一种用于煤矿火灾报警的乙烯传感器的利记博彩app

文档序号:6136349阅读:412来源:国知局
专利名称:一种用于煤矿火灾报警的乙烯传感器的利记博彩app
技术领域
本发明涉及一种从煤矿井下或空气中检测微量(0.5~100ppm)乙烯的乙烯传感器,具体地说,含有微量乙烯的空气或气体第一步先扩散通过净化催化剂,净化掉能引起影响的一氧化碳气体;第二步再扩散进入乙烯传感器进行电化学氧化反应,获得电流信号,从而得到微量乙烯的浓度。
乙烯是煤矿发生火灾的标志性气体之一,是继煤层自燃释放出大量一氧化碳之后紧接着出现的又一种气体,所以检测出微量的乙烯就能预报煤矿井下火灾的发生。目前虽然已有能检测一氧化碳的传感器(参见中国统配煤矿总公司印发的关于《KG3021型一氧化碳传感器,506LC一氧化碳敏感元件》技术鉴定证书,1991年,中国科学院大连化学物理研究所),如果有效检测乙烯的传感器和一氧化碳传感器配合,就更能提高预报火灾的正确性。目前,检测微量乙烯的方法有红外吸收法,色谱氢火焰分析法,但由于煤矿的安全需要,不能直接用于煤矿井下分析。
本发明的目的是提供一种经济的、适用于煤矿井下大规模使用的,空气或气体中微量(ppm级)乙烯的乙烯传感器。
本发明提供了一种用于煤矿火灾报警的乙烯传感器,由透气膜(2)、工作电极(3)、电解液(4)、对面电极(5)、透气膜(2)透氧膜(6)叠合于壳体中构成,工作电极(3)与对面电极(5)间加有恒压源A,其特征在于在透气膜(2)前附设一氧化碳过滤器(1),其采用的一氧化碳净化催化剂以CuO2、TiO2、SnO2或MnO2作为载体,Pt和/或Pd贵金属作为活性成分,贵金属含量分别为0.01~5.0%wt;其中电极(3)(5)用贵金属Pt黑催化剂混合,聚四氟乙烯涂覆在聚四氟乙烯透气膜上构成,贵金属含量在40~95%。
此外,本发明中所用的透气膜(2)为聚四氟乙烯透气膜;所用透氧膜(6)为氟乙烯氟丙烯共聚物;所用电解液为磷酸或硫酸溶液,浓度为0.1~5.0M。
本发明的原理(

图1)是采用选择性的一氧化碳净化催化剂,首先将气体中一氧化碳等净化除去,而空气或气体中的微量乙烯扩散通过净化催化剂、聚四氟乙烯透气膜(透气率22.7毫升/大气压·秒·厘米2)、到达工作电极催化剂层,在催化剂作用下,与硫酸或磷酸电解液中的水发生氧化反应,生成二氧化碳,同时释放出电荷;在对面电极上,氧扩散通过透氧膜(透气率2.8×10-5毫升/大气压·秒·厘米2)、透气膜(透气率同工作电极),到达对面电极催化剂层,在催化剂作用下,与电解液中氢质子还原生成水,并吸收电荷。通过外电路导通,有电流流过,流过的电流与乙烯浓度成正比,整个反应式可用下式表示(1)(2)(3)*所谓透氧膜,实际上对气体没有选择性,由于透气率小,既使空气中21%的氧透过的量也小,所以ppm级乙烯浓度透过的量就可以忽略不计了。
(3)式的反应是不能自发进行的,必须有外电位来维持,且电位的大小对乙烯的氧化有很大的影响,只有当工作电极的电位维持在合适的电位时反应才能顺利地进行,故在外电路中还有一个维持工作电极电位恒定的部分,这就是"定电位"的含义。该乙烯传感器可以在室温,相对湿度≤98%以下的条件使用,检测使用范围为0~100ppm,1000ppm以下的一氧化碳气体不会对乙烯传感器产生干扰。
下面通过实施例对本发明的技术给予进一步说明实例11.0%Pt+1.0%Pd/MnO2净化催化剂制备称重10克MnO2,量取0.025克/毫升的氯铂酸和氯化钯溶液各4.0毫升,三者混合均匀,加适量水调成浆糊状挤条成φ2×2的颗粒,放进管式炉中,氮气氛下100℃烘干2小时,通氮氢(10~30%氢)混合气还原2小时,降至室温,钝化2天后取出。取出后的样品用去离子水洗氯离子,pH=7,100℃烘干2小时。
实例2电极制备及安装称重Pt黑0.15克,量取60%(重量比)聚四氟乙烯乳液0.09毫升,两者混合均匀,加适量蒸馏水,调成浆糊状,涂在两片面积为2厘米2,厚度为0.2毫米的聚四氟乙烯透气膜上(透气率22.7毫升/大气压·秒·厘米2),制成的电极在管式炉中100℃烘干2小时,260℃烧结5分钟成型,电极安装在由聚氯乙烯材料制成的壳体中。
实例3乙烯传感器性能1由于煤矿中的乙烯是继一氧化碳大量出现之后才出现的气体,检测出微量的乙烯对于煤矿火灾报警是至关重量的,所以乙烯传感器必须具有很高的灵敏度,表1是乙烯传感器进0.5ppm乙烯时的灵敏度实验。实验是在2.6升密闭容器中进行的,按容积来计算需要注射的乙烯量。从表1中可以看出,该乙烯传感器完全能检测出0.5ppm的乙烯,但响应时间较长,可能与乙烯的浓度有关,因为进10ppm乙烯时,响应时间只要1.5分。
表1乙烯传感器在0.5ppm乙烯浓度时的灵敏度实验响应时间(分)显示浓度(ppm)0- 050.210 0.230 0.360 0.490 0.5*以进乙烯前为标准实例4乙烯传感器性能2用实例1制备的净化催化剂和实例2制作的电极组装成乙烯传感器进行了各种乙烯浓度下的实验,其结果列于表2中。实验所用恒电位仪由日本北斗电工株式会社制造,用X-Y记录仪(上海自动化仪表二厂)记录传感器输出电流,实验温度为室温。从表2中可以看出,乙烯传感器检测乙烯的线性范围为0~100ppm。
表2乙烯浓度与传感器输出电流的关系乙烯浓度(ppm) 电流输出(μA)10 1.020 1.950 4.8100 9.5150 11.5200 12.5
实例5乙烯传感器性能3由于乙烯传感器既能检测微量乙烯,又能检测出一氧化碳,所以乙烯传感器中的净化催化剂必须要把一氧化碳完金净化掉,以消除一氧化碳对乙烯传感器的干扰,才能达到精确检测乙烯的目的,表3列举了不同一氧化碳浓度时的四种净化催化剂净化实验结果,实验在室温进行,实验条件同实例3。从表3中可以看出,传感器未安装净化催化剂时,输出电流很大,说明一氧化碳气体对乙烯传感器的干扰很大。但在净化催化剂存在时,即使一氧化碳浓度达到1000ppm,乙烯传感器也没有检测到一氧化碳,说明一氧化碳在扩散进入到净化催化剂时,已被完全净化。
表3净化催化剂净化一氧化碳实验结果一氧化碳浓度 无净化催化剂 Pt·Pd/MnO2Pt·Pd/TiO2Pt·Pd/CuO2Pt·Pd/SnO2(ppm) 电流输出(μA) 电流输出(μA) 电流输出(μA) 电流输出(μA) 电流输出(μA)100 19 0 0 0 0200 38 0 0 0 0300 56 0 0 0 0400 75 0 0 0 0600 1100 0 0 01000 1800 0 0 0实例6乙烯传感器性能4因为空气或气体中含有水汽,特别是煤矿井下含有饱和水汽,乙烯传感器中的净化催化剂抗水汽性能如何是表明乙烯传感器是否具有实用价值的检测仪器,表4列举了净化催化剂抗水汽性能。实验是先将净化催化剂放置于含有饱和水汽(相对湿度为95~98%)的密闭容器中,7天后,再进行乙烯传感器净化一氧化碳的实验,重复进行。从表4中可以看出,净化催化剂既使在饱和水汽中放置50天,净化效果仍然很好。
表4净化催化剂抗水汽性能一氧化碳浓度(ppm)传感器输出电流(μA)100020004000600010000
权利要求
1.一种用于煤矿火灾报警的乙烯传感器,由透气膜(2)、工作电极(3)、电解液(4)、对面电极(5)、透氧膜(2)透气膜(6)叠合于壳体中构成,工作电极(3)与对面电极(5)间加有恒压源A,其特征在于在透气膜(2)前附设一氧化碳过滤器(1),其采用的一氧化碳净化催化剂以CuO2、TiO2、SnO2或MnO2作为载体,Pt和/或Pd贵金属作为活性成分,黄金属含量分别为0.01~5.0%wt;其中电极(3)(5)用贵金属Pt黑催化剂混合,聚四氟乙烯涂覆在聚四氟乙烯透气膜上构成,贵金属含量在40~95%。
2.按权利要求1所述用于煤矿火灾报警的乙烯传感器,其特征在于所用的透气膜(2)为聚四氟乙烯透气膜。
3.按权利要求1所述用于煤矿火灾报警的乙烯传感器,其特征在于所用透氧膜(6)为氟乙烯氟丙烯共聚物。
4.按权利要求1所述用于煤矿火灾报警的乙烯传感器,其特征在于所用电解液为磷酸或硫酸溶液,浓度为0.1~5.0M。
全文摘要
一种用于煤矿火灾报警的乙烯传感器,由透气膜、工作电极、电解液、对面电极、透氧膜透气膜叠合于壳体中构成,工作电极与对面电极间加有恒压源A,在透气膜前附设一氧化碳过滤器,其采用的一氧化碳净化催化剂以CuO
文档编号G01N27/26GK1228535SQ9811381
公开日1999年9月15日 申请日期1998年3月5日 优先权日1998年3月5日
发明者董永来, 李文钊, 于春英, 江义 申请人:中国科学院大连化学物理研究所
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