《基于探头表面纳米修饰技术的溶解氧测试设备开发及产业化》

该项目属于分析化学学科中新型检验仪器的开发设计方向,属于高新技术领域中“仪器仪表”领域,新型传感器技术和检测仪器技术方面的技术开发与应用方面和“环境监测技术”领域,在线连续自动监测技术。

现代社会中,每日每时都不可避免地产生大量工业及生活废水,污染着人类生存环境,尤其随着经济的发展,许多大型工厂企业的不断涌现,使工业污水导致的环境污染日趋严重,因此,有效地控制水资源污染已成为当务之急。当水体中有机物的含量表征着水体的质量,人们利用生化需氧量(Bichemical Oxygen Demand,BOD)来整体反映水体有机物污染的程度。已成为国际上最常用、最重要的水质有机污染指标和监测参数之一。国内通常使用溶解氧仪进行BOD的测定,但国内的溶解氧传感器用于溶液中测定时多存在着灵敏度低、响应时间长及指示剂易流失等不足。

在国家自然科学基金委项目(锌离子荧光探针对玻璃纤维的表面修饰及其功能研究,编号:20973072;荧光探针对具有纳米结构光纤探头表面修饰及功能研究,编号:21103061)的支持下,开拓性的采用对锥形化光纤探头进行纳米结构化处理的方案,增加光纤探头的比表面积,增加荧光传感探针表面修饰的量,有效提高了传感探头的检测灵敏度,同时与光纤传感系统耦合,成功实现了溶液中氧的测定。该项目相关的研究成果获批国家发明专利4项(一种修饰光纤及其制备方法、检测溶液中过氧化氢的方法,专利号:ZL201510534188.2;一种荧光硅纳米粒子修饰光纤及其制备方法,专利号:ZL201310192062.2;一种表面修饰玻璃纤维、制备方法及其应用,专利号:ZL201110229967.3;一种经表面处理的玻璃纤维、制备方法及应用,专利号:ZL201110024156.X,发表SCI收录学术论文2篇。

依托该项目相关探头修饰技术,学校与河南维诺生物科技有限公司进行了合作开发,开发出荧光材料共价修饰的纳米化光纤氧光化学传感探头,并用于污水处理设施,同传统的安培检测装置相比,光纤光化学氧传感器基于荧光猝灭原理构建,具有响应快、检测过程不耗氧和易微型化等优点,适合于环境监测和过程控制。与溶氧电极相比,荧光氧传感探头基于荧光猝灭原理构建,检测过程不消耗氧,也不需参比电极及电解液,性能稳定,便于在线连续监测。该项目采用对锥形化光纤探头进行纳米结构化处理的技术方案,具有增强信号稳定性和快速反应时间,精确度高,反应迅速,稳定性递增。相比竞争对手同类型号产品,反应时间快45%。测量受外界干扰因素少,测量准确,稳定性好。维护量少,使用简单可靠,享有专利的纳米化光纤氧光化学传感元件提供超高精度测量和不需要电解液的简单维护,灵活易用,适于在污水处理设施中使用。项目技术通过接产单位,在国内首次实现了产业化和实用化,所涉及的产品产值5700余万元,利税300余万元,产生了30多就业岗位,并在许昌泽济医疗器械有限公司、许昌润翔医疗器械有限公司等用户得到使用推广,另实现4000余万元的产值,400余万元利税,并产生60多就业岗位,经济和社会效益显著。

成果说明

该项目开拓性的采用对锥形化光纤探头进行纳米结构化处理的方案,增加光纤探头的比表面积,增加荧光传感探针表面修饰的量,有效提高了传感探头的检测灵敏度。具有增强信号稳定性和快速反应时间,精确度高,反应迅速,稳定性递增。相比竞争对手同类型号产品,反应时间快45%。维护量少,使用简单可靠,享有专利的光纤光化学氧传感探头提供超高精度测量和不需要电解液的简单维护,灵活易用,适于在污水处理厂内工艺控制点中使用。 本科技成果自研发成功后,经河南维诺生物科技有限公司将该技术转化应用于生产。2016年至2018年底,应用荧光

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