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测氧传感器与竹木炭化工艺的研究

作　者: 王远亮
导　师: 潘一凡
学　校: 南京林业大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 氧化锆测氧传感器氧分压得炭率活性炭
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

基于氧化锆在高温下的离子导电性和氧浓缩差电池原理,分析了固体电解质与连接套管的套接密封性能、密封材料的绝缘性能对测氧传感器输出电势的影响。选用磷酸-氧化铜无机胶作为密封材料，内电极引线选择0Cr25Ni20耐热钢，用铂粉与高粘土制成的无机胶将内电极粘在固体电解质上，用弹簧将U型管固体电解质压在耐热钢制得的外电极上。制作了传感器的加热室及其温控系统，使传感器工作不受炉内炭化温度限制。最终完成带加热室的U型管式钇稳定氧化锆测氧传感器的制作。利用此装置设计了分别改变竹木及稻壳炭化过程中温度和炉内氧分压参数的实验，测定竹木炭化的得炭率，探究竹木以及稻壳的炭化工艺。实验表明：当炉内氧分压一定时，得炭率随着炭化温度的升高而下降；当炭化温度一定时，竹木得炭率随着炉内氧分压的降低而升高。氧分压一定时，竹炭导电性能随着温度的升高而大幅增强，体积收缩也呈增加趋势；温度一定时，氧分压的降低也会导致竹炭导电能力的增强。同时，结合扫描电子显微镜，观察并分析了不同氧分压对竹炭内部结构的影响，利用能谱仪分析了溧阳竹产区竹材中含有Mg、P微量元素。对于稻壳炭化后得炭率过高的原因进行了分析，利用稻壳炭在NaOH溶液中溶煮浸泡的方式去除SiO2。分别对不同溶煮时间下的稻壳炭称重，证明在NaOH溶液中溶煮20h以上可以将稻壳中的SiO2去除完全。通过比表面积及孔隙度分析仪的测定，得到了去硅稻壳炭的N2吸附脱附等温线和脱附曲线的孔分布分析图，以此研究去硅稻壳炭的孔径分布。并在此实验基础上，改变去硅稻壳炭活化温度，对比实验所得稻壳炭的比表面积和孔径，结合扫描电镜图像探究高比表面积活性炭的制作工艺。实验结果表明：400℃炭化温度后，将炭化所得稻壳炭溶煮于NaOH溶液中24h，最后于750℃活化120min，可以得到比表面积为2075m2/g的高比表面积活性炭。

全文目录

致谢  3-4
摘要  4-5
Abstracts  5-8
第一章绪论  8-18
  1.1 课题来源及研究目的和意义  8
  1.2 国内外研究动态  8-16
    1.2.1 传统竹木炭生产设备  8-9
    1.2.2 国内外对竹木炭化工艺的研究  9-10
    1.2.3 国内外常用气体传感器  10-11
    1.2.4 国内外常用氧传感器的类型  11-16
  1.3 本课题研究内容  16-17
  1.4 本课题研究目标以及研究路线  17-18
第二章测氧传感器结构设计与制作  18-37
  2.1 氧化锆测氧传感器的工作原理  18-21
    2.1.1 YSZ 的结构及离子导电特性  19
    2.1.2 能斯特方程  19-21
  2.2 氧传感器结构  21-27
    2.2.1 U 型管固体电解质结构与高铝瓷管的套接密封  23-25
    2.2.2 传感器内外电极的制备  25-27
  2.3 氧传感器加热室的设计制作  27-35
    2.3.1 加热电阻丝的选择  28-29
    2.3.2 热电偶的选择  29-32
    2.3.3 加热室温控系统  32-35
  2.4 竹木炭化的实验设备  35-36
  2.5 本章小结  36-37
第三章竹木稻壳炭化工艺的研究  37-54
  3.1 氧势图  37-39
  3.2 实验设计  39-41
    3.2.1 实验材料  39-40
    3.2.2 实验设备  40-41
  3.3 实验过程  41-43
  3.4 实验结果  43-53
    3.4.1 氧分压一定时，不同炭化温度下炭化产物的研究  43-47
    3.4.2 炭化温度一定时，不同氧分压下炭化产物的研究  47-50
    3.4.3 炭化温度一定时，不同氧分压下竹炭微观结构的研究  50-53
  3.5 总结讨论  53
  3.6 本章小结  53-54
第四章稻壳基高比表面积活性炭的制作探究  54-63
  4.1 实验原理  54-56
  4.2 实验材料与设备  56-57
  4.3 实验过程  57
  4.4 实验结果和讨论  57-62
    4.4.1 稻壳炭去除 SiO2的研究  57-60
    4.4.2 稻壳基高比表面积活性炭制作探究  60-62
  4.5 本章小结  62-63
第五章总结与展望  63-64
  5.1 本文总结  63
  5.2 本课题创新点  63
  5.3 展望  63-64
参考文献  64-68
攻读学位期间发表的学术论文  68

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