Кушмирук Андрій Іванович. Електрохімічні сенсори відновлювальних газів для моніторингу повітряного середовища

Краткое описание

Кушмирук Андрій Іванович. Електрохімічні сенсори відновлювальних газів для моніторингу повітряного середовища: дис... канд. техн. наук: 05.17.03 / Національний технічний ун-т України "Київський політехнічний ін-т". - К., 2005.

Кушмирук А.І. Електрохімічні сенсори відновлювальних газів для моніторингу повітряного середовища. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17. 03 технічна електрохімія. Національний технічний університет України Київський політехнічний інститут”, Київ, 2005.
Дисертація присвячена розробці електрохімічних сенсорів амперометричного типу для визначення вмісту відновлювальних газів у повітрі робочої зони.
Розроблено каталітично активні газодифузійні електроди на титановій основі, стабільні в умовах відновлення кисню й окиснення відновлювальних газів у системі з твердим протонпровідним електролітом (ТПЕ). Показано, що лімітуючою стадією процесу окиснення відновлювальних газів є адсорбція цих газів на електродах, причому швидкість їхнього окиснення принаймні на порядок нижча граничних дифузійних струмів. Уперше теоретично обґрунтовані і практично реалізовані дво- і триелектродні амперометричні сенсори відновлювальних газів для моніторингу повітряного середовища на основі ТПЕ. За діапазоном вимірюваних концентрацій, роздільною здатністю, швидкодією, стабільністю у часі і терміном служби розроблені сенсори відповідають кращим зарубіжним аналогам.

1. Проведені теоретичне й експериментальне дослідження електрохімічної системи твердий протонпровідний електроліт - каталітично активні електроди на основі титану, за результатами якого розроблено амперометричні сенсори для моніторингу відновлювальних газів у повітряному середовищі.
2. Обґрунтовані механізм виникнення і природа безструмових потенціалів каталітично активних електродів у системі з твердим протонпровідним електролітом у повітряному середовищі у присутності відновлювальних газів. Встановлено, що безструмові потенціали цих електродів відповідають компромісним потенціалам спряжених реакцій відновлення адсорбованого оксигену й окиснення відновлювальних газів.
3. Вивчена кінетика окиснення водню, монооксиду карбону, диоксиду сульфуру і сірководню на газодифузійних каталітично активних електродах у системі з твердим протонпровідним електролітом. Показано, що лімітуючою стадією процесу є адсорбція цих газів на електродах, причому швидкість їхнього окиснення принаймні на порядок нижча граничних дифузійних струмів.
4. Визначені області потенціалів електрохімічної стабільності і корозійної стійкості титану і каталітично активних електродів на його основі в системі з твердим протонпровідним електролітом. Розроблені каталітично активні газодифузійні електроди на титановій основі, стабільні в умовах відновлення кисню й окиснення відновлювальних газів у системі з твердим протонпровідним електролітом.
5. Вивчена кінетика й обґрунтований механізм окисно-відновних процесів на диоксиді рутенію в системі з твердим протонпровідним електролітом. Встановлено, що диоксид рутенію в цій системі є тривимірним електродом, поляризованість якого обумовлена оборотним переносом зарядів при зміні ємності подвійного електричного шару і ступеня окиснення рутенію.
6. Показана застосовність MnО2у системі з твердим протонпровідним електролітом у якості малополяризованих електродів сенсорів відновлювальних газів гальванічного типу. Встановлено, що відновлення MnО2супроводжується іонним обміном між іонами Mn2+і структурними протонами твердого електроліту. Зі збільшенням поляризації переважним стає процес твердофазого відновлення MnО2за електронно-протонним механізмом.
7. Уперше теоретично обґрунтовані і практично реалізовані дво- і триелектродні амперометричні сенсори відновлювальних газів для моніторингу повітряного середовища на основі твердих протонпровідних електролітів і розроблених газодифузійних каталітично активних електродів, новизна яких захищена авторським свідоцтвом на винахід. Показано, що використання дифузійних опорів у вигляді каліброваних каналів і фільтрів для поглинання домішкових газів дозволяє розширити діапазон концентрацій визначуваних газів, селективність і термін служби сенсорів.
8. Визначені метрологічні характеристики і проведені польові випробування розроблених сенсорів. Випущено дослідну партію сенсорів гальванічного типу, що використана у виробництві сигналізаторів промислового призначення. За діапазоном вимірюваних концентрацій, роздільною здатністю, швидкодією, стабільністю у часі і терміном служби розроблені сенсори відповідають кращим зарубіжним аналогам.