一種應用於汙水處理的二氧化碳收集器的製作方法

2023-05-13 06:56:16 1

本申請涉及二氧化碳收集領域，尤其一種應用於汙水處理的二氧化碳收集器。

背景技術：

目前，汙水的處理過程中，是將汙水中的有機物轉化為CO2，直接排放到空氣中，一部分轉化為汙泥，進行填埋，然而，由於二氧化碳是一種溫室氣體，會對環境造成危害。

另外，二氧化碳是一種在常溫下無色、無味、化學性質穩定的氣體，目前的研究結果指出，大氣中二氧化碳的含量升高會引發溫室效應，並且最終結果會導致全球變暖，對地球上動植物的生存產生威脅，海平面上升、極端天氣等一系列問題的出現都與二氧化碳的過度排放有關。

技術實現要素：

為克服相關技術中存在的問題，本申請提供一種應用於汙水處理的二氧化碳收集器。

本發明通過以下技術方案實現：

一種應用於汙水處理的二氧化碳收集器，包括曝氣池，其特徵在於還包括集氣罩、CO2集氣頭、控制閥和CO2儲氣槽組成；所述的集氣罩置於曝氣池頂部並密封連接，CO2集氣頭在集氣罩內部通過管道穿過集氣罩經控制閥後與CO2儲氣槽相連。

本申請的實施例提供的技術方案可以包括以下有益效果：

1.本申請所涉及的二氧化碳收集器，在二氧化碳收集器上安裝有CO2氣體傳感器，CO2氣體傳感器的敏感材料採用鈣鈦礦型金屬氧化物HoFeO3納米粉體和SnO2粉體，兩種敏感材料均對CO2氣體具備選擇性，兩種材料複合使用保證了該氣體傳感器對CO2氣體的響應。絕緣陶瓷採用中空結構的方形板狀，絕緣陶瓷的上下面均為兩層敏感層，並且上面為HoFeO3納米粉體在內層、SnO2粉體在外層，下面為SnO2粉體在內層、HoFeO3納米粉體在外層，該種結構設置對CO2響應信號的反饋起到互補的作用，提高了反饋信號的準確性。

2.本申請所涉及的二氧化碳收集器，其採用的CO2氣體傳感器製備過程中，在CO2氣體傳感器的敏感層中加入了造孔劑碳酸鈣，在燒結過程中，碳酸鈣會產生氣體逸出，從而使得敏感層形成多孔結構，此外，多孔結構的密度設置為內層小、外層大，該多孔結構大大提高了敏感層與CO2氣體的接觸面積，提高了靈敏度。

3.本申請所涉及的二氧化碳收集器，其採用的CO2氣體傳感器製備過程中，在CO2氣體傳感器的敏感層外全面塗覆有防腐材料層，該防腐材料能提升氣體傳感器的防水和耐腐蝕性能，延長了其使用壽命，進而提升了對CO2氣體濃度變化的監測情況；另外，由於CO2氣體傳感器製備工藝簡單而且方便快捷，因此，具有潛在的大規模推廣應用的前景。

本申請附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本申請的實踐了解到。應當理解的是，以上的一般描述和後文的細節描述僅是示例性和解釋性的，並不能限制本申請。

附圖說明

此處的附圖被併入說明書中並構成本說明書的一部分，示出了符合本發明的實施例，並與說明書一起用於解釋本發明的原理。

圖1是根據一示例性實施例示出的CO2氣體傳感器的結構示意圖。

圖2是根據一示例性實施例示出的CO2氣體傳感器的製備方法流程圖。

其中1-絕緣陶瓷，2-電極，3-敏感層A，4-敏感層B。

具體實施方式

這裡將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式並不代表與本發明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權利要求書中所詳述的、本發明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現本申請的不同結構。為了簡化本申請的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示例，並且目的不在於限制本申請。此外，本申請可以在不同例子中重複參考數字和/或字母。這種重複是為了簡化和清楚的目的，其本身不只是所討論各種實施例和/或設置之間的關係。此外，本申請提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技術人員可以意識到其他工藝的可應用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特徵在第二特徵值「上」的結構可以包括第一和第二特徵形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特徵形成在第一和第二特徵之間的實施例，這樣第一和第二特徵可能不是直接接觸。

在本申請的描述中，需要說明的是，除非另有規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。

氣體傳感器按照基體材料來分，可分為金屬氧化物系有機高分子系固體電解質系，按照被測氣體來分，可分為大氣汙染氣體，有毒性氣體，可燃性氣體以及含氧氣體傳感器等。目前，對於二氧化碳方面的傳感器有多種類型，比如紅外線型、固體電解質、電阻型、電容型、表面聲波型和半導體型等，其中半導體型二氧化碳傳感器在靈敏度、響應時間、穩定性方面具有優勢。

鈣鈦礦結構材料通常是指具有ABX3型結構的化合物，該化合物中A、B和X分別為大半徑陽離子，小半徑陽離子和陰離子；鈣鈦礦複合氧化物具備獨特的晶體結構，尤其在其摻雜後形成的晶體缺陷結構和性能，可被應用於固體燃料電池，固體電解質，傳感器，固體電阻器等領域。近年，鈣鈦礦氧化物(ABO3)由於其良好的選擇性、高靈敏性和穩定性，尤其作為CO2傳感器氣敏材料獲得了極大的發展。SnO2屬於立方晶系，具有金紅石結構，具有n型半導體特徵，化學性質較穩定。

目前對於氣體傳感器，無論在工藝上還是性能上，都有不能滿足需求的地方，存在諸如穩定性差、漂移大、催化劑中毒等問題，因而人們希望開發出理想的新型傳感器，或者對其進行改善。本發明的傳感器基於鈣鈦礦材料，同時結合SnO2納米材料，設計一種檢測CO2的氣體傳感器。

實施例一

一種應用於汙水處理的二氧化碳收集器，包括曝氣池，其特徵在於還包括集氣罩、CO2集氣頭、控制閥和CO2儲氣槽組成；所述的集氣罩置於曝氣池頂部並密封連接，CO2集氣頭在集氣罩內部通過管道穿過集氣罩經控制閥後與CO2儲氣槽相連。

優選地，所述的集氣罩為拋物面形狀。

優選地，所述的CO2集氣頭位於集氣罩的拋物面的焦點處。

優選地，在控制閥與CO2儲氣槽之間的管道上安裝有氣體流量計和CO2氣體傳感器。

優選地，如圖1，所述CO2氣體傳感器由絕緣陶瓷1、電極2、敏感層和加熱單元組成；所述絕緣陶瓷1為沿其長度方向中空的長方體形狀；所述電極2為兩個環形銅電極，分別位於所述絕緣陶瓷1的長度方向的兩邊，覆蓋所述絕緣陶瓷1的前側面、後側面、上面和下面，所述電極2的寬度為0.5cm；所述加熱單元位於所述絕緣陶瓷1中空內部；所述敏感層分為敏感層A3和敏感層B4，所述敏感層A3和敏感層B4中有造孔劑碳酸鈣形成的多孔結構，所述絕緣陶瓷的上面從內到外依次為敏感層A3、敏感層B4，所述絕緣陶瓷的下面從外到內依次為敏感層A3、敏感層B4；所述敏感層A3中敏感材料為HoFeO3納米粉體；所述敏感層B4敏感材料為SnO2粉體。

優選地，如圖2，所述CO2氣體傳感器的製備包括以下步驟：

步驟一，製備絕緣陶瓷1

選取為長×寬×高4為cm×2cm×1cm的方形板狀絕緣陶瓷，絕緣陶瓷經過丙酮、乙醇超聲清洗10min，烘乾，然後在絕緣陶瓷的長度方向兩邊蒸鍍一層Cu膜，作為電極，Cu膜的厚度為800nm。

步驟二，製備敏感材料層：

敏感層A3中主要成分為鈣鈦礦型金屬氧化物HoFeO3納米粉體，其製備過程如下：

首先稱取25g的Ho2O3，並按照Ho2O3：Fe(NO3)3摩爾比為1：2的比例稱取適量的Fe(NO3)3·9H2O，按照n(Ho3++Fe3+)：n(檸檬酸)＝1：3的摩爾比稱取合適量的檸檬酸，將Ho2O3溶於硝酸形成溶液A，將Fe(NO3)9H2O和檸檬酸溶於去離子水中形成溶液B，溶液A和溶液B各自超聲10min，然後將溶液A和溶液B混合，形成溶液C；將溶液C置於水浴堝中，在90℃條件下水浴加熱直至凝膠狀態，然後將凝膠取出，置於乾燥箱中，在120℃下烘乾；然後將幹凝膠用研缽充分研磨，置於馬弗爐中，在350℃下加熱保溫2h，接著溫度升高到740℃，退火8h，自然冷卻，後再次研磨，得到HoFeO3納米粉體。

敏感層B4中主要成分為SnO2粉體，其製備過程如下：

首先，稱取適量的SnCl4·5H2O，溶於去離子水中，配製成為0.2M的溶液，摻雜加入摩爾百分比為7％的ZnSO4，然後按照n(Sn4+)：n(檸檬酸)＝17：1的摩爾比加入檸檬酸，超聲處理30min，用0.2M的氨水滴定，得到Sn(OH)4沉澱，把沉澱過濾、洗滌後用0.5M的草酸回溶，得到Sn(OH)4溶膠，然後烘乾濃縮熱處理後得到SnO2粉體。

步驟三，製備防腐材料

將環氧樹脂與乙酸乙酯和正丁醇等溶劑按一定比例混合加入分散容器中，在100rpm/min攪拌下加入鋅粉和分散劑、流平劑、消泡劑攪拌均勻後，加入顏填料高速分散5～10min，然後加入納米TiO2攪拌均勻，用溶劑調整粘度，靜置5～8min，得到富含鋅的防腐塗料；

步驟四，製備氣體傳感器

a)取上步得到的HoFeO3納米粉體和碳酸鈣粉末在研缽中混合，加入少量去離子水研磨2h，將研磨好的糊狀物均勻塗在步驟一中絕緣陶瓷的上面，厚度為5μm，形成敏感層A3；

b)取SnO2粉體和碳酸鈣粉末在研缽中混合，加入少量去離子水研磨2h，將研磨好的糊狀物均勻塗在步驟一中絕緣陶瓷的下面，厚度為5μm，形成敏感層B4；

c)取SnO2粉體和碳酸鈣粉末在研缽中混合，加入少量去離子水研磨2h，將研磨好的糊狀物均勻塗在步驟一中絕緣陶瓷的上面，厚度為3μm，形成敏感層B4；

d)取HoFeO3納米粉體和碳酸鈣粉末在研缽中混合，加入少量去離子水研磨2h，將研磨好的糊狀物均勻塗在步驟一中絕緣陶瓷的下面，厚度為3μm，形成敏感層A3；

(e)將塗有敏感層的絕緣陶瓷在乾燥箱中90℃乾燥2h，將乾燥後的絕緣陶瓷放入箱式爐中在590℃下燒結，敏感層A3和敏感層B4中由於碳酸鈣的分解會形成多孔結構，然後取出待其自然冷卻；

(f)取經步驟三製得的防腐塗料，稍加攪拌後，塗覆於經步驟e處理過的絕緣陶瓷上，置於室溫下乾燥5～10min，然後再塗覆第二層和第三層，每塗覆一次，乾燥5～10min，即可得到三層防腐塗層，防腐塗層總厚度為5～10μm；

(g)封裝：將加熱單元組裝入經步驟f處理過的絕緣陶瓷的中空部分，給絕緣陶瓷的電極和加熱單元焊接引線，封裝。

實驗測試：

(1)靈敏度、響應時間和穩定性能測試：將氣體傳感器接入測試電路，並將其置於測試腔中，選擇合適的負載，將腔體密封。首先，計算得出傳感器在潔淨空氣中的電阻值，然後按照一定濃度、一定速度注入待測氣體CO2，保證腔體內壓強恆定，計算得出在某種濃度CO2氣體中的電阻值，得出傳感器的靈敏度；採用該方法，

當絕緣陶瓷上面，敏感層A中HoFeO3納米粉體和碳酸鈣粉末摩爾比為12:1，敏感層B中SnO2粉體和碳酸鈣粉末摩爾比為9:1；

絕緣陶瓷下面，敏感層B中SnO2粉體和碳酸鈣粉末摩爾比為12:1，敏感層A中HoFeO3納米粉體和碳酸鈣粉末摩爾比為9:1，並且，絕緣陶瓷燒結時間為5h時，

計算得出傳感器的響應時間、重複性數據。測試發現，在100ppm的CO2環境下，本發明的氣體傳感器的最優靈敏度為6.3，響應時間為15s，重複200次測試，結果變化小於5％。

(2)防水防腐蝕性能測試

將沒有塗刷防腐材料的傳感器與塗刷有防腐材料的傳感器分別置於水中、1％的HCl溶液和5％的NaOH溶液中，上述浸漬時間為2d、7d、15d、20d。實驗結果表明，沒有塗刷防腐材料層的傳感器在第7d的時候就出現發白現象，塗刷防腐材料層在第20d時才開始出現輕微的發白現象，其耐水性能明顯較高。在耐腐蝕性能方面，也表現出了相同的現象，說明其耐酸耐鹼的腐蝕性能良好。

實施例二

一種應用於汙水處理的二氧化碳收集器，包括曝氣池，其特徵在於還包括集氣罩、CO2集氣頭、控制閥和CO2儲氣槽組成；所述的集氣罩置於曝氣池頂部並密封連接，CO2集氣頭在集氣罩內部通過管道穿過集氣罩經控制閥後與CO2儲氣槽相連。

優選地，所述的集氣罩為拋物面形狀。

優選地，所述的CO2集氣頭位於集氣罩的拋物面的焦點處。

優選地，在控制閥與CO2儲氣槽之間的管道上安裝有氣體流量計和CO2氣體傳感器。

優選地，如圖1，所述CO2氣體傳感器由絕緣陶瓷1、電極2、敏感層和加熱單元組成；所述絕緣陶瓷1為沿其長度方向中空的長方體形狀；所述電極2為兩個環形銅電極，分別位於所述絕緣陶瓷1的長度方向的兩邊，覆蓋所述絕緣陶瓷1的前側面、後側面、上面和下面，所述電極2的寬度為0.5cm；所述加熱單元位於所述絕緣陶瓷1中空內部；所述敏感層分為敏感層A3和敏感層B4，所述敏感層A3和敏感層B4中有造孔劑碳酸鈣形成的多孔結構，所述絕緣陶瓷的上面從內到外依次為敏感層A3、敏感層B4，所述絕緣陶瓷的下面從外到內依次為敏感層A3、敏感層B4；所述敏感層A3中敏感材料為HoFeO3納米粉體；所述敏感層B4敏感材料為SnO2粉體。

優選地，如圖2，所述CO2氣體傳感器的製備包括以下步驟：

步驟一，製備絕緣陶瓷1

選取為長×寬×高4為cm×2cm×1cm的方形板狀絕緣陶瓷，絕緣陶瓷經過丙酮、乙醇超聲清洗10min，烘乾，然後在絕緣陶瓷的長度方向兩邊蒸鍍一層Cu膜，作為電極，Cu膜的厚度為800nm。

步驟二，製備敏感材料層：

敏感層A3中主要成分為鈣鈦礦型金屬氧化物HoFeO3納米粉體，其製備過程如下：

首先稱取25g的Ho2O3，並按照Ho2O3：Fe(NO3)3摩爾比為1：2的比例稱取適量的Fe(NO3)3·9H2O，按照n(Ho3++Fe3+)：n(檸檬酸)＝1：3的摩爾比稱取合適量的檸檬酸，將Ho2O3溶於硝酸形成溶液A，將Fe(NO3)9H2O和檸檬酸溶於去離子水中形成溶液B，溶液A和溶液B各自超聲10min，然後將溶液A和溶液B混合，形成溶液C；將溶液C置於水浴堝中，在90℃條件下水浴加熱直至凝膠狀態，然後將凝膠取出，置於乾燥箱中，在120℃下烘乾；然後將幹凝膠用研缽充分研磨，置於馬弗爐中，在350℃下加熱保溫2h，接著溫度升高到740℃，退火8h，自然冷卻，後再次研磨，得到HoFeO3納米粉體。

敏感層B4中主要成分為SnO2粉體，其製備過程如下：

首先，稱取適量的SnCl4·5H2O，溶於去離子水中，配製成為0.2M的溶液，摻雜加入摩爾百分比為7％的ZnSO4，然後按照n(Sn4+)：n(檸檬酸)＝17：1的摩爾比加入檸檬酸，超聲處理30min，用0.2M的氨水滴定，得到Sn(OH)4沉澱，把沉澱過濾、洗滌後用0.5M的草酸回溶，得到Sn(OH)4溶膠，然後烘乾濃縮熱處理後得到SnO2粉體。

步驟三，製備防腐材料

將環氧樹脂與乙酸乙酯和正丁醇等溶劑按一定比例混合加入分散容器中，在100rpm/min攪拌下加入鋅粉和分散劑、流平劑、消泡劑攪拌均勻後，加入顏填料高速分散5～10min，然後加入納米TiO2攪拌均勻，用溶劑調整粘度，靜置5～8min，得到富含鋅的防腐塗料；

步驟四，製備氣體傳感器

a)取上步得到的HoFeO3納米粉體和碳酸鈣粉末在研缽中混合，加入少量去離子水研磨2h，將研磨好的糊狀物均勻塗在步驟一中絕緣陶瓷的上面，厚度為5μm，形成敏感層A3；

b)取SnO2粉體和碳酸鈣粉末在研缽中混合，加入少量去離子水研磨2h，將研磨好的糊狀物均勻塗在步驟一中絕緣陶瓷的下面，厚度為5μm，形成敏感層B4；

c)取SnO2粉體和碳酸鈣粉末在研缽中混合，加入少量去離子水研磨2h，將研磨好的糊狀物均勻塗在步驟一中絕緣陶瓷的上面，厚度為3μm，形成敏感層B4；

d)取HoFeO3納米粉體和碳酸鈣粉末在研缽中混合，加入少量去離子水研磨2h，將研磨好的糊狀物均勻塗在步驟一中絕緣陶瓷的下面，厚度為3μm，形成敏感層A3；

(e)將塗有敏感層的絕緣陶瓷在乾燥箱中90℃乾燥2h，將乾燥後的絕緣陶瓷放入箱式爐中在590℃下燒結，敏感層A3和敏感層B4中由於碳酸鈣的分解會形成多孔結構，然後取出待其自然冷卻；

(f)取經步驟三製得的防腐塗料，稍加攪拌後，塗覆於經步驟e處理過的絕緣陶瓷上，置於室溫下乾燥5～10min，然後再塗覆第二層和第三層，每塗覆一次，乾燥5～10min，即可得到三層防腐塗層，防腐塗層總厚度為5～10μm；

(g)封裝：將加熱單元組裝入經步驟f處理過的絕緣陶瓷的中空部分，給絕緣陶瓷的電極和加熱單元焊接引線，封裝。

實驗測試：

(1)靈敏度、響應時間和穩定性能測試：將氣體傳感器接入測試電路，並將其置於測試腔中，選擇合適的負載，將腔體密封。首先，計算得出傳感器在潔淨空氣中的電阻值，然後按照一定濃度、一定速度注入待測氣體CO2，保證腔體內壓強恆定，計算得出在某種濃度CO2氣體中的電阻值，得出傳感器的靈敏度；採用該方法，

當絕緣陶瓷上面，敏感層A中HoFeO3納米粉體和碳酸鈣粉末摩爾比為11:1，敏感層B中SnO2粉體和碳酸鈣粉末摩爾比為9:1；

絕緣陶瓷下面，敏感層B中SnO2粉體和碳酸鈣粉末摩爾比為11:1，敏感層A中HoFeO3納米粉體和碳酸鈣粉末摩爾比為9:1，並且，絕緣陶瓷燒結時間為5h時，

計算得出傳感器的響應時間、重複性數據。測試發現，在100ppm的CO2環境下，本發明的氣體傳感器的最優靈敏度為6.1，響應時間為16s，重複200次測試，結果變化小於5％，並且結果線性度好，恢復時間短，耐溫範圍寬。

(2)防水防腐蝕性能測試

將沒有塗刷防腐材料的傳感器與塗刷有防腐材料的傳感器分別置於水中、1％的HCl溶液和5％的NaOH溶液中，上述浸漬時間為2d、7d、15d、20d。實驗結果表明，沒有塗刷防腐材料層的傳感器在第7d的時候就出現發白現象，塗刷防腐材料層在第20d時才開始出現輕微的發白現象，其耐水性能明顯較高。在耐腐蝕性能方面，也表現出了相同的現象，說明其耐酸耐鹼的腐蝕性能良好。

實施例三

一種應用於汙水處理的二氧化碳收集器，包括曝氣池，其特徵在於還包括集氣罩、CO2集氣頭、控制閥和CO2儲氣槽組成；所述的集氣罩置於曝氣池頂部並密封連接，CO2集氣頭在集氣罩內部通過管道穿過集氣罩經控制閥後與CO2儲氣槽相連。

優選地，所述的集氣罩為拋物面形狀。

優選地，所述的CO2集氣頭位於集氣罩的拋物面的焦點處。

優選地，在控制閥與CO2儲氣槽之間的管道上安裝有氣體流量計和CO2氣體傳感器。

優選地，如圖1，所述CO2氣體傳感器由絕緣陶瓷1、電極2、敏感層和加熱單元組成；所述絕緣陶瓷1為沿其長度方向中空的長方體形狀；所述電極2為兩個環形銅電極，分別位於所述絕緣陶瓷1的長度方向的兩邊，覆蓋所述絕緣陶瓷1的前側面、後側面、上面和下面，所述電極2的寬度為0.5cm；所述加熱單元位於所述絕緣陶瓷1中空內部；所述敏感層分為敏感層A3和敏感層B4，所述敏感層A3和敏感層B4中有造孔劑碳酸鈣形成的多孔結構，所述絕緣陶瓷的上面從內到外依次為敏感層A3、敏感層B4，所述絕緣陶瓷的下面從外到內依次為敏感層A3、敏感層B4；所述敏感層A3中敏感材料為HoFeO3納米粉體；所述敏感層B4敏感材料為SnO2粉體。

優選地，如圖2，所述CO2氣體傳感器的製備包括以下步驟：

步驟一，製備絕緣陶瓷1

選取為長×寬×高4為cm×2cm×1cm的方形板狀絕緣陶瓷，絕緣陶瓷經過丙酮、乙醇超聲清洗10min，烘乾，然後在絕緣陶瓷的長度方向兩邊蒸鍍一層Cu膜，作為電極，Cu膜的厚度為800nm。

步驟二，製備敏感材料層：

敏感層A3中主要成分為鈣鈦礦型金屬氧化物HoFeO3納米粉體，其製備過程如下：

首先稱取25g的Ho2O3，並按照Ho2O3：Fe(NO3)3摩爾比為1：2的比例稱取適量的Fe(NO3)3·9H2O，按照n(Ho3++Fe3+)：n(檸檬酸)＝1：3的摩爾比稱取合適量的檸檬酸，將Ho2O3溶於硝酸形成溶液A，將Fe(NO3)9H2O和檸檬酸溶於去離子水中形成溶液B，溶液A和溶液B各自超聲10min，然後將溶液A和溶液B混合，形成溶液C；將溶液C置於水浴堝中，在90℃條件下水浴加熱直至凝膠狀態，然後將凝膠取出，置於乾燥箱中，在120℃下烘乾；然後將幹凝膠用研缽充分研磨，置於馬弗爐中，在350℃下加熱保溫2h，接著溫度升高到740℃，退火8h，自然冷卻，後再次研磨，得到HoFeO3納米粉體。

敏感層B4中主要成分為SnO2粉體，其製備過程如下：

首先，稱取適量的SnCl4·5H2O，溶於去離子水中，配製成為0.2M的溶液，摻雜加入摩爾百分比為7％的ZnSO4，然後按照n(Sn4+)：n(檸檬酸)＝17：1的摩爾比加入檸檬酸，超聲處理30min，用0.2M的氨水滴定，得到Sn(OH)4沉澱，把沉澱過濾、洗滌後用0.5M的草酸回溶，得到Sn(OH)4溶膠，然後烘乾濃縮熱處理後得到SnO2粉體。

步驟三，製備防腐材料

將環氧樹脂與乙酸乙酯和正丁醇等溶劑按一定比例混合加入分散容器中，在100rpm/min攪拌下加入鋅粉和分散劑、流平劑、消泡劑攪拌均勻後，加入顏填料高速分散5～10min，然後加入納米TiO2攪拌均勻，用溶劑調整粘度，靜置5～8min，得到富含鋅的防腐塗料；

步驟四，製備氣體傳感器

a)取上步得到的HoFeO3納米粉體和碳酸鈣粉末在研缽中混合，加入少量去離子水研磨2h，將研磨好的糊狀物均勻塗在步驟一中絕緣陶瓷的上面，厚度為5μm，形成敏感層A3；

b)取SnO2粉體和碳酸鈣粉末在研缽中混合，加入少量去離子水研磨2h，將研磨好的糊狀物均勻塗在步驟一中絕緣陶瓷的下面，厚度為5μm，形成敏感層B4；

c)取SnO2粉體和碳酸鈣粉末在研缽中混合，加入少量去離子水研磨2h，將研磨好的糊狀物均勻塗在步驟一中絕緣陶瓷的上面，厚度為3μm，形成敏感層B4；

d)取HoFeO3納米粉體和碳酸鈣粉末在研缽中混合，加入少量去離子水研磨2h，將研磨好的糊狀物均勻塗在步驟一中絕緣陶瓷的下面，厚度為3μm，形成敏感層A3；

(e)將塗有敏感層的絕緣陶瓷在乾燥箱中90℃乾燥2h，將乾燥後的絕緣陶瓷放入箱式爐中在590℃下燒結，敏感層A3和敏感層B4中由於碳酸鈣的分解會形成多孔結構，然後取出待其自然冷卻；

(f)取經步驟三製得的防腐塗料，稍加攪拌後，塗覆於經步驟e處理過的絕緣陶瓷上，置於室溫下乾燥5～10min，然後再塗覆第二層和第三層，每塗覆一次，乾燥5～10min，即可得到三層防腐塗層，防腐塗層總厚度為5～10μm；

(g)封裝：將加熱單元組裝入經步驟f處理過的絕緣陶瓷的中空部分，給絕緣陶瓷的電極和加熱單元焊接引線，封裝。

實驗測試：

(1)靈敏度、響應時間和穩定性能測試：將氣體傳感器接入測試電路，並將其置於測試腔中，選擇合適的負載，將腔體密封。首先，計算得出傳感器在潔淨空氣中的電阻值，然後按照一定濃度、一定速度注入待測氣體CO2，保證腔體內壓強恆定，計算得出在某種濃度CO2氣體中的電阻值，得出傳感器的靈敏度；採用該方法，

當絕緣陶瓷上面，敏感層A中HoFeO3納米粉體和碳酸鈣粉末摩爾比為10:1，敏感層B中SnO2粉體和碳酸鈣粉末摩爾比為9:1；

絕緣陶瓷下面，敏感層B中SnO2粉體和碳酸鈣粉末摩爾比為10:1，敏感層A中HoFeO3納米粉體和碳酸鈣粉末摩爾比為9:1，並且，絕緣陶瓷燒結時間為5h時，

計算得出傳感器的響應時間、重複性數據。測試發現，在100ppm的CO2環境下，本發明的氣體傳感器的最優靈敏度為6.1，響應時間為15s，重複200次測試，結果變化小於5％，並且結果線性度好，恢復時間短，耐溫範圍寬。

(2)防水防腐蝕性能測試

將沒有塗刷防腐材料的傳感器與塗刷有防腐材料的傳感器分別置於水中、1％的HCl溶液和5％的NaOH溶液中，上述浸漬時間為2d、7d、15d、20d。實驗結果表明，沒有塗刷防腐材料層的傳感器在第7d的時候就出現發白現象，塗刷防腐材料層在第20d時才開始出現輕微的發白現象，其耐水性能明顯較高。在耐腐蝕性能方面，也表現出了相同的現象，說明其耐酸耐鹼的腐蝕性能良好。

實施例四

一種應用於汙水處理的二氧化碳收集器，包括曝氣池，其特徵在於還包括集氣罩、CO2集氣頭、控制閥和CO2儲氣槽組成；所述的集氣罩置於曝氣池頂部並密封連接，CO2集氣頭在集氣罩內部通過管道穿過集氣罩經控制閥後與CO2儲氣槽相連。

優選地，所述的集氣罩為拋物面形狀。

優選地，所述的CO2集氣頭位於集氣罩的拋物面的焦點處。

優選地，在控制閥與CO2儲氣槽之間的管道上安裝有氣體流量計和CO2氣體傳感器。

優選地，如圖1，所述CO2氣體傳感器由絕緣陶瓷1、電極2、敏感層和加熱單元組成；所述絕緣陶瓷1為沿其長度方向中空的長方體形狀；所述電極2為兩個環形銅電極，分別位於所述絕緣陶瓷1的長度方向的兩邊，覆蓋所述絕緣陶瓷1的前側面、後側面、上面和下面，所述電極2的寬度為0.5cm；所述加熱單元位於所述絕緣陶瓷1中空內部；所述敏感層分為敏感層A3和敏感層B4，所述敏感層A3和敏感層B4中有造孔劑碳酸鈣形成的多孔結構，所述絕緣陶瓷的上面從內到外依次為敏感層A3、敏感層B4，所述絕緣陶瓷的下面從外到內依次為敏感層A3、敏感層B4；所述敏感層A3中敏感材料為HoFeO3納米粉體；所述敏感層B4敏感材料為SnO2粉體。

優選地，如圖2，所述CO2氣體傳感器的製備包括以下步驟：

步驟一，製備絕緣陶瓷1

選取為長×寬×高4為cm×2cm×1cm的方形板狀絕緣陶瓷，絕緣陶瓷經過丙酮、乙醇超聲清洗10min，烘乾，然後在絕緣陶瓷的長度方向兩邊蒸鍍一層Cu膜，作為電極，Cu膜的厚度為800nm。

步驟二，製備敏感材料層：

敏感層A3中主要成分為鈣鈦礦型金屬氧化物HoFeO3納米粉體，其製備過程如下：

首先稱取25g的Ho2O3，並按照Ho2O3：Fe(NO3)3摩爾比為1：2的比例稱取適量的Fe(NO3)3·9H2O，按照n(Ho3++Fe3+)：n(檸檬酸)＝1：3的摩爾比稱取合適量的檸檬酸，將Ho2O3溶於硝酸形成溶液A，將Fe(NO3)9H2O和檸檬酸溶於去離子水中形成溶液B，溶液A和溶液B各自超聲10min，然後將溶液A和溶液B混合，形成溶液C；將溶液C置於水浴堝中，在90℃條件下水浴加熱直至凝膠狀態，然後將凝膠取出，置於乾燥箱中，在120℃下烘乾；然後將幹凝膠用研缽充分研磨，置於馬弗爐中，在350℃下加熱保溫2h，接著溫度升高到740℃，退火8h，自然冷卻，後再次研磨，得到HoFeO3納米粉體。

敏感層B4中主要成分為SnO2粉體，其製備過程如下：

首先，稱取適量的SnCl4·5H2O，溶於去離子水中，配製成為0.2M的溶液，摻雜加入摩爾百分比為7％的ZnSO4，然後按照n(Sn4+)：n(檸檬酸)＝17：1的摩爾比加入檸檬酸，超聲處理30min，用0.2M的氨水滴定，得到Sn(OH)4沉澱，把沉澱過濾、洗滌後用0.5M的草酸回溶，得到Sn(OH)4溶膠，然後烘乾濃縮熱處理後得到SnO2粉體。

步驟三，製備防腐材料

將環氧樹脂與乙酸乙酯和正丁醇等溶劑按一定比例混合加入分散容器中，在100rpm/min攪拌下加入鋅粉和分散劑、流平劑、消泡劑攪拌均勻後，加入顏填料高速分散5～10min，然後加入納米TiO2攪拌均勻，用溶劑調整粘度，靜置5～8min，得到富含鋅的防腐塗料；

步驟四，製備氣體傳感器

a)取上步得到的HoFeO3納米粉體和碳酸鈣粉末在研缽中混合，加入少量去離子水研磨2h，將研磨好的糊狀物均勻塗在步驟一中絕緣陶瓷的上面，厚度為5μm，形成敏感層A3；

b)取SnO2粉體和碳酸鈣粉末在研缽中混合，加入少量去離子水研磨2h，將研磨好的糊狀物均勻塗在步驟一中絕緣陶瓷的下面，厚度為5μm，形成敏感層B4；

c)取SnO2粉體和碳酸鈣粉末在研缽中混合，加入少量去離子水研磨2h，將研磨好的糊狀物均勻塗在步驟一中絕緣陶瓷的上面，厚度為3μm，形成敏感層B4；

d)取HoFeO3納米粉體和碳酸鈣粉末在研缽中混合，加入少量去離子水研磨2h，將研磨好的糊狀物均勻塗在步驟一中絕緣陶瓷的下面，厚度為3μm，形成敏感層A3；

(e)將塗有敏感層的絕緣陶瓷在乾燥箱中90℃乾燥2h，將乾燥後的絕緣陶瓷放入箱式爐中在590℃下燒結，敏感層A3和敏感層B4中由於碳酸鈣的分解會形成多孔結構，然後取出待其自然冷卻；

(f)取經步驟三製得的防腐塗料，稍加攪拌後，塗覆於經步驟e處理過的絕緣陶瓷上，置於室溫下乾燥5～10min，然後再塗覆第二層和第三層，每塗覆一次，乾燥5～10min，即可得到三層防腐塗層，防腐塗層總厚度為5～10μm；

(g)封裝：將加熱單元組裝入經步驟f處理過的絕緣陶瓷的中空部分，給絕緣陶瓷的電極和加熱單元焊接引線，封裝。

實驗測試：

(1)靈敏度、響應時間和穩定性能測試：將氣體傳感器接入測試電路，並將其置於測試腔中，選擇合適的負載，將腔體密封。首先，計算得出傳感器在潔淨空氣中的電阻值，然後按照一定濃度、一定速度注入待測氣體CO2，保證腔體內壓強恆定，計算得出在某種濃度CO2氣體中的電阻值，得出傳感器的靈敏度；採用該方法，

當絕緣陶瓷上面，敏感層A中HoFeO3納米粉體和碳酸鈣粉末摩爾比為9:1，敏感層B中SnO2粉體和碳酸鈣粉末摩爾比為9:1；

絕緣陶瓷下面，敏感層B中SnO2粉體和碳酸鈣粉末摩爾比為9:1，敏感層A中HoFeO3納米粉體和碳酸鈣粉末摩爾比為9:1，並且，絕緣陶瓷燒結時間為5h時，

計算得出傳感器的響應時間、重複性數據。測試發現，在100ppm的CO2環境下，本發明的氣體傳感器的最優靈敏度為6.1，響應時間為17s，重複200次測試，結果變化小於5％，並且結果線性度好，恢復時間短，耐溫範圍寬。

(2)防水防腐蝕性能測試

將沒有塗刷防腐材料的傳感器與塗刷有防腐材料的傳感器分別置於水中、1％的HCl溶液和5％的NaOH溶液中，上述浸漬時間為2d、7d、15d、20d。實驗結果表明，沒有塗刷防腐材料層的傳感器在第7d的時候就出現發白現象，塗刷防腐材料層在第20d時才開始出現輕微的發白現象，其耐水性能明顯較高。在耐腐蝕性能方面，也表現出了相同的現象，說明其耐酸耐鹼的腐蝕性能良好。

實施例五

一種應用於汙水處理的二氧化碳收集器，包括曝氣池，其特徵在於還包括集氣罩、CO2集氣頭、控制閥和CO2儲氣槽組成；所述的集氣罩置於曝氣池頂部並密封連接，CO2集氣頭在集氣罩內部通過管道穿過集氣罩經控制閥後與CO2儲氣槽相連。

優選地，所述的集氣罩為拋物面形狀。

優選地，所述的CO2集氣頭位於集氣罩的拋物面的焦點處。

優選地，在控制閥與CO2儲氣槽之間的管道上安裝有氣體流量計和CO2氣體傳感器。

優選地，如圖1，所述CO2氣體傳感器由絕緣陶瓷1、電極2、敏感層和加熱單元組成；所述絕緣陶瓷1為沿其長度方向中空的長方體形狀；所述電極2為兩個環形銅電極，分別位於所述絕緣陶瓷1的長度方向的兩邊，覆蓋所述絕緣陶瓷1的前側面、後側面、上面和下面，所述電極2的寬度為0.5cm；所述加熱單元位於所述絕緣陶瓷1中空內部；所述敏感層分為敏感層A3和敏感層B4，所述敏感層A3和敏感層B4中有造孔劑碳酸鈣形成的多孔結構，所述絕緣陶瓷的上面從內到外依次為敏感層A3、敏感層B4，所述絕緣陶瓷的下面從外到內依次為敏感層A3、敏感層B4；所述敏感層A3中敏感材料為HoFeO3納米粉體；所述敏感層B4敏感材料為SnO2粉體。

優選地，如圖2，所述CO2氣體傳感器的製備包括以下步驟：

步驟一，製備絕緣陶瓷1

選取為長×寬×高4為cm×2cm×1cm的方形板狀絕緣陶瓷，絕緣陶瓷經過丙酮、乙醇超聲清洗10min，烘乾，然後在絕緣陶瓷的長度方向兩邊蒸鍍一層Cu膜，作為電極，Cu膜的厚度為800nm。

步驟二，製備敏感材料層：

敏感層A3中主要成分為鈣鈦礦型金屬氧化物HoFeO3納米粉體，其製備過程如下：

首先稱取25g的Ho2O3，並按照Ho2O3：Fe(NO3)3摩爾比為1：2的比例稱取適量的Fe(NO3)3·9H2O，按照n(Ho3++Fe3+)：n(檸檬酸)＝1：3的摩爾比稱取合適量的檸檬酸，將Ho2O3溶於硝酸形成溶液A，將Fe(NO3)9H2O和檸檬酸溶於去離子水中形成溶液B，溶液A和溶液B各自超聲10min，然後將溶液A和溶液B混合，形成溶液C；將溶液C置於水浴堝中，在90℃條件下水浴加熱直至凝膠狀態，然後將凝膠取出，置於乾燥箱中，在120℃下烘乾；然後將幹凝膠用研缽充分研磨，置於馬弗爐中，在350℃下加熱保溫2h，接著溫度升高到740℃，退火8h，自然冷卻，後再次研磨，得到HoFeO3納米粉體。

敏感層B4中主要成分為SnO2粉體，其製備過程如下：

首先，稱取適量的SnCl4·5H2O，溶於去離子水中，配製成為0.2M的溶液，摻雜加入摩爾百分比為7％的ZnSO4，然後按照n(Sn4+)：n(檸檬酸)＝17：1的摩爾比加入檸檬酸，超聲處理30min，用0.2M的氨水滴定，得到Sn(OH)4沉澱，把沉澱過濾、洗滌後用0.5M的草酸回溶，得到Sn(OH)4溶膠，然後烘乾濃縮熱處理後得到SnO2粉體。

步驟三，製備防腐材料

將環氧樹脂與乙酸乙酯和正丁醇等溶劑按一定比例混合加入分散容器中，在100rpm/min攪拌下加入鋅粉和分散劑、流平劑、消泡劑攪拌均勻後，加入顏填料高速分散5～10min，然後加入納米TiO2攪拌均勻，用溶劑調整粘度，靜置5～8min，得到富含鋅的防腐塗料；

步驟四，製備氣體傳感器

a)取上步得到的HoFeO3納米粉體和碳酸鈣粉末在研缽中混合，加入少量去離子水研磨2h，將研磨好的糊狀物均勻塗在步驟一中絕緣陶瓷的上面，厚度為5μm，形成敏感層A3；

b)取SnO2粉體和碳酸鈣粉末在研缽中混合，加入少量去離子水研磨2h，將研磨好的糊狀物均勻塗在步驟一中絕緣陶瓷的下面，厚度為5μm，形成敏感層B4；

c)取SnO2粉體和碳酸鈣粉末在研缽中混合，加入少量去離子水研磨2h，將研磨好的糊狀物均勻塗在步驟一中絕緣陶瓷的上面，厚度為3μm，形成敏感層B4；

d)取HoFeO3納米粉體和碳酸鈣粉末在研缽中混合，加入少量去離子水研磨2h，將研磨好的糊狀物均勻塗在步驟一中絕緣陶瓷的下面，厚度為3μm，形成敏感層A3；

(e)將塗有敏感層的絕緣陶瓷在乾燥箱中90℃乾燥2h，將乾燥後的絕緣陶瓷放入箱式爐中在590℃下燒結，敏感層A3和敏感層B4中由於碳酸鈣的分解會形成多孔結構，然後取出待其自然冷卻；

(f)取經步驟三製得的防腐塗料，稍加攪拌後，塗覆於經步驟e處理過的絕緣陶瓷上，置於室溫下乾燥5～10min，然後再塗覆第二層和第三層，每塗覆一次，乾燥5～10min，即可得到三層防腐塗層，防腐塗層總厚度為5～10μm；

(g)封裝：將加熱單元組裝入經步驟f處理過的絕緣陶瓷的中空部分，給絕緣陶瓷的電極和加熱單元焊接引線，封裝。

實驗測試：

(1)靈敏度、響應時間和穩定性能測試：將氣體傳感器接入測試電路，並將其置於測試腔中，選擇合適的負載，將腔體密封。首先，計算得出傳感器在潔淨空氣中的電阻值，然後按照一定濃度、一定速度注入待測氣體CO2，保證腔體內壓強恆定，計算得出在某種濃度CO2氣體中的電阻值，得出傳感器的靈敏度；採用該方法，

當絕緣陶瓷上面，敏感層A中HoFeO3納米粉體和碳酸鈣粉末摩爾比為8:1，敏感層B中SnO2粉體和碳酸鈣粉末摩爾比為9:1；

絕緣陶瓷下面，敏感層B中SnO2粉體和碳酸鈣粉末摩爾比為8:1，敏感層A中HoFeO3納米粉體和碳酸鈣粉末摩爾比為9:1，並且，絕緣陶瓷燒結時間為5h時，

計算得出傳感器的響應時間、重複性數據。測試發現，在100ppm的CO2環境下，本發明的氣體傳感器的最優靈敏度為5.2，響應時間為27s，重複200次測試，結果變化小於9％，並且結果線性度好，恢復時間短，耐溫範圍寬。

(2)防水防腐蝕性能測試

將沒有塗刷防腐材料的傳感器與塗刷有防腐材料的傳感器分別置於水中、1％的HCl溶液和5％的NaOH溶液中，上述浸漬時間為2d、7d、15d、20d。實驗結果表明，沒有塗刷防腐材料層的傳感器在第7d的時候就出現發白現象，塗刷防腐材料層在第20d時才開始出現輕微的發白現象，其耐水性能明顯較高。在耐腐蝕性能方面，也表現出了相同的現象，說明其耐酸耐鹼的腐蝕性能良好。

關於上述實施例中的裝置，其中各個模塊執行操作的具體方式已經在有關該方法的實施例中進行了詳細描述，此處將不做詳細闡述說明。

本領域技術人員在考慮說明書及實踐這裡公開的發明後，將容易想到本發明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發明的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本發明的一般性原理並包括本申請未公開的本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發明的真正範圍和精神由上面的權利要求指出。