ガスセンシングの前に連続的かつ選択的なエタノール除去のための触媒フィルター

エタノールは、消毒剤またはアルコール飲料からの耐性と呼吸の遍在のため、ガスセンシングの主要な交絡因子です。実際、ほとんどの最新のガスセンサー（グラフェン、カーボンナノチューブ、または金属酸化物など）は、エタノールに敏感です。エタノールは標的分析物よりも高い濃度で存在することが多いため、これは困難です。ここでは、重大なアセトン、CH4、H2、トルエン、およびベンゼンを30-90％相対湿度のベンゼンよりも、選択的かつ継続的にエタノール（および1-ブタノール、イソプロパノール、メタノールなどの他のアルコールを選択的かつ継続的に除去するシンプルでモジュラーパックベッドフィルターが提示されています。。このフィルターは、火炎エアロゾル技術とアニーリングによって作られた触媒活性ZnOナノ粒子（DBET = 55 nm）で構成されています。260°Cを超えるフィルター温度でEthanolのCO2およびH2への連続酸化が観察されましたが、それ以下では、不要なアセトアルデヒドが形成されました。最も驚くべきことに、質量分析で確認されたように、アルコール中毒のボランティアによる予備試験で、最大185 ppmまでのエタノール濃度を吐き出した呼吸から除去しました。同時に、ほぼ4桁低い（例：0.025 ppm）アセトン濃度が保存されました。これは、エタノールとアセトン変換が重なり合った以前の触媒フィルター（例：Cuo、Sno2、およびFe2O3）よりも優れており、ZnOの表面塩基性に関連していました。ZNOフィルターの性能は、少なくとも21日間安定していました（±2.5％の変換の変動性）。最後に、SIドープWO3センサーと組み合わせると、フィルターは、センサーの高速応答と回復時間を損なうことなく、アセトンを感知するときにエタノール干渉を効果的に緩和しました。このような触媒フィルターは、すべてのガスセンサーと容易に組み合わせることができます。

Ethanol is a major confounder in gas sensing because of its omnipresence in indoor air and breath from disinfectants or alcoholic beverages. In fact, most modern gas sensors (e.g., graphene, carbon nanotubes, or metal oxides) are sensitive to ethanol. This is challenging because ethanol is often present at higher concentrations than target analytes. Here, a simple and modular packed bed filter is presented that selectively and continuously removes ethanol (and other alcohols like 1-butanol, isopropanol, and methanol) over critical acetone, CH4, H2, toluene, and benzene at 30-90% relative humidity. This filter consists of catalytically active ZnO nanoparticles (dBET = 55 nm) made by flame aerosol technology and annealing. Continuous oxidation of ethanol to CO2 and H2 was observed at filter temperatures above 260 °C while below that, unwanted acetaldehyde was formed. Most remarkably, ethanol concentrations up to 185 ppm were removed from exhaled breath in preliminary tests with an alcohol intoxicated volunteer, as confirmed by mass spectrometry. At the same time, almost 4 orders of magnitude lower (e.g., 0.025 ppm) acetone concentrations were preserved. This was superior to previous catalyst filters (e.g., CuO, SnO2, and Fe2O3) with overlapping ethanol and acetone conversions and related to ZnO's surface basicity. The ZnO filter performance was stable (±2.5% conversion variability) for, at least, 21 days. Finally, when combined with a Si-doped WO3 sensor, the filter effectively mitigated ethanol interference when sensing acetone without compromising the sensor's fast response and recovery times. Such catalytic filters can be combined readily with all gas sensors.