本實用新型專利技術公開了一種用于高壓水熱體系的Eh化學傳感器，其由熱封式工作電極和外置式壓力平衡型Ag/AgCl參比電極組成，一方面通過在鉑工作電極中采用鎳基合金基座，以及由基座錐孔、耐高溫絕緣錐墊、耐高溫絕緣錐套、圓臺狀耐高溫絕緣陶瓷所形成的錐形自緊式密封機構，另一方面通過將Ag/AgCl參比電極安裝至高溫壓力容器所帶毛細管的冷區管路上，以及將用作Ag/AgCl參比電極鹽橋的多孔陶瓷移至常溫高壓區，本實用新型專利技術成功實現了對常溫-700℃、常壓-100?MPa的水熱體系的Eh值原位測量，有效解決了現有技術不能在400-700℃、40-100MPa的水熱環境中工作的問題。
【技術實現步驟摘要】
本技術涉及一種用于高壓水熱體系Eh值原位測量的化學傳感器，尤其涉及一種可用于較寬溫度和壓力范圍的高壓水熱體系的Eh值原位測量化學傳感器。
技術介紹
高溫高壓水熱體系的Eh值是體系最基本的物理化學參數之一，是體系多種氧化和還原組分之間達到氧化-還原反應平衡后的系綜結果，體系Eh值的高低宏觀地反映了體系對外來組分氧化或還原能力的大小。因此，原位測量高溫高壓水熱體系的Eh值是高壓水熱科學與
的一項基本工作。按Eh值的定義和國際行業標準，由于在高溫高壓水熱條件下標準氫電極無法使用，目前國內外用于原位測量高溫高壓水熱體系Eh值的傳感器通常由工作電極Pt電極和Ag/AgCl參比電極組成，并通過原位測量獲得該兩電極的電動勢值以及將Ag/AgCl參比電極的電位轉換成氫標電位來獲得體系的Eh值。然而，目前國際上用于高溫高壓水熱體系的Pt電極和Ag/AgCl參比電極，或者由于電極結構、外形以及安裝方式等設計上存在缺陷和不合理，或者由于電極絲本身在較高溫度的高溫高壓水熱體系中的穩定性存在問題(包括氧化、水解和熔融等)，使得由該兩電極構成的Eh傳感器最高使用溫度和壓力目前難以同時超過400°C、40 MPa。例如，對于鉑工作電極，如果電極絲采取熱密封方式，則由于聚四氟乙烯、氟橡膠、硅膠、環氧樹脂等各種密封材料在較高溫度下會發生熱分解、強度顯著降低甚至熔融等問題，從而使其工作溫度與壓力難以同時超過400°C、40 MPa ;如果其電極絲采取冷密封方式，則因整個電極相對于高溫壓力容器來說通常具有較大的體積且其顯著的熱傳導效應，從而大大增加了高溫壓力容器內的溫度梯度以致樣品無法達到熱平衡，因此導致目前由冷封式鉑電極所獲得的測量結果在穩定性甚至可靠性上受到了極大的限制。再例如，對于Ag/AgCl參比電極，由于電極絲上的AgCl在較高溫度下(例如300°C左右)即發生顯著的水解，Ag發生氧化，如果在較還原的條件下還存在AgCl被還原的問題，因此目前已有的內置式Ag/AgCl電極在高溫高壓水熱體系中的使用溫度難以超過300°C ;如果采用無鹽橋型的外置式Ag/AgCl參比電極，則僅適于工作壓力通常較低的流動反應器，且存在不斷栗入的參比液對高溫壓力容器中樣品產生污染以及體系在流動過程中產生的流動電位難以把握的問題；如果采用鹽橋型的外置式Ag/AgCl參比電極，由于現有該類電極中用作鹽橋的多孔陶瓷被安置在高溫高壓區，且處于高溫高壓區的多孔陶瓷與盛裝內參比液的容器之間需采用聚四氟乙烯“O”形密封圈來阻止高溫壓力容器內的樣品溶液因虹吸作用進入內參比液，而目前即使是質量最好的聚四氟乙烯其在380°C左右亦會發生熱分解，因此該類Ag/AgCl參比電極所能適用的溫度難以超過400°C。以致目前有關原位測量高壓水熱體系Eh值的正式報道難以有同時超過400°C、40 MPa的數據。僅見有人報道通過采用冷封式鉑電極與無鹽橋型的Ag/AgCl參比電極的組合獲得過壓力為27.6 MPa、溫度高達465°C的高溫高壓水流體體系的 Eh 值(Digby D.Macdonald and Leo B.Kriksunov, Probing thechemical and electrochemical properties of SCffO systems.Electrochimica Acta,2001，47: 775 - 790)。鑒于Eh值原位測量在高壓水熱科學與技術中的極端重要性以及目前國際上在高溫高壓水熱體系Eh原位測量工作中所面臨的上述困境，研制一種穩定可靠并能適用更高溫度壓力水熱體系的Eh化學傳感器將具有極為重要的意義。
技術實現思路
本技術要解決的技術問題是:提供一種用于高壓水熱體系的Eh化學傳感器，以解決現有技術不能用于400-700°C、40-100 MPa溫、壓范圍的高溫高壓水熱體系的問題。本技術的技術方案:一種用于高壓水熱體系的Eh化學傳感器，包括熱封式工作電極和外置式壓力平衡型Ag/AgCl參比電極，所述熱封式工作電極由基座、圓臺狀耐高溫絕緣錐墊、耐高溫絕緣錐套、圓臺狀耐高溫絕緣陶瓷、惰性金屬片、海綿狀惰性金屬層以及工作電極引線等組成，所述基座上有錐孔，基座軸心有通孔與錐孔連通，錐孔的收斂端有圓臺狀耐高溫絕緣錐墊，以及從下到上依次安裝在圓臺狀耐高溫絕緣錐套內的惰性金屬片和圓臺狀耐高溫絕緣陶瓷，圓臺狀耐高溫絕緣陶瓷大端面上有海綿狀惰性金屬層；位于錐孔下方通孔內的工作電極引線穿過圓臺狀耐高溫絕緣錐墊、借助惰性金屬片和位于圓臺狀耐高溫絕緣陶瓷中的工作電極引線實現與圓臺狀耐高溫絕緣陶瓷大端面上的海綿狀惰性金屬層的電連通，熱封式工作電極的工作電極引線(6)和外置式壓力平衡型Ag/AgCl參比電極的參比電極引線(8)分別于數字萬用表的正負極連接。所述外置式壓力平衡型Ag/AgCl參比電極主要由壓力容腔體、多孔陶瓷柱、內參比物、Ag/AgCl絲狀電極、參比電極引線和壓環等組成，其中多孔陶瓷柱位于壓力容腔體的容腔底部并通過第一 “O”形密封圈與壓力容腔體的容腔下部內壁連接，借助外螺帽使壓力容腔體的上端面與壓環緊密接觸，壓環下端有錐孔，錐孔內有圓臺狀密封件，Ag/AgCl絲狀電極插入壓力容腔體內的內參比物中直至多孔陶瓷柱的上端面，參比電極引線通過位于壓環下端錐孔內的圓臺狀密封件上的軸心通孔以及壓環上的軸心通孔引出，壓環下端外表面與壓力容腔體的容腔上部內表面之間通過第二 “O”形密封圈連接。所述壓力容腔體下端有一內螺紋孔和傳壓毛細孔，其中傳壓毛細孔將內螺紋孔和壓力容腔體連通。所述Ag/AgCl絲狀電極和參比電極引線系同一根絲的不同部分，其中位于內參比物內的部分為Ag/AgCl絲狀電極，其余部分為Ag電極引線。所述第一“O”形密封圈、第二“O”形密封圈為氟橡膠或聚四氟乙烯密封圈。所述內參比物為KCl + AgCl + H2O 或 NaCl + AgCl + H2O 的飽和 KCl 或 NaCl固-液混合物。所述圓臺狀密封件材料為聚四氟乙烯。所述圓臺狀耐高溫絕緣陶瓷的材料為剛玉陶瓷。所述的耐高溫絕緣錐套和耐高溫絕緣錐墊材料為葉蠟石、云母或氮化硼。所述工作電極引線和惰性金屬片材料為Pt。所述基座上的錐孔以及錐孔中的圓臺狀耐高溫絕緣錐墊、耐高溫絕緣錐套和圓臺狀耐高溫絕緣陶瓷具有相同的錐角，為10-20°，彼此共同形成本技術熱封式工作電極的錐形自緊式密封機構。所述壓環下端的錐孔和圓臺狀密封件的錐角為10-20°。所述壓環下端錐孔中裝入圓臺狀密封件后其收斂端留有空隙。所述基座、壓力容腔體、壓環和外螺帽均由不銹鋼或鈦合金或鎳基合金制作而成。本技術的有益效果對本傳感器電極的結構、外形以及安裝方式等方面所作的新穎而科學的設計是本技術所能適用的工作溫度與壓力以及穩定性和可靠性均優于目前所有其它技術的根本保障。具體包括:1、本技術傳感器中的新類型熱封式鉑工作電極，由基座錐孔、圓臺狀耐高溫絕緣錐墊、耐高溫絕緣錐套以及圓臺狀耐高溫絕緣陶瓷構成的錐形自緊式密封機構具有很好的密封效率且至少能同時承受700°C、100 MPa的溫度與壓力。有效地解決了現有熱密封方式中因密封材料高溫密封性能下降導致的電極工作溫度與壓力難以同時超過400本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于高壓水熱體系的Eh化學傳感器，包括熱封式工作電極和外置式壓力平衡型Ag/AgCl參比電極，所述熱封式工作電極由基座（7）、圓臺狀耐高溫絕緣錐墊（5）、耐高溫絕緣錐套（2）、圓臺狀耐高溫絕緣陶瓷（1）、惰性金屬片（4）、海綿狀惰性金屬層（3）以及工作電極引線（6）等組成，其特征在于：所述基座（7）上有錐孔，基座軸心有通孔與錐孔連通，錐孔的收斂端有圓臺狀耐高溫絕緣錐墊（5），以及從下到上依次安裝在高溫絕緣錐套（2）內的惰性金屬片（4）和圓臺狀耐高溫絕緣陶瓷（1），圓臺狀耐高溫絕緣陶瓷（1）大端面上有海綿狀惰性金屬層（3）；位于錐孔下方通孔內的工作電極引線（6）穿過圓臺狀耐高溫絕緣錐墊（5）、借助惰性金屬片（4）和位于圓臺狀耐高溫絕緣陶瓷（1）中的工作電極引線（6）實現與圓臺狀耐高溫絕緣陶瓷（1）大端面上的海綿狀惰性金屬層（3）的電連通，熱封式工作電極的工作電極引線（6）和外置式壓力平衡型Ag/AgCl參比電極的參比電極引線（8）分別于數字萬用表的正負極連接。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：李和平，徐麗萍，梁曉玲，向交，林森，張磊，王光偉，張艷清，楊美琪，徐惠剛，
申請(專利權)人：中國科學院地球化學研究所，
類型：新型
國別省市：貴州;52
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