基于Li制造技术

本发明专利技术涉及基于Li

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于Li+或La3+离子交换的Y型沸石氨气传感器，适用于并不只限于对选择性催化还原(SCR)系统中的氨气浓度检测，属于气敏器件

技术介绍
近几年来，随着汽车工业的快速发展和汽车保有量的迅速增长，汽车尾气的排放对大气环境污染受到了广泛的关注。为了减少机动车尾气对空气环境的污染，尤其是针对汽车尾气中有害气体NOX的控制，采用的方法是加装选择性催化还原(SCR)系统，并在系统中注入氨气为作为还原剂，于SCR催化剂作用下分解氮氧化物为氮气和水。但为了控制SCR系统中NOX的转化效率，系统中氨气的含量需要精确控制和监测，如果氨气含量不足会使NOX转化不充分，或氨气过量则会引起氨气流失，生成副产物，造成额外的污染。因此需要研发应用于SCR系统，在同时具有NOX，O2，CO，CO2，HCs和H2O的混合气流中对氨气具有高选择性且稳定的气体传感器。目前报道在SCR系统中，采用各种材料和各种原理，能对氨气浓度进行测量的气敏器件，已经很多。如吉林大学传感器课题组在2015年报道基于YSZ电解质的Ni3V2O8敏感电极作为氨气传感器，但是NO2对检测结果存在严重干扰。德国拜罗伊特大学功能材料实验室Moos课题组报道了使用金属氧化物为敏感电极的电位式传感器，但在SCR环境测量中，O2和HCs对传感器信号带来了一定影响，限定了传感器使用条件。为了使传感器具有更好的适应性，Moos课题组又研究了一系列使用SCR催化剂为 敏感材料的氨气传感器，但这类型传感器灵敏度较低，选择性也不能满足使用要求。同时，Moos课题组首先采用H+离子交换的ZSM-5型沸石(Si/Al＝140)，应用于SCR系统的氨气检测，传感器工作在350～420℃情况下，沸石表面的酸性位点会吸附具有碱性的氨气，从而引起沸石的阻抗变化。报道结果显示传感器具有很好的选择性和稳定性。美国俄亥俄州立大学化学实验室的Zheng和Dutta也报道了采用Ag+交换的Y型沸石(Si/Al＝5)在300～350℃温度范围内可以检测氨气浓度，并且对氨气具有较高的选择性。在SCR系统的气体环境中，根据以上报道，基于沸石的传感器对氨气检测具有高选择性和稳定性等优点。但是每种沸石材料只能在一个较小的温度范围内达到对氨气检测的目的，比如：已报到的H+离子交换的ZSM-5型沸石(H-ZSM-5，Si/Al＝140)的工作温度为350～420℃，Ag+交换的Y型沸石(Ag-Y，Si/Al＝2.5)工作温度为300～350℃。沸石对氨气检测的工作温度取决于沸石的类型及其内部交换离子的组合。然而，由于SCR系统采用的催化剂不同，而工作在不同的温度情况下，比如采用钙钛矿材料作为SCR催化剂时，系统温度为200℃左右，采用沸石作为SCR催化剂时，系统温度为300℃。安置于SCR系统中的氨气传感器，如果工作温度低于系统温度，其检测性能会受到环境温度影响而无法工作，但如果工作温度过高于系统温度时，则会增加传感器的能耗，造成浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的技术存在上述问题，通过交换Y型沸石内不同的离子，提供基于Y型沸石的氨气传感器，对氨气检测的最佳工作温度低于300℃，适合应用于具有较低工作温度的SCR系统或检测环境。本专利技术的上述目的通过如下技术方案实现：基于Li+或La3+离子交换的Y型沸石氨气传感器，所述的传感器通过将沸石基传感器浸泡在溶液中，并放于摇床上交换10-20h制得，所述的溶液为氯化锂溶液或硝酸镧溶液。本专利技术依据氨气吸附于沸石内会和其交换离子进行络合反应，从而改变沸石的离子电导率，由于不同的阳离子和氨气之间的络合反应强度不同，因此沸石内不同的交换离子会产生不同的气敏性能。本专利技术经过多次反复实验，采用液相离子交换方法将沸石内的Na+交换制备成含Li+或La3+离子的Y型沸石氨气传感器，Li+或La3+离子的Y型沸石氨气传感器工作温度较低，为200～250℃，响应高，性能稳定。所述氯化锂溶液、硝酸镧溶液的浓度均为0.05-0.2mol/L。溶液浓度对液相离子交换非常重要，若溶液浓度过低会使离子交换时间过长，甚至无法达到完全交换的程度；若溶液浓度过高，则会有过多的金属盐晶体附着在沸石表面，影响传感器的性能，尤其影响传感器的气敏测试。所述的基于Li+或La3+离子交换的Y型沸石氨气传感器，包括沸石片、电极和电极引线，所述的电极分别印制在沸石片的两侧，电极上均引出电极引线，所述的电极为银浆，采用丝网印刷技术印制成型。由于本专利技术中的沸石氨气传感器的工作温度为200-250℃，需要考虑沸石片的相对阻抗，如果沸石片的阻抗过大，则测试仪器无法准确测量沸石的阻抗值，因此需要减小沸石片的厚度，或者增大电极的面积，但考虑现有技术和传感器的体积，因此作为优选，所述的沸石片为Y型沸石制成的圆柱状片体，沸石片的厚度为0.8-1.2mm，面积为36-49mm2，所述的电极厚度为50μm，面积为25-36mm2。本专利技术的另一个目的在于基于Li+或La3+离子交换的Y型沸 石氨气传感器的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：称量一定量的Y型沸石放入模具中，由油压机压制成圆形片状，在高温炉中空气环境下580-610℃烧结1-3h，制得沸石片；采用丝网印刷技术将银浆料印刷在沸石片的两侧形成电极，并在两侧电极的中部用银浆点上银丝，先在70-90℃下干燥0.3-1h，然后在高温炉中580-610℃烧结1-3h，形成两侧具有电极和电极引线的沸石基传感器；将沸石基传感器浸泡在溶液中，并放于摇床上交换10-20h即可制得基于Li+或La3+离子交换的Y型沸石氨气传感器。作为优选，所述的溶液为氯化锂溶液、硝酸镧溶液中的一种。进一步优选，所述氯化锂溶液、硝酸镧溶液的浓度均为0.05-0.2mol/L。本专利技术还公开了基于Li+或La3+离子交换的Y型沸石氨气传感器的应用，在传感器进行氨气测量前，对基于Li+或La3+离子交换的Y型沸石氨气传感器进行预处理：将离子交换完成的传感器置于管式炉中的特制石英晶体管中，并吹入干燥空气，将管式炉的温度上升到580-610℃并保持1-3h。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术基于Li+或La3+离子交换的Y型沸石氨气传感器具有较高的灵敏响应，工作温度低，所需功耗较低，性能稳定可靠，且传感器的制备工艺及应用都十分简单。附图说明图1是本专利技术基于Li+或La3+离子交换的Y型沸石氨气传感器的结构示意图；图2是本专利技术实施例1中基于Li+离子交换的Y型沸石氨气传感器的阻抗在背景气体下随温度的变化(线1)，在200ppm氨气中传感器的阻抗随温度的变化(线2)，传感器对氨气吸附饱和后 在背景气体中，其阻抗随温度的变化(线3)。图3是本专利技术实施例1中基于Li+离子交换的Y型沸石氨气传感器在175℃下的阶梯响应曲线。图4是本专利技术实施例1中基于Li+离子交换的Y型沸石氨气传感器在225℃下的阶梯响应曲线。图5是本专利技术实施例1中基于Li+离子交换的Y型沸石氨气传感器在275℃下的阶梯响应曲线。图6是本专利技术实施例2中基于La3+离子交换的Y型沸石氨气传感器的阻抗在背景气体下随温度的变化(线1)，在200ppm氨气中传感器的阻抗随温度的变化(线2)，传感器对氨气吸附饱和后在背景本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于Li+或La3+离子交换的Y型沸石氨气传感器，其特征在于，所述的传感器通过将沸石基传感器浸泡在溶液中，并放于摇床上交换10‑20h制得，所述的溶液为氯化锂溶液或硝酸镧溶液。

【技术特征摘要】
1.基于Li+或La3+离子交换的Y型沸石氨气传感器，其特征在于，所述的传感器通过将沸石基传感器浸泡在溶液中，并放于摇床上交换10-20h制得，所述的溶液为氯化锂溶液或硝酸镧溶液。2.根据权利要求1所述的基于Li+或La3+离子交换的Y型沸石氨气传感器，其特征在于，所述氯化锂溶液、硝酸镧溶液的浓度均为0.05-0.2mol/L。3.根据权利要求1所述的基于Li+或La3+离子交换的Y型沸石氨气传感器，其特征在于，基于Li+或La3+离子交换的Y型沸石氨气传感器的工作温度为200-250℃。4.根据权利要求1所述的基于Li+或La3+离子交换的Y型沸石氨气传感器，其特征在于，所述的基于Li+或La3+离子交换的Y型沸石氨气传感器，包括沸石片(1)、电极(2)和电极引线(3)，所述的电极(2)分别印制在沸石片(1)的两侧，电极(2)上均引出电极引线(3)，所述的电极(2)为银浆，采用丝网印刷技术印制成型。5.根据权利要求4所述的基于Li+或La3+离子交换的Y型沸石氨气传感器，其特征在于，所述的沸石片(1)为Y型沸石制成的圆柱状片体，沸石片(1)的厚度为0.8-1.2mm，面积为36-49mm2，所述的电极(2)厚度为50μm，面积为25-36mm2。6.如权利要求1-5任一所述的基于Li+或La3+离...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑雁公，吴其树，简家文，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33