عنوان پایان‌نامه
بررسی حسگر گاز ترکیبات آلی فرار با استفاده از الکترولیت جامد زیکونیای پایدار شده با ییتریا و نانو ذرات اکسید فلزات نیمه هادی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی-کاتالیست
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1113.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 52349
- تاریخ دفاع
- ۲۶ بهمن ۱۳۹۰
- دانشجو
- منیره کاسعلی زاده
- استاد راهنما
- عباسعلی خدادادی, یداله مرتضوی
- چکیده
- با توجه به روند روزافزون آلودگی هوا، با انتشار آلاینده¬هایی مانند ترکیبات آلی فرار (VOCs) از منابع مختلف، قوانین وضع شده جهت حذف آلودگی محیط زیست و استانداردهای کیفیت هوا، تمایل روبه¬رشدی برای تشخیص این ترکیبات در فضاهای بسته و باز ایجاد شده است. در تحقیق پیش¬رو، حسگرهای آزمایش شده از نوع حسگرهای الکتروشیمیایی حالت جامد ( از نوع پتانسیومتریک) بوده و شامل الکترولیت زیرکونیای پایدار شده با ییتریا (YSZ) هستند که هدایت¬گر یون اکسیژن است. این الکترولیت، اغلب در حسگرهای اکسیژن، معروف به لامبداحسگرها، به منظور ارزیابی و بهینه کردن عملکرد مبدل کاتالیستی مورد استفاده قرار گرفته است. شش حسگر آزمایش شده، دارای دو الکترود هستند، یکی (الکترود مقابل) پلاتین و دیگری (الکترود حسگر) پلاتین با پوششی از شش کاتالیست مختلف : دی¬اکسیدقلع به صورت خالص، SnO2، wt SnO299% /wt Pt 1% و کاتالیست¬های دیگر، دی¬اکسیدقلع حاوی مواد افزودنی، بصورت wt SnO294% /wt Pt 1% که شامل حدود 5% از یکی از افزودنی¬های SiO2، MoO3، CeO2 و Sm2O3 (نیم¬رساناهای اکسیدفلزی) نیز هستند و به ترتیب نمونه¬های 1 تا 6 نامگذاری شده¬اند. لازم به ذکر است که نیم¬رساناهای اکسیدفلزی، در زمان سنتز دی¬اکسیدقلع اضافه شده¬اند و پلاتین پس از سنتز پودر و به روش تلقیح اضافه شده است. مشخصات نانوذرات تهیه شده با آنالیزهای XRD، SEM، BET مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به نتایج آنالیزها، افزودن پلاتین به دی¬اکسیدقلع، سبب کاهش سطح و افزایش اندازه¬ی ذرات کریستالی می¬شود و افزودنی¬های نیم¬رسانای اکسیدفلزی اثر عکس پلاتین دارند. آزمون حسگرها می¬تواند با قرار دادن الکترود حسگر در معرض گاز هدف و الکترود دیگر در معرض هوا انجام شود (حسگر دارای مرجع هوا ) و یا اینکه کل حسگر، در معرض گاز هدف قرار گیرد، در تحقیق پیش¬رو، آزمایشات به صورت دوم، یعنی فاقد مرجع هوا بوده و پاسخ شش حسگر تهیه شده به صورت نیرومحرکه¬ی-الکتریکی، EMF، در حسگری چهار ترکیب آلی فرار (اتانول، استون، استالدهید و تولوئن) با غلظت ppm100 و در محدوده¬ی دمایی C? 1 600- 1 350 و به فاصله¬های 50 درجه¬ای مورد بررسی قرار گرفته است. دمایی که هر حسگر، در غلظت ppm100، پاسخ ماکزیمم داشته به عنوان دمای تعیین حساسیت انتخاب شد و با رسم نمودار پاسخ بر حسب لگاریتم غلظت، شیب، یعنی حساسیت حسگرها (در محدوده¬ی ppm1000- 100)، بررسی و مقایسه شده است. نتایج نشان می¬دهد که حسگر با پوششی از جنس نمونه¬ی 5 (یعنی شامل افزودنی¬های اکسیدسریم و پلاتین) حساسیت و پاسخ مناسب نسبت به تمام گازها دارد و نسبت به سایر نمونه¬ها کمترین زمان پاسخ و بازیابی را داراست. به منظور بررسی تاثیر ضخامت پوشش الکترودی، عملکرد دو حسگر با پوشش الکترودی تهیه شده از نمونه¬ی 5، با ضخامت پوشش متفاوت، بر پاسخ نسبت به دو گاز تولوئن و استون بررسی شده است و مشاهده شده که افزایش ضخامت پوشش الکترود حسگر، سبب بهبود پاسخ نسبت به هر دو گاز شده است. خصوصا نسبت به استون، بهبود پاسخ بیشتر بوده که احتمالا به علت اندازه¬ی کوچک¬تر استون است که امکان نفوذ راحت¬تر برای رسیدن به نقاط سه¬گانه، TPB، را فراهم می¬کند. نواحی سه¬گانه، فصل مشترک گاز، الکترود و الکترولیت هستند و پیشروی واکنش¬های الکتروشیمیایی در این مکان¬ها صورت می¬گیرد.
- Abstract
- In this study, potentiometric electrochemical sensors based on Yttria Stabilized Zirconia, YSZ, was fabricated and applied to detect several volatile organic compounds. Two electrodes of sensor were Pt (counter electrode) and Pt that are coated with one of catalysts (sensing electrode): pure SnO2, 1%wt Pt/99%wt SnO2 and other catalysts are 1%wt Pt/5% metal oxide semiconductor (SiO2, MoO3, CeO2, Sm2O3)/94%wt SnO2, that are named 1 to 6 samples, respectively. The final samples were characterized by XRD, SEM, BET methods. Results showed addition of Pt to the SnO2 structure causes a lowering in surface area and increasing crystallite size of SnO2 but semiconductor metal oxides dopants have inverse effect. In this study, the sensors were wholly exposed to the same gas atmosphere. Response of fabricated sensors as electromotive force (EMF) were investigated in sensing 100ppm of four VOCs, Ethanol, Acetone, Acetaldehyde and Toluene, and in the temperature ranges of 350±1–600±1 ?C. The results reveal sensor with sample 5 sensing electrode (CeO2 and Pt dopants), to all VOCs have good responses and sensitivities and minimum response and recovery times with respect to other sensing materials. For investigating effect of coating layer thickness on response, two sensors with sample 5 coating layer and two thicknesses are fabricated and applied to detect Acetone and Toluene. Results showed that thicker layer modified response to both gases particularly acetone probably due to its smaller size and more easy diffusion to reach Three Phase Boundary (were electrolyte, electrode and gas exist), TPB.
