电化学氯乙烯传感器及其使用方法技术

本发明专利技术涉及电化学氯乙烯传感器及其使用方法。各种实施方案涉及电化学氯乙烯传感器，其被配置成检测存在于一定体积的环境气体中的一定体积的氯乙烯。所述电化学氯乙烯传感器包括：壳体，其包括被配置为接收一定体积的环境气体的开口和流体连接到所述开口的内部贮器；和多个电极，所述多个电极固定地设置在所述壳体的所述内部贮器内。所述多个电极包括感测电极、对电极和参比电极，其中至少一个包含具有无定形结构的催化材料。在感测电极与参比电极之间施加至少约小于300 mV(例如，200 mV)的偏置电压。所述多个电极包括三电极堆叠体，其被配置成使得对电极被设置在感测电极和参比电极之间。

【技术实现步骤摘要】
电化学氯乙烯传感器及其使用方法
本文中描述的各种实施方案一般地涉及电化学气体传感器。具体地，各种实施方案涉及被配置用于检测周围环境中一定体积的氯乙烯的气体传感器。
技术介绍
工业和商业应用可以使用电化学气体传感器来检测各种气体的存在。具体地，电化学气体传感器可用于检测氯乙烯的存在。通过不懈努力、聪明才智和创新，本申请人通过开发本公开中所体现的技术方案解决了与电化学气体传感器有关的问题，这将在下面详细描述。
技术实现思路
各种实施方案涉及电化学氯乙烯传感器及其使用方法。在各种实施方案中，电化学氯乙烯传感器包括：壳体，所述壳体包括被配置成接收一定体积的环境气体的开口和流体连接到所述开口的内部贮器；和多个电极，所述多个电极固定地设置在所述壳体的所述内部贮器内，所述多个电极包括：感测电极；对电极；和参比电极；其中所述多个电极中的至少一个包含具有无定形结构的催化材料；其中在所述感测电极与所述参比电极之间施加偏置电压；并且其中所述传感器被配置成检测所述一定体积的环境气体中存在的一定体积的氯乙烯。在各种实施方案中，偏置电压可以小于约300mV。在各种实施方案中，偏置电压可以为约150至250mV。此外，在各种实施方案中，偏置电压可以为约200mV。在各种实施方案中，感测电极可以包含高表面积无定形催化材料。此外，在各种实施方案中，所述感测电极的无定形催化材料可以是铂。在各种实施方案中，对电极可以包含高表面积无定形催化材料。在各种实施方案中，所述对电极的催化材料可以是铂。在各种实施方案中，所述多个电极可包括反向(reverse)对电极-参比电极配置；其中所述对电极可以设置在所述感测电极和所述参比电极之间；并且其中所述对电极可以被配置为充当所述参比电极的屏障，以便将所述参比电极与由所述感测电极引发的反应至少部分隔离。在各种实施方案中，一种示例性电化学氯乙烯传感器可以包括一个或多个多孔隔离件(separators)或者其它多孔结构，可以用来保持电解质与电极接触。各种实施方案涉及电化学氯乙烯传感器，其包括：壳体；和多个电极，所述多个电极包括：感测电极；对电极；和参比电极；其中在所述感测电极与所述参比电极之间施加偏置电压，所述偏置电压小于约300mV。在各种实施方案中，偏置电压可以为约150至250mV。此外，在各种实施方案中，偏置电压可以为约200mV。在各种实施方案中，所述多个电极中的至少一个包含具有高表面积无定形结构的催化材料。在各种实施方案中，所述感测电极的高表面积无定形催化材料是铂。各种实施方案涉及检测氯乙烯的方法，所述方法包括：将环境气体接收到氯乙烯传感器的壳体中，其中所述环境气体包含一定体积的氯乙烯，并且其中所述氯乙烯传感器包括与所述壳体内的电解质接触的多个电极，其中所述多个电极包括感测电极、对电极和参比电极；在所述感测电极和所述参比电极之间施加偏置电压；使所述环境气体与多孔感测电极接触；允许所述环境气体扩散通过所述感测电极以接触所述电解质；响应于在所述感测电极的表面区域处的所述环境气体与所述电解质之间的反应而在所述感测电极与所述对电极之间产生电流；以及基于所述电流检测所述环境气体中存在的氯乙烯的体积。在各种实施方案中，所述多个电极中的至少一个可以包含具有高表面积无定形结构的催化材料。在各种实施方案中，施加在感测电极和参比电极之间的偏置电压可以小于约300mV。在各种实施方案中，施加在感测电极和参比电极之间的偏置电压可以为约150至250mV。在各种实施方案中，所述多个电极包括反向对电极-参比电极配置；其中所述对电极设置在所述感测电极和所述参比电极之间；并且其中所述对电极被配置为充当所述参比电极的屏障，以便将所述参比电极与由所述感测电极引发的反应至少部分隔离。附图说明现在将参考附图，附图不一定按比例绘制，并且其中：图1示意性地示出了根据一个实施方案的电化学传感器的截面图；图2示出了根据一个实施方案的三电极堆叠体(stack)的分解图；图3示出了根据一个实施方案的传感器灵敏度vs时间的曲线图；图4示出了根据一个实施方案的传感器灵敏度vs时间的曲线图；以及图5是示出根据一个实施方案的检测氯乙烯的一种示例性方法的流程图。具体实施方式本公开参考附图更全面地描述了各种实施方案。应当理解，本文中示出和描述了一些而不是所有实施方案。实际上，所述实施方案可以采取许多不同的形式，并且因此本公开不应被理解为限于本文中阐述的实施方案。相反，提供这些实施方案以使本公开将满足适用的法律要求。相同的数字通篇表示相同的元件。当在本文中使用时，词语"例子"或"示例性"旨在表示"用作例子、实例或示例"。本文中描述为"例子"或"示例性实施方案"的任何实施方式不一定是优选的或优于其他实施方式。氯乙烯是一种有毒气体，其作为塑料和石油工业中各种应用的副产物而广泛生成。电化学气体传感器可用于检测低浓度的氯乙烯，其通常被配置为产生聚氯乙烯(PVC)作为反应产物，所述聚氯乙烯可充当毒物。在一些例子中，氯乙烯可有效地充当电化学传感器的自中毒(self-poisoning)物质，引起电化学气体传感器的灾难性故障且大大降低电化学气体传感器的灵敏度和/或寿命。例如，与氯乙烯相互作用可以导致传感器催化剂在电极表面上的聚合，从而形成显著限制可用于进一步反应的电极表面积的不可透过的屏障。此外，氯乙烯可通过留下作为副产物的氯化物质而使电化学传感器中毒，已知所述氯化物质杀死电化学气体传感器中使用的并且检测各种气体例如氯乙烯所需的催化剂。可选地，环氧乙烷传感器，当用作氯乙烯检测设备时，具有众所周知的短寿命，通常在首次使用三至六个月内失效。本文中描述的是使用电化学气体传感器可靠地检测氯乙烯的方法和装置。在一些例子中，由电化学气体传感器接收的环境气体中的特定气体的存在引起产生电流的传感器内的反应。在这种情况中，可以使用偏置电压来驱动关注的气体与设置在传感器内的电解质之间的反应。例如，电化学氯乙烯传感器可以被配置为施加足够强的偏置电压以驱动存在于一定体积的环境气体中的一定体积的氯乙烯和传感器的电解质之间的化学反应。如通过本文中所述的例子所描述的那样，本文中所描述的电化学氯乙烯传感器可被配置成通过施加优化的偏置电压来至少部分避免氯乙烯的中毒效应，所述优化的偏置电压被配置成促进传感器中的一定体积的环境气体中存在的一定体积的氯乙烯之间的反应，同时避免引起已知使传感器中毒的水解反应。此外，所述传感器可以被配置为通过利用包含高表面积非晶(例如，无定形)结构的催化材料来避免氯乙烯的中毒效应。如本文中所描述，所述传感器的至少一个电极(例如，感测电极)可包含具有无定形结构的催化剂，这使得传感器能够使用显著降低的偏置电压来驱动所需的氯乙烯-电解质反应。如本文中所描述，这种施加的偏置电压允许传感器驱动氯乙烯和电解质之间的反应，从而促进所述一定体积的环境气体内所述氯乙烯的检测，同时避免由偏置电压引起的全部或基本上全部的传感器中毒。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.电化学氯乙烯传感器，其包括：/n壳体，所述壳体包括被配置成接收一定体积的环境气体的开口和流体连接到所述开口的内部贮器；和/n多个电极，所述多个电极固定地设置在所述壳体的所述内部贮器内，所述多个电极包括：/n感测电极；/n对电极；和/n参比电极；/n其中所述多个电极中的至少一个包含具有无定形结构的催化材料；/n其中在所述感测电极与所述参比电极之间施加偏置电压；以及/n其中所述传感器被配置成检测所述一定体积的环境气体中存在的一定体积的氯乙烯。/n

【技术特征摘要】
1.电化学氯乙烯传感器，其包括：
壳体，所述壳体包括被配置成接收一定体积的环境气体的开口和流体连接到所述开口的内部贮器；和
多个电极，所述多个电极固定地设置在所述壳体的所述内部贮器内，所述多个电极包括：
感测电极；
对电极；和
参比电极；
其中所述多个电极中的至少一个包含具有无定形结构的催化材料；
其中在所述感测电极与所述参比电极之间施加偏置电压；以及
其中所述传感器被配置成检测所述一定体积的环境气体中存在的一定体积的氯乙烯。


2.如权利要求1所述的传感器，其中所述偏置电压小于约300mV。


3.如权利要求2所述的传感器，其中所述偏置电压为约150mV至250mV。


4.如权利要求3所述的传感器，其中所述偏置电压为约200mV。


5.如权利要求1所述的传感器，其中所述感测电极包含高表面积无定形催化材料。


6.如权利要求5所述的传感器，其中所述感测电极的无定形催化材料是铂。


7.如权利要求1所述的传感器，其中所述对电极包含高表面积无定形催化材料。


8.如权利要求7所述的传感器，其中所述对电极的催化材料是铂。


9.如权利要求1所述的传感器，其中所述多个电极包括反向对电极-参比电极配置；其中所述对电极设置在所述感测电极和所述参比电极之间；并且其中所述对电极被配置为充当所述参比电极的屏障，以便将所述参比电极与由所述感测电极引发的反应至少部分隔离。


10.如权利要求1所述的传感器，其还包括一个或多个多孔隔离件或其他多孔结构，可以用来保持电解质与所述电极接触。


11.电化学氯乙烯传感器，其包括：
壳体；和
多个电极，其包括：
感测电极；
对电极；和
参比电极；
其中在所述感测电极与所述参比电极之...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖磊，叶益凡，翟俊捷，GAN帕克斯顿，王芳，周燕，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US