[发明专利]一种用于煤矿火灾报警的乙烯传感器

说明书

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1：1.0％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