های صنعتی ضروری تلقی می ­شود. در پژوهش حاضر، فیلم‌های نانوکامپوزیت متخلخل پلی­ یورتان-نقره و پلی­ وینیل کلرید-نقره حاوی %7 وزنی نقره با روش تبادل فازی به ­عنوان حسگر کیفی سولفید هیدروژن ساخته و بررسی شده است. نتایج نشان داد، با قرارگرفتن نمونه ­ها در معرض  50ppm  گاز H2S به ­مدت  10min، نقاط سیاه رنگی روی سطوح آن ­ها آشکار شد. با وجود این، تغییر رنگ در فیلم ­ها پس از قرارگرفتن در هوا به ­مدت 20min از میان رفت. برای شناسایی خواص ساختاری نانوکامپوزیت­ ها و مطالعه برهم ­کنش نانوذرات و پلیمرها از میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM)، طیف­ سنجی زیرقرمز (FTIR)، پراش پرتو X  و گرما­وزن ­­سنجی (TGA) استفاده شد. نتایج نشانگر پخش یکنواخت ذرات نقره در ماتریس های متخلخل PU و PVC بود. بررسی ­ها نشان داد، دو نانوکامپوزیت پیشنهادی (PU/Ag و PVC/Ag) می­ تواند برای شناسایی مقادیر کم گاز هیدروژن سولفید مناسب باشند. نتایج حاصل نشانگر پاسخ­ گویی آشکارتر حسگر برپایه پلی یورتان نسبت به پلی ­وینیل کلرید به وجود گاز بود. بنابراین، حسگرهای فیلمی PU و PVC حاوی نانوذرات نقره که در این بررسی پیشنهاد شد، می ­تواند قابلیت مناسب ­تری برای حمل و استفاده داشته و نیز نسبت به انواع حسگرهای هیدروژن سولفید، ارزان ­تر باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Preparation of Gas Sensor Based on Polymer Nanocomposite for Qualitative Detection of Hydrogen Sulfide

نویسندگان [English]

  • Elaheh Ghazizadeh 1
  • Shadi Hassanajili 2
  • Mahmoudreza Hojjati 1
1 Department of Chemical Engineering, Shiraz Branch, Islamic Azad University, P.O. Box: 71993-1, Shiraz, Iran
2 Department of Chemical Engineering, School of Chemical and Petroleum Engineering, Shiraz University, Shiraz, Postal Code: 7193616511, Iran
چکیده [English]

Hydrogen sulfide (H2S), a by-product often produced in petrochemical processes, is well known as a dangerous and highly toxic gas to living organisms. The smell of H2S concentration of higher than 100 ppm can cause severe biological condition. Therefore, the detection of this gas is a crucial issue. In this work, nanocomposite porous films of polyurethane/silver (PU/Ag) and poly(vinylchloride)/silver (PVC/Ag) consisting of 7 wt% nanoparticles were fabricated by phase inversion method and studied its qualitative detection capacity for H2S. The results indicated that after exposure to 50 ppm H2S, black points appeared on the surface of the test films within 10 min. However, the color completely disappeared when the films were left in the air for 20 min. Structural characteristics of the nanocomposites were studied by scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffractometry (XRD) and thermal gravimetric analysis (TGA) to confirm possible interactions which may have formed between the polymers and nanoparticles. According to the results, Ag nanoparticles were well dispersed in PU and PVC matrices giving particle sizes of less than 62 and 76 nm, respectively. The observations revealed that two recommended nanocomposites (PU/Ag and PVC/Ag) could be used for detection of hydrogen sulfide at low level concentration. The response of Ag-embedded polymer films toward H2S vapour showed a better detection by PU/Ag compared to PVC/Ag. Therefore, the suggested silver nanoparticle-loaded PU and PVC sensor films are easily portable, simple to use and cost-less compared with other types of hydrogen sulfide sensors.

کلیدواژه‌ها [English]

  • hydrogen sulfide
  • sensor
  • poly(vinyl chloride)
  • polyurethane
  • silver nanoparticles