Vol.20 No.1 王岭等：新型二氧化硫传感器的制备 ·51· Pso.=Pso.+Pso. (4) 式中：P%为通人的S0,分压；P0P0为平衡时S0和S0,的分压.根据平衡常数表达式可得 Po=(PsoP/KP。,代入(4)式，经整理后得： Pso,=Pso[KPO(P+KP)] (5) 式中，P。是平衡时O,的分压，K为反应的平衡常数.上反应的Gibbs标准自由能为 △G=-96140+90.58T；-△G=2.303RT1gK 1gK=-4.73+5021/T (6) 将式(2)，(5)，(6)代人式(1)式得 EMF=-1.673+(0.972-0.0991gp+KPg 1000/ 0.099 1000/ 3 结果与讨论 从电池反应知，电极反应的活性物质是SO,而不是SO,为了测定SO,的含量，需要在测 定装置中加入催化剂，使SO,转化为SO,的反应迅速达到热力学平衡.实验中使用了V,O,和 直径为2.5mm的镀铂氧化铝绝缘管作为催化剂.预实验的结果表明，V,O,由于熔点 (约690℃)，远低于实验的温度，不宜使用；后续的实验均采用镀铂的氧化铝管作为催化剂 2.1SO,传感器的响应时间和稳定性 实验表明该传感器达到稳定值的90%所需的时间为30~20mi,S0,分压越低响应时间 越长.稳定性实验表明，在一定温度下，10h内电动势的变化在0.3%内. 2.2电动势与温度的关系 电动势与温度关系如图2所示.在650~800℃之间温度与电动势具有线性关系且与理论 值产生偏离较小，而低于650℃时偏离增大.这可能是由于在低温下S0,+1/20,=S0,雄以达 到平衡造成的. 2.3电动势与S0,分压之间的关系 图3表示在750℃下，SO,的分压与理论电动势和实验电动势之间的关系曲线.从图中 可以看出测得的电动势与SO,分压的对数间呈良好的线性关系，响应为Nmst响应，该传感 器可以用于SO,的测定.但实验值与理论值有一定的偏离，特别是在高分压范围偏差较大.这 可能是由于催化剂的活性不够高，未使SO,和SO,的转化反应达到平衡以及其它动力学原因 -0.25 0.1 -0.30+ -0.2 实验值 实验值 -0.35 -0.3 理论值 -0.40 理论值 -0.4 -0.45 -0.5 800 900 1000 -4.0 -3.5-30-2.5 -2.0-1.5 T/K log[Pso /P] 图2电动势与温度的关系 图3S0的分压对数与电动势之间的关系 Po,=0.0209MPa.pso=30×106 Pa.=0.0209MPa,T=1023KV o l . 2 0 N o . 王 岭等 : 新型 二氧化硫传感器 的制备 凡 。 、 二 凡 。 , + 凡 。 飞 (4 ) ) _ 为平 衡 时 5 0 2和 5 0 3 的分压 · 根 据 平衡 常 数 表达 式 可得 凡 。 , 一 凡 。 : [ 尤烈扩/( p “ ’ `2 + K蜡) ] 式 中 , 气是 平衡 时 0 2的分 压 , K 为反应 的平 衡常 数 · 上 反应 的 ( 5) G i b b S 标准 自由能 为 △G = 一 9 6 14 0 + 9 0 . 5 8 T ; 一 △G = 2 . 3 0 3 R T Ig K l g K = 一 4 . 7 3 + 5 0 2 1 / T ( 6 ) 将式 ( 2 ) , ( 5 ) , ( 6 ) 代人 式 ( l ) 式得 ~ 一 1 . 6 7 3 + ( 0 · 9 7 2 一 。 · 3 结果与讨论 K PI/ , 、 , 二 _ _ _ _ u , 、 , I U9 9 19不石二于二一 万百而 1 1万不不仄 厂 一 人 or 、 / \ ’ U U u 一(赢) ! g (鲁) ( 7 ) 从电池 反应知 , 电极反 应 的活性物 质是 5 0 3 , 而 不是 5 0 2 · 为 了测定 5 0 2 的含量 , 需要 在测 定 装置 中加 人催化剂 , 使 5 0 2 转化 为 5 0 , 的反 应迅 速达 到热 力学 平衡 · 实验 中使 用 了 V 2 0 : 和 直 径 为 .2 5 m m 的 镀 铂 氧 化 铝 绝 缘 管 作 为 催 化 剂 · 预 实 验 的 结 果 表 明 , V : O 。 由 于 熔 点 ( 约 6 9 0 ℃ ) , 远 低于 实 验 的温度 , 不宜使 用 ; 后续 的实 验均 采 用镀铂 的氧 化铝 管作 为催化 剂 . 2 . 1 5 0 2 传感器的 响应 时间和 稳定性 实验表 明 该传感器 达到稳 定值 的 90 % 所需 的时 间为 30 一 2(j m in , 5 0 , 分压越 低 响应 时间 越 长 . 稳定 性实验 表 明 , 在一 定温度下 , 10 h 内 电动 势 的变 化在 .0 3 % 内 . .2 2 电动势与温度的关 系 电动 势 与温度 关系 如 图 2 所示 . 在 6 50 一 8 0 ℃ 之 间温度 与 电动势 具有 线性 关系 且 与理 论 值 产 生偏 离较 小 , 而低于 65 0 ℃ 时偏 离增 大 . 这可 能是 由于 在低 温下 5 0 2 + 12/ q 一 5 0 。 难 以 达 到 平衡造成 的 . .23 电动 势与 5 0 2 分 压之 间 的关 系 图 3 表 示 在 7 50 ℃ 下 , 5 0 2 的分压 与理 论 电动 势和 实 验 电动 势之 间 的 关系 曲线 . 从 图 中 可 以 看 出测得 的 电动 势与 5 0 , 分 压的 对数 间呈 良好 的线 性 关 系 , 响 应为 N e m st 响应 , 该传 感 器可 以 用于 S q 的 测定 . 但 实验值 与理 论值有 一定 的偏 离 , 特别是 在 高分压 范 围偏 差 较大 . 这 可能 是 由于催 化剂 的活性 不 够高 , 未使 5 0 2 和 5 0 。 的转化 反应 达到 平衡 以 及其 它 动力学 原 因 声了 一 0 . 2 5 一 0 . 3 0 ù一、 à,、 0 一 、李ì芝川 一 0 . 4 0 一 0 . 4 5 9 0 0 T/ K 1 0 0 0 00万.2134 nU 一一 、吸芝囚> 一 4 . 0 图 2 电动势 与温度的关 系 图 3 凡司 . 0 2 0 9脚 : , 尹s。 , = 3 o x l o- ` 一 3 . 5 一 3 . 0 一 2 . 5 一 .2 0 一 1 . 5 1 0 9 [sP o / 只J 5 0 2的分压对数 与电动势之间的关系 OP 、 = 0 . 0 2 0 9 M aP , T = 1 0 2 3 K