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现阶段国内外学者对高温高压水热体系中H2、O2、pH、H2S化学传感器已有研究,但是尚未见有关Eh化学传感器的文献报道。Eh即指氧化还原电位,它是用来反映水溶液中所有物质表现出来的宏观氧化-还原性的一个参数。本课题研制了适用于高温高压水热环境的Eh化学传感器,利用此传感器有助于了解高温高压水热体系的电化学特征。
采用电解法制备了一种外置式Ag/AgCl参比电极。为了得到性能良好的参比电极,对电解过程中的各个影响因素(HCl溶液的浓度、电流大小、电解时间等)进行了优化实验。经优化后确定,HCl浓度为0.5mol/L,电流大小为2mA,反应时间为3h。25℃时,将制得的该参比电极与饱和甘汞电极置于饱和KCl溶液中,得到的电极电位为44~45mV之间,符合理论值。制备的电极有良好的准确性、重现性和可逆性。使用聚四氟乙烯(PTFE)作为密封件,将Ag穿过打孔的PTFE,使之可以在50MPa以内保压。
以多孔石膏模具为成型载体,Pt丝和α-Al2O3粉末为原料,采用注浆法制备出具有一定体积和形状的稳定的Pt-Al2O3素坯,对注浆成型工艺中制备素坯的各个环节的主要影响因素如分散剂和粘结剂种类及用量的选择、固相含量、球磨时间与浆料稳定性、流动性进行了优化实验,确定了制备悬浮稳定、流动性好的浆料的实验参数。
继而将成型后的素坯于不同的烧结条件下进行常压烧结,并对烧结后Al2O3固体电极的致密化程度、线性收缩率、微观形貌(SEM)进行了测量。在高温高压环境中将所得烧结体进行了承压能力测试。结果表明:样品的致密度随烧结温度和烧结时间的增加而提高,其中1550℃烧结3h的电极制品可以承受75MPa以内的压力而不发生形变,可以用作后续50MPa以内的高温高压实验。
在500℃,45MPa时,在高压釜内使用自制的参比电极和工作电极检测了超纯水、HCl系列溶液、FeCl3系列溶液以及模拟海水3.5%NaCl溶液的氧化还原电位,保压10小时后,都能得到稳定的Eh值,且发现在高温高压水热体系中,HCl和FeCl3的Eh值都随浓度的增大而增大。
自制的参比电极和工作电极能够很好的满足高温高压环境中的电化学测试工作,不过电极使用寿命较短,参比电极使用40个小时后需更换,工作电极的使用寿命约为100h。要制备高性能的高温高压水热体系Eh化学传感器可以以提高参比电极使用寿命为原则来进行改进。