Chemiresistive Ion Sensors for Water Quality Applications
适用于水质应用的化学电阻离子传感器
基本信息
- 批准号:571853-2021
- 负责人:
- 金额:$ 7.29万
- 依托单位:
- 依托单位国家:加拿大
- 项目类别:Alliance Grants
- 财政年份:2022
- 资助国家:加拿大
- 起止时间:2022-01-01 至 2023-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
This proposal aims to develop McMaster's chemiresistive technology for use in industrial water systems run by the client companies of our industrial partner, Magnus. Magnus Chemicals Ltd, a Canadian company founded in 1946, specializes in water treatment for industrial applications (steam boilers, cooling towers and closed loop cooling systems). For these applications, it is important to detect corrosion products and fouling, control alkalinity and water hardness, and monitor other parameters resulting from the water treatment processes. In most cases, reliable online sensors for monitoring these parameters are not available. Manual monitoring involves plant operators or technicians conducting chemical tests with reagents at regular intervals and comparing the results to specified chemical control limits. Some devices for online monitoring have been developed, mainly relying on colorimetric and electrochemical sensors. Colorimetric sensors require periodic maintenance for refills. Electrochemical sensors are typically reagentless, but nevertheless limited by the durability of their reference electrodes. In contrast, chemiresistors have a very simple and robust design and can operate without reagents or reference electrodes, thus reducing manufacturing and maintenance costs. The McMaster team (Kruse, Selvaganapathy groups) has worked over the last 8 years to develop chemiresistive sensors based on nanocarbon films such as carbon nanotubes (CNTs) or exfoliated few-layer graphene (FLG) modified with switchable dopant molecules, based on the notion of switching the doping characteristic of a molecule due to changes in its chemical environment. Due to the 2D nature of our nanocarbon films, and the change in doping behavior of our specific molecules, the state of the molecular switch can be read out by measuring the resistivity of the nanocarbon film. The read-out can occur at low voltages, enabling operation in aqueous analytes without inducing electro-chemical processes. This grant provides an opportunity to significantly broaden the utility of chemiresistors in water quality applications.
该提案旨在开发麦克马斯特的化学电阻技术,用于我们工业合作伙伴Magnus的客户公司运营的工业水系统。Magnus Chemicals Ltd是一家成立于1946年的加拿大公司,专门从事工业应用(蒸汽锅炉,冷却塔和闭环冷却系统)的水处理。对于这些应用,重要的是检测腐蚀产物和结垢,控制碱度和水硬度,并监测水处理过程中产生的其他参数。在大多数情况下,用于监测这些参数的可靠的在线传感器不可用。人工监测涉及工厂操作员或技术人员定期使用试剂进行化学测试,并将结果与规定的化学控制限值进行比较。已经开发了一些用于在线监测的装置,主要依靠比色和电化学传感器。比色传感器需要定期维护以进行重新填充。电化学传感器通常是无试剂的,但仍然受到其参比电极的耐久性的限制。相比之下,化敏电阻器具有非常简单和坚固的设计,并且可以在没有试剂或参比电极的情况下操作,从而降低了制造和维护成本。McMaster团队(Kruse,Selvaganapathy groups)在过去的8年里一直致力于开发基于纳米碳薄膜的化学电阻传感器,例如碳纳米管(CNT)或剥离的少层石墨烯(FLG),这些薄膜用可切换的掺杂剂分子进行改性,基于由于化学环境的变化而切换分子的掺杂特性的概念。由于我们的纳米碳膜的2D性质,以及我们特定分子的掺杂行为的变化,可以通过测量纳米碳膜的电阻率来读出分子开关的状态。读出可以在低电压下发生,使得能够在水性分析物中操作而不引起电化学过程。这项资助提供了一个机会,大大扩大了水质应用中的化学电阻器的效用。
项目成果
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