Електрохімічний сенсор для визначення вмісту галогеноводнів у повітряному середовищі - Автореферат

бесплатно 0
4.5 160
Розробка електрохімічного сенсора для визначення вмісту галогеноводнів у повітряному середовищі екологічно небезпечних виробництв. Дослідження електрохімічної поведінки пористого титану і каталітично активних електродів в кислих хлоридних електролітах.

Скачать работу Скачать уникальную работу

Чтобы скачать работу, Вы должны пройти проверку:


Аннотация к работе
До 80% світового парку технічних засобів моніторингу повітряного середовища базується на використанні електрохімічних сенсорів, яким притаманні висока надійність, точність, простота обслуговування, низьке енергоспоживання і доступність. Зокрема, в умовах природної вологості повітряного середовища хлороводень схильний до утворення аерозолів, має високі адсорбованість конструкційними матеріалами і корозійну активність. Робота виконана в рамках науково-технічної проблеми по створенню електрохімічних сенсорів нової генерації для моніторингу повітряного середовища, яка розвивається на кафедрі технології електрохімічних виробництв Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут". Робота виконувалася по програмах проекту №3.4/368 "Дослідження селективності електрохімічних реакцій на металоксидних електродах" Державного фонду фундаментальних досліджень Міністерства науки України (1997 г.) (номер державної реєстрації 0100U004343) та проекту №2397 "Синтез і дослідження композиційних матеріалів на основі електрокаталізаторів та іонообмінників з метою створення нових типів газових електрохімічних сенсорів" (2000 р.) (номер державної реєстрації 0100U000616) у відповідності з координаційним планом Міністерства освіти і науки України за напрямком 6.4 "Дослідження адсорбційних, каталітичних та корозійних явищ на поверхні твердих тіл з метою розвитку ресурсозберігаючих технологій". розробити каталітично активні газодифузійні електроди, яким властиві функції відгуку потенціалу при зміні РН розчину електроліту під впливом абсорбованих галогеноводнів в області їх ГДК у повітряному середовищі та вивчити поведінку каталітично активних газодифузійних електродів у сильнокислих хлоридних розчинах;Розглянута можливість створення електрохімічного сенсора галогеноводнів, принцип дії якого базується на нормованій залежності потенціалу індикаторного електрода Е від РН розчину або зумовленою цією залежністю зміною швидкості струмоутворюючої реакції з участю протонів. Електрохімічні комірки містили електрод порівняння, допоміжний та індикаторний електроди або тільки допоміжний та індикаторний електроди. Неоднозначний характер залежностей швидкості процесів відновлення адсорбованого кисню від РН розчину зумовлює слабовиражені залежності Е для електродів з платиновою черню та карбіду вольфраму на титановій основі. Десорбція хлору з поверхні індикаторного електрода в газову фазу зумовлює стабілізацію Е електродів у газодифузійному режимі при більш негативних значеннях Е, ніж у розчинах LICL, і відповідно, приводить до порушення лінійності залежності Е - РН. Значний дрейф струмових сигналів у присутності HCL і невідтворність показань на комірках з індикаторними електродами з Sb при Е <0,1 В певно зумовлені хімічною нестійкістю поверхневої плівки з Sb2O3 у кислому середовищі Таким чином, внаслідок недостатньої оборотності окислювально-відновних процесів з участю адсорбованого кисню, кінетичних обмежень та зміни каталітичної активності електроди з платинової черні, Pt/Ti, Au/Ti, Sb і WC не можуть бути використані як індикаторні для сенсорів галогеноводнів амперометричного типу.Проведені теоретичні і експериментальні дослідження поведінки пористого титану і каталітично активних електродів на його основі в кислих хлоридних розчинах, за результатами яких створені твердотільні електрохімічні системи з газодифузійними електродами, придатні для використання в амперометричних сенсорах для визначення вмісту галогеноводнів у повітряному середовищі. Встановлено, що лімітуючими стадіями процесу відновлення диоксиду марганцю у відсутності поляризуючого струму в газодифузійному режимі є абсорбція хлороводню, а у рідиннофазовому режимі - масоперенос хлору в приелектродному шарі розчину. В умовах абсорбційного граничного струму галогеноводню на газодифузійному диоксидномарганцевому електроді виявлена зміна механізму електродної реакції в кислому середовищі при постійному потенціалі, що супроводжується переходом від рідиннофазового до протонно-електронного твердофазового відновлення диоксиду марганцю. Вперше теоретично обгрунтований і практично реалізований газовий сенсор галогеноводнів гальванічного типу, дія якого базується на відновленні диоксиду марганцю на індикаторному електроді та окисленні диоксиду марганцю нестехіометричного складу на допоміжному електроді.

План
Основний зміст роботи

Вывод
Проведені теоретичні і експериментальні дослідження поведінки пористого титану і каталітично активних електродів на його основі в кислих хлоридних розчинах, за результатами яких створені твердотільні електрохімічні системи з газодифузійними електродами, придатні для використання в амперометричних сенсорах для визначення вмісту галогеноводнів у повітряному середовищі.

Розроблений газодифузійний диоксидномарганцевий електрод на титановій основі зі стабільними функціями відгуку потенціалу в безструмовому режимі і катодного струму при постійному потенціалі під впливом абсорбованого з повітряного середовища галогеноводню.

Досліджені механізм і кінетика відновлення диоксиду марганцю в кислих хлоридних розчинах з утворенням хлору. Встановлено, що лімітуючими стадіями процесу відновлення диоксиду марганцю у відсутності поляризуючого струму в газодифузійному режимі є абсорбція хлороводню, а у рідиннофазовому режимі - масоперенос хлору в приелектродному шарі розчину.

В умовах абсорбційного граничного струму галогеноводню на газодифузійному диоксидномарганцевому електроді виявлена зміна механізму електродної реакції в кислому середовищі при постійному потенціалі, що супроводжується переходом від рідиннофазового до протонно-електронного твердофазового відновлення диоксиду марганцю.

Вперше теоретично обгрунтований і практично реалізований газовий сенсор галогеноводнів гальванічного типу, дія якого базується на відновленні диоксиду марганцю на індикаторному електроді та окисленні диоксиду марганцю нестехіометричного складу на допоміжному електроді.

Проведена оптимізація параметрів сенсорів хлороводню гальванічного типу. Встановлено, що найкращі значення чутливості, часу відгуку і ресурсу сенсорів забезпечує допоміжний електрод з диоксиду марганцю марки ЕДМ-2 зі стабілізаторами РН розчину електроліту при РН 2,5 - 3.

Виготовлені і випробувані дослідні партії сенсорів для визначення концентрації хлороводню і фтороводню в повітряному середовищі. Визначені метрологічні характеристики сенсорів хлороводню. За часом відгуку, чутливістю, терміном служби, точністю визначення і селективністю розроблені сенсори переважають відомі аналоги, наявні на світовому ринку. Отримані результати узгоджуються з даними польових випробувань розроблених сенсорів, проведених іноземними фірмами приладобудівного профілю.

Створені сенсори хлороводню гальванічного типу використані для розробки і виробництва газоаналізаторів типу "Грант-7" для визначення концентрації хлороводню у повітрі робочої зони підприємств металургійної, хімічної та інших галузей промисловості.

Список литературы
1. Чвирук В.П., Заверач Е.М., Линючева О.В. Электрохимический сенсор для определения концентрации галогеноводородов в воздухе// Экотехнология и ресурсосбережение. - 2000. - № 3. - С. 70 - 76.

2. Чвирук В.П., Заверач Е.М., Линючева О.В. Поведение металлоксидных электродов на титановой основе в кислых хлоридных электролитах// Вопросы химии и химической технологии. - 1999.- №1. - С. 354 - 356.

3. Заверач Є. М., Лінючева О. В., Оксенгойт Є. О., Чвірук В.П. Електрохімічний сенсор хлороводню та газоаналізатор на його основі// Вісник Технологічного університету Поділля. - Частина 1. Технічні науки. - 2000. - № 5. - С. 182 - 184.

4. Чвірук В.П., Лінючева О.В., Кушмирук А.І., Нефедов С.В., Букет А.І., Заверач Є.М. Уніфікована серія електрохімічних газових сенсорів нового покоління для моніторингу повітряного середовища// Винахідник і раціоналізатор. - 1998. - №4. - С. 14 - 17.

5. Чвірук В.П., Лінючева О.В., Кушмірук А.І., Нефедов С.В., Букет О.І., Заверач Є.М. Електрохімічні газові сенсори нового покоління// Вопросы химии и химической технологии. - Спец. вып. (Электрохимия), Днепропетровск. - 1999. - №1. - С. 359-361.

6. Chviruk V.P., Linycheva O.V., Kuschmiruk A.I., Zaverach E.M. Novel Electrode Materials and Electrochemical Gas Sensors based on them// International Conf. and Exhibition "Micro Materials". - May 16-18 1997. - Berlin. - Germany. -Abstracts. - P. 441.

7. Chviruk V.P., Linycheva O.V., Kuschmiruk A.I., Nefedov S.V., Buket A.I., Zaverach E.M. Electrochemical sensors and gas generators based on quasi-solid electrolytes// Eurosensors XI. The 11th European Conf. Solid-State Transducers. - Sept. 21-24 1997. - Warsaw. - Poland. - Abstracts. - Р. 394.

8. Чвирук В.П., Линючева О.В., Кушмирук А.И., Нефедов С.В., Заверач Е.М., Букет А.И. Унифицированная серия электрохимических сенсоров для мониторинга воздушной среды// Тезисы докладов Международного конгресса "Защита-98". - 17 - 18 мая 1998. - Москва.- Россия. - Часть II. - С. 465.

9. Chviruk V.P., Linycheva O.V., Kuschmiruk A.I., Nefedov S.V., Buket A.I., Zaverach E.M. Novel Electrochemical System and Sensors based on them// International Conf. "Sensors Springtime in Odessa". - May 29 - 30 1998. - Odessa. - Ukraine. - Abstracts. - Р. 215.

10. Букет О.І., Заверач Є.М. Уніфікована серія електрохімічних газових сенсорів токсичних та вибухонебезпечних газів// Збірка тез доповідей учасників науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених "Екологія. Людина. Суспільство". - 22 травня 1998. - Київ. - Україна. - С. 24 - 25.

11. Chviruk V.P., Linycheva O.V., Kuschmiruk A.I., Nefedov S.V., Buket A.I., Zaverach E.M. Galvanic-type electrochemical Sensors based on quazi-solid electrolytes: theory and applications// 49th Annual Meeting ISE. - Sept. 8 - 10 1998. - Kitakyushu. - Japan. - Abstracts. - Р. 774.

12. Chviruk V.P., Linycheva O.V., Kuschmiruk A.I., Nefedov S.V., Buket A.I., Zaverach E.M. Solid-state electrochemical system and sensors based on them// 50th Annuel Meeting ISE. - Sept. 8 -10 1999. - Pavia. - Italy. - Abstracts. - Р. 735.

13. Чвирук В.П., Заверач Е.М., Линючева О.В. Поведение газодиффузионных электродов с кислородной деполяризацией в сенсорах хлороводорода// Тезисы докладов V Всеросийской конференции с участием стран СНГ "Электрохимические методы анализа". - 8 - 10 декабря 1999.- Москва. - Россия. - С. 79 - 80.

14. Чвирук В.П., Линючева О.В., Кушмирук А.И., Нефедов С.В., Заверач Е.М., Букет А.И. Твердотельные электрохимические системы и сенсоры на их основе// Тезисы докладов V Всеросийской конференции с участием стран СНГ "Электрохимические методы анализа". - 8 - 10 декабря, 1999. - Москва. - Россия. - С. 229 - 230.

15. Чвирук В.П., Линючева О.В., Кушмирук А.И., Нефедов С.В., Заверач Е.М., Букет А.И. Теория и практика твердотельных электрохимических газовых сенсоров// Тезисы докладов V Всеросийской конференции с участием стран СНГ "Электрохимические методы анализа", 8 - 10 декабря, 1999. - Москва. - Россия. - С. 227 - 229.

16. Chviruk V.P., Linycheva O.V., Kuschmiruk A.I., Nefedov S.V., Buket A.I., Zaverach E.M. The theory and application of solid-state electrochemical gas sensors for detecting impurities in air// 51th Annuel Meeting ISE. - Sept. 8 -10 1999. - Warzsawa. - Poland.- Р. 775

17. Chviruk V.P., Linycheva O.V., Kuschmiruk A.I., Nefedov S.V., Buket A.I., Zaverach E.M. Solid-state electrochemical sensors for detecting of gas admixtures in air// 7th International Frumkin Symposium. - Oct. 23 - 28 2000. - Moscow. - Russia. - Abstracts, Part II. - P. 648.

18. Чвірук В.П., Лінючева О.В., Заверач Є.М. Заявка на винахід "Електрохімічна комірка для кількісного визначення вмісту галогеноводнів в газах" - Реєстраційний №2000116183 від 1.11.2000.

Размещено на .ru

Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность
своей работы


Новые загруженные работы

Дисциплины научных работ





Хотите, перезвоним вам?