ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ БЕСПЛАМЕННОГО КАТАЛИТИЧЕСКОГО ГОРЕНИЯ ВОДОРОДА НА КАТАЛИЗАТОРАХ ПЛАТИНОВОЙ ГРУППЫ НА ПАРАМЕТРЫ ТЕРМОКАТАЛИТИЧЕСКИХ СЕНСОРОВ

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ БЕСПЛАМЕННОГО КАТАЛИТИЧЕСКОГО ГОРЕНИЯ ВОДОРОДА НА КАТАЛИЗАТОРАХ ПЛАТИНОВОЙ ГРУППЫ НА ПАРАМЕТРЫ ТЕРМОКАТАЛИТИЧЕСКИХ СЕНСОРОВ

Автор: И. И. Иванов, А. М. Баранов

Журнал: Научное приборостроение @nauchnoe-priborostroenie

Рубрика: Системный анализ приборов и измерительных методик

Статья в выпуске: 2, 2023 года.

Бесплатный доступ

Проведено исследование отклика термокаталитических сенсоров водорода с катализаторами платиновой группы (Pt+3Pd, Pt, Pd, Ir и Rh) в диапазоне комнатных температур. Показано, что реакция беспламенного каталитического горения водорода на Pt и Pt+3Pd катализаторах протекает при температуре 20 ºС, что проявляется в самопроизвольном нагреве чувствительного элемента термокаталитического сенсора и увеличении сопротивления микронагревателя. Впервые проведено измерение температуры микронагревателя. Показано, что температура увеличивается на 99 ºС и 84 ºС в поверочной газовой смеси, содержащей 0.96% об. водорода, для Pt и Pt+3Pd катализаторов соответственно. Предложен способ измерения концентрации водорода термокаталитическим сенсором без подачи нагревающего напряжения.

Еще

Термокаталитический сенсор водорода, катализаторы платиновой группы, беспламенное горение, температура самоинициирования реакции

Короткий адрес: https://sciup.org/142236993

IDR: 142236993   |   УДК: 53.087.92

STUDY OF THE INFLUENCE OF FLAMELESS CATALYTIC COMBUSTION OF HYDROGEN ON PLATINUM GROUP CATALYSTS ON PARAMETERS OF THERMAL CATALYTIC SENSORS

An investigation was conducted on the response of hydrogen catalytic sensors with platinum group catalysts (Pt+3Pd, Pt, Pd, Ir, and Rh) at room temperature. It was shown that the reaction of flameless catalytic combustion of hydrogen on Pt and Pt+3Pd catalysts occurs at a temperature of 20 ºC, which is manifested in the spontaneous heating of the sensitive element of the catalytic sensor and an increase in the resistance of the microheater. For the first time, the temperature of the microheater was measured, and it was shown that the temperature increased by 99 ºC and 84 ºC in the gas mixture containing 0.96% vol. of hydrogen for Pt and Pt+3Pd catalysts, respectively. A method for measuring the hydrogen concentration with a catalytic sensor without applying a heating voltage has been proposed.

Еще

Список литературы ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ БЕСПЛАМЕННОГО КАТАЛИТИЧЕСКОГО ГОРЕНИЯ ВОДОРОДА НА КАТАЛИЗАТОРАХ ПЛАТИНОВОЙ ГРУППЫ НА ПАРАМЕТРЫ ТЕРМОКАТАЛИТИЧЕСКИХ СЕНСОРОВ

  • 1. Noussan M., Raimondi P.P., Scita R., Hafner M. The role of green and blue hydrogen in the energy transition — a technological and geopolitical perspective // Sustainability. 2021. Vol. 13, iss. 1. DOI: 10.3390/su13010298
  • 2. Mitrova T., Gayda I., Grushevenko E. et al. Decarbonization of oil and gas industry: International experience and Russian priorities. Energy Center of Moscow State University SKOLKOVO [Электронный ресурс]. URL: //energy.skolkovo.ru/downloads/documents/SEneC/Research/SKOLKOVO_EneC_Decarbonization_of_oil_and_gas_EN_22032021.pdf (дата обращения 09.03.2023).
  • 3. Darmadi I., Anggoro F., Nugroho A., Langhammer C. High-performance nanostructured palladium-based hydrogen sensors — current limitations and strategies for their mitigation // ACS Sens. 2020. Vol. 5, iss. 11. P. 3306–3327. DOI: 10.1021/acssensors.0c02019
  • 4. Li Zh., Yao Zh., Haidry A.A., Plecenik T., Xie L., Sun L. Fatima Q. Resistive-type hydrogen gas sensor based on TiO2 // International Journal of Hydrogen Energy. 2018. Vol. 43, iss. 45. P. 21114–21132. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2018.09.051
  • 5. Zhang T., Zhou Y, Liu P., Hu J. A novel strategy to identify gases by a single catalytic combustible sensor working in its linear range // Sensors & Actuators: B. Chemical. 2020. Vol. 321. DOI: 10.1016/j.snb.2020.128514
  • 6. EN 1127-1:2019 Explosive atmospheres - Explosion prevention and protection - Part 1: Basic concepts and methodology. URL:
  • https://standards.iteh.ai/catalog/standards/cen/0e501f7bb51c-44a2-bd24-6f5af92f8b86/en-1127-1-2019
  • 7. Aliyu F., Sheltami T. Development of an energyharvesting toxic and combustible gas sensor for oil and gas industries // Sensors and Actuators B. Chemical. 2016. Vol. 231. P. 265–275. DOI: 10.1016/j.snb.2016.03.037
  • 8. Baranov A.M., Akbari S., Spirjakin D., Bragar A., Karelin A. Feasibility of RF energy harvesting for wireless gas sensor nodes // Sensors and Actuators A. Physical. 2018. Vol. 275, P. 37–43. DOI: 10.1016/j.sna.2018.03.026
  • 9. Trochimczyk A.H., Chang J., Zhou Q., et al. Catalytic hydrogen sensing using microheated platinum nanoparticle-loaded graphene aerogel // Sensors and Actuators B. Chemical. 2015. Vol. 206, P. 399–406. DOI: 10.1016/j.snb.2014.09.057
  • 10. ГАЗСЕНСОР: СТК-1-Н2 Информаналитика сенсор водорода H2 [Электронный ресурс]. URL: https://gassensor.ru/catalog/vodorod/stk-1-n2 (дата обращения: 09.03.2023).
  • 11. SG sensorgas.ru: Сенсоры и блоки датчиков для приборов газового анализа. TGS6812-D00 сенсор (датчик) водорода, метана и сжиженного углеводородного газа термохимический. [Электронный ресурс] https://www.sensorgas.ru/tgs6812-d00-sensor-vodorodametana-szhizhennogo-uglevodorodnogo-gaza.html (дата обращения: 09.03.2023).
  • 12. Талипов В.А., Баранов А.М., Иванов И.И., Янян Ц. Исследование активности термокаталитических сенсоров водорода при отрицательных температурах окружающей среды // Научное приборостроение. 2023. Т. 33, № 1. C. 30–42. URL: http://www.iairas.ru/mag/2023/full1/Art3.pdf
  • 13. Иванов И.И., Баранов А.М., Лямин А.Н., Миронов С.М. Исследование чувствительности и селективности термокаталитического сенсора водорода // Научное приборостроение. 2022. Т. 32, № 2. C. 42–54. URL: http://www.iairas.ru/mag/2022/full2/Art4.pdf
  • 14. Haruta M., Sano H. Catalytic combustion of hydrogen I – its role in hydrogen utilization system and screening of catalyst materials // Int. J. Hydrogen Energy. 1981. Vol. 6. P. 601–608. DOI: 10.1016/0360-3199(81)90025-2
  • 15. Калинин А.П., Рубцов Н.М., Виноградов А.Н., Егоров В.В., Матвеева Н.А., Родионов А.И., Сазонов А.Ю., Трошин К.Я., Цветков Г.И., Черныш В.И. Воспламенение смесей водород –углеводород (C1 – C6)–воздух над поверхностью палладия при давлениях 1–2 атм. // Химическая физика. 2020. Т. 39, № 5. С. 23–32. URL: https://sciencejournals.ru/cgi/getPDF.pl?jid=khimfiz&year=2020&vol=39&iss=5&file=KhimFiz2005005Kalinin.pdf
  • 16. Karpov-Sensor. Производство термокаталитических сенсоров горючих газов. [Электронный ресурс] URL: http://karpov-sensor.com/ (дата обращения: 09.03.2023).
  • 17. Ivanov I.I., Baranov A.M., Talipov V.A., Mironov S.M., Akbari S., Kolesnik I.V., Orlova E.D., Napolskii K.S. Investigation of catalytic hydrogen sensors with platinum group catalysts // Sensors and Actuators B. Chemical. 2021. Vol. 346. DOI: 10.1016/j.snb.2021.130515
  • 18. Иванов И.И., Баранов А.М., Талипов В.А., Миронов С.М., Колесник И.В., Напольский К.С. Разработка эффективных сенсоров обнаружения довзрывоопасных концентраций H2 // Научное приборостроение. 2021. Т. 31, № 3. C. 25–36. URL: http://iairas.ru/mag/2021/full3/Art4.pdf
  • 19. Шебеко Ю.Н., Трунев А.В., Шепелин В.А., Навценя В.Ю., Зайцев А.А. Исследование беспламенного горения водорода на поверхности гидрофобизированного катализатора // Физика горения и взрыва. 1995. Т. 31, № 5. С. 37–38. URL: https://www.sibran.ru/upload/
Еще
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp