[實用新型]一種用于高壓水熱體系的Eh化學傳感器

有效

• 申請號: 201821258199.8
• 申請日: 2018-08-06
• 公開（公告）號: CN208795690U
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 李和平;林森;徐麗萍;崔燦;梁曉玲;向交;張磊;王光偉;張艷清;楊美琪;徐惠剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院地球化學研究所
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 張行超

本實用新型公開了一種用于高壓水熱體系的Eh化學傳感器，其由熱封式工作電極和外置式壓力平衡型參比電極組成，一方面通過在鉑工作電極中采用鎳基合金基座，以及由基座錐孔、耐高溫絕緣錐墊、耐高溫絕緣錐套、圓臺狀耐高溫絕緣陶瓷所形成錐形自緊式密封機構，另一方面通過將參比電極安裝至高溫壓力容器所帶毛細管的冷區管路上，以及分別在高溫高壓區和常溫高壓區使用兩塊多孔陶瓷，實現參比電極的雙鹽橋連通；本實用新型成功實現了對常溫?700℃、常壓?100 MPa的水熱體系的Eh值原位測量，有效解決了現有技術不能在400?700℃、40?100 MPa的水熱環境中工作的問題。

技術領域

本實用新型涉及一種用于高壓水熱體系Eh值原位測量的化學傳感器，尤其涉及一種可用于較寬溫度和壓力范圍的高壓水熱體系的Eh值原位測量化學傳感器及其制備方法。

背景技術

高溫高壓水熱體系的Eh值是體系最基本的物理化學參數之一，是體系多種氧化和還原組分之間達到氧化-還原反應平衡后的系綜結果，體系Eh值的高低宏觀地反映了體系對外來組分氧化或還原能力的大小。因此，原位測量高溫高壓水熱體系的Eh值是高壓水熱科學與技術領域的一項基本工作。

按Eh值的定義和國際行業標準，由于在高溫高壓水熱條件下標準氫電極無法使用，目前國內外用于原位測量高溫高壓水熱體系Eh值的傳感器通常由工作電極Pt電極和Ag/AgCl參比電極組成，并通過原位測量獲得該兩電極的電動勢值以及將Ag/AgCl參比電極的電位轉換成氫標電位來獲得體系的Eh值。然而，目前國際上用于高溫高壓水熱體系的Pt電極和Ag/AgCl參比電極，或者由于電極結構、外形以及安裝方式等設計上存在缺陷和不合理，或者由于電極絲本身在較高溫度的高溫高壓水熱體系中的穩定性存在問題（包括氧化、水解和熔融等），使得由該兩電極構成的Eh傳感器最高使用溫度和壓力目前難以同時超過400℃、40 MPa。例如，對于鉑工作電極，如果電極絲采取熱密封方式，則由于聚四氟乙烯、氟橡膠、硅膠、環氧樹脂等各種密封材料在較高溫度下會發生熱分解、強度顯著降低甚至熔融等問題，從而使其工作溫度與壓力難以同時超過400℃、40 MPa；如果其電極絲采取冷密封方式，則因整個電極相對于高溫壓力容器來說通常具有較大的體積且其顯著的熱傳導效應，從而大大增加了高溫壓力容器內的溫度梯度以致樣品無法達到熱平衡，因此導致目前由冷封式鉑電極所獲得的測量結果在穩定性甚至可靠性上受到了極大的限制。再例如，對于Ag/AgCl參比電極，由于電極絲上的AgCl在較高溫度下（例如300℃左右）即發生顯著的水解，Ag發生氧化，如果在較還原的條件下還存在AgCl被還原的問題，因此目前已有的內置式Ag/AgCl電極在高溫高壓水熱體系中的使用溫度難以超過300℃；如果采用無鹽橋型的外置式Ag/AgCl參比電極，則僅適于工作壓力通常較低的流動反應器，且存在不斷泵入的參比液對高溫壓力容器中樣品產生污染以及體系在流動過程中產生的流動電位難以把握的問題；如果采用鹽橋型的外置式Ag/AgCl參比電極，由于現有該類電極中用作鹽橋的多孔陶瓷被安置在高溫高壓區，且處于高溫高壓區的多孔陶瓷與盛裝內參比液的容器之間需采用聚四氟乙烯“O”形密封圈來阻止高溫壓力容器內的樣品溶液因虹吸作用進入內參比液，而目前即使是質量最好的聚四氟乙烯其在380℃左右亦會發生熱分解，因此該類Ag/AgCl參比電極所能適用的溫度難以超過400℃。以致目前有關原位測量高壓水熱體系Eh值的正式報道難以有同時超過400℃、40 MPa的數據。僅見有人報道通過采用冷封式鉑電極與無鹽橋型的Ag/AgCl參比電極的組合獲得過壓力為27.6 MPa、溫度高達465℃的高溫高壓水流體體系的Eh值（Digby D. Macdonald and Leo B. Kriksunov, Probing the chemical andelectrochemical properties of SCWO systems. Electrochimica Acta, 2001, 47:775–790）。

鑒于Eh值原位測量在高壓水熱科學與技術中的極端重要性以及目前國際上在高溫高壓水熱體系Eh原位測量工作中所面臨的上述困境，研制一種穩定可靠并能適用更高溫度壓力水熱體系的Eh化學傳感器將具有極為重要的意義。

實用新型內容