чувствительный электрод электрохимического датчика парциального давления окислов серы в газовых смесях
Классы МПК: | G01N27/407 для исследования или анализа газов |
Автор(ы): | Пономарева В.Г., Лаврова Г.В., Уваров Н.Ф. |
Патентообладатель(и): | Институт химии твердого тела и переработки минерального сырья СО РАН, Новосибирский государственный университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-12-14 публикация патента:
10.11.1997 |
Изобретение относится к аналитическому приборостроению, касается чувствительного электрода датчика окислов серы и может быть использовано в различных отраслях промышленности и энергетики, а также для мониторинга окружающей среды. Задача, решаемая изобретением, снижение рабочих температур чувствительного элемента датчика парциального давления окислов серы при наличии высокой чувствительности и селективности в присутствии NO2, а также снижение стоимости. Разработан чувствительный электрод электрохимического датчика парциального давления окислов серы в газовых смесях, состоящий из или смеси мелкодисперсных порошков Zr и ZrO2, взятых в определенном молярном соотношении. 2 табл.
Рисунок 1
Формула изобретения
Чувствительный электрод электрохимического датчика парциального давления окислов серы в газовых смесях, содержащий металл, отличающийся тем, что он состоит из Zr или смеси мелкодисперсных порошков Zr и ZrO2, взятых в соотношении, моль. Zr 80 99ZrO2 Остальноет
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может применяться в различных отраслях промышленности и энергетики для определения содержания SOx в газовом потоке, а также для мониторинга окружающей среды. Изобретение касается чувствительного электрода датчика окислов серы. Известен чувствительный элемент датчика SO2 в газовых смесях A10, где в качестве чувствительного электрода используют VO2Ag/Ag2SO4/Li 2 SO4-Al2O3/Vo2 [1]
Этот элемент работает в диапазоне температур 350 500oC и его показания слабо зависят от давления O2. В то же время он обладает довольно низкой чувствительностью к SO2 (приблизительно 40 мв/порядок) и недостаточно высокой стабильностью, особенно в присутствии примеси окислов азота NOx. В большинстве известных чувствительных элементов датчиков парциального давления SOx в качестве чувствительного электрода используют платину
Ag/Ag2SO4-K 2 SO4/K2SO4/Pt [2] (2)
Ag/Ag2SO4-Li 2 SO4/Pt [3] (3)
Ag/Ag2SO4-Ba 2 SO4/Pt[4] (4)
Наиболее близким техническим решением является чувствительный элемент (4), содержащий электролит Ag2SO 4 -Li2SO4, серебряный электрод сравнения и чувствительный электрод из Pt [4] Этот электрод работает достаточно стабильно и селективно, его чувствительность к SO2 достигает 80 мв/порядок. Однако электрод имеет следующие недостатки: высокую стоимость; работает только при высоких температурах (выше 500oC), при снижении температуры падает чувствительность и стабильность из-за загрязнения электрода вследствие ухудшения десорбции газов. В изобретении решается задача снижения рабочих температур чувствительного элемента датчика парциального давления окислов серы при наличии высокой чувствительности и селективности в присутствии NO2, а также снижение стоимости. Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что в качестве электрода, чувствительного к SOx, используют Zr или смесь мелкодисперсных порошков Zr и ZrO2, взятых в соотношении, мол. Zr 80 99,
ZrO2 Остальное
Работу этого чувствительного электрода в датчике парциального давления окислов серы можно проиллюстрировать следующими примерами. Пример 1. Таблетки композита Li2 SO4-Al2O3 (при соотношении компонентов 50: 50 мол. ) и сульфата серебра спрессовывают вместе, сторону, на которой находится Ag2SO4, покрывают серебряной пастой, а к другой стороне притирают порошкообразный электрод Zr-ZrO2 (при соотношении компонентов 80 20%). Пример 2. На таблетку композита CsHSO4-SiO2 [5] обладающего высокой проводимостью (
![чувствительный электрод электрохимического датчика парциального давления окислов серы в газовых смесях, патент № 2095801](/images/patents/377/2095025/946.gif)
![чувствительный электрод электрохимического датчика парциального давления окислов серы в газовых смесях, патент № 2095801](/images/patents/377/2095801/2095801t.gif)
В электрохимических датчиках парциального давления Sox в присутствии NO2 на Pt-электроде могут протекать 2 конкурирующие реакции
NO2 + 1/2O2 + e- _
![чувствительный электрод электрохимического датчика парциального давления окислов серы в газовых смесях, патент № 2095801](/images/patents/377/2095156/8594.gif)
SO2 + O2 + 2e- _
![чувствительный электрод электрохимического датчика парциального давления окислов серы в газовых смесях, патент № 2095801](/images/patents/377/2095156/8594.gif)
Цирконий выступает в качестве катализатора только реакции (2) окисления серы, вследствие чего эта реакция доминирует, а реакция (1) ингибируется и протекает только при достаточно высоких парциальных давлениях окисла азота. Платина катализирует как реакцию (1), так и (2). Из таблицы видно, что увеличение содержания ZrO2 в электроде более 20% приводит к значительному увеличению времен отклика датчика вследствие того, что удельное сопротивление электрода резко возрастает. Литература
1. Э. Ф.Хайретдинов, Н.Ф.Уваров, В.Г.Пономарева, Патент РФ N 2038591, G 01 N 27/407, регистр. 27.06.95. 2. M.Gauthier, F.Chamberlend, "Solid state detectors for the potentiometric determination of gaseous oxides", J.Electrochem. Soc. 124, (1977), pp. 1579 1588. 3. W. L. Worrell apd Q.G.Liu, "A pew sulfur dioxide sensor usinga novel two-phase slid-sulfate electrolyte", J.Electroanal. Chem. 168, (1984), pp. 355 362. (прототип)
4. N.Yamaguchi, G.Adachi, J.Shiokawa, H.Yochioka, "Sulfur oxide gas sensor based on Na2SO4-containing comrosites", Solid State Ionics, 1986, vol. 20, pp. 153 160. 5. V.G.Ponomareva, G.V.Lavrova, N.F.Uvarov, E.F.Hairetdinov, "Comrosite solid electrolite in the CsHsO4-SiO2 system", Solid State Ionics, 1995, in press.
Класс G01N27/407 для исследования или анализа газов