温室中CO_2气体的暂态电化学检测研究

基于CO2与共存气体O2在微电极上非水介质中电化学行为,依据它们共存时交叉反应的动力学特性,提出了快速检测CO2的调制电位脉冲微电流方法。试验结果表明,使用所构建的气敏微电极传感器系统可以快速定量检测温室中CO2含量。笔者还就界面充电电流、电位脉冲宽度对CO2检测精度的影响进行了讨论。     

基于COMSOL的气敏薄膜初始电阻模拟计算

叉指电极可有效降低金属氧化物半导体气敏薄膜的测试电阻,有利于薄膜气敏性能的测量,已广泛用于薄膜型气体传感器上。而叉指电极的尺寸不仅会影响传感器表面的热量分布,也会对薄膜初始电阻造成影响。提出了解微分方程法计算叉指电极上气敏薄膜的初始电阻,推导了计算薄膜初始电阻的微分方程,采用COMSOL软件中的AC/DC模块,对特定尺寸叉指电极上的气敏薄膜在不同工作温度时初始电阻进行了仿真,并与实验进行了对比,证明了该方法的可行性。     

温室环境专用低功耗无线CO2传感器与校对方法研究

[目的]研究温室大棚中增施CO2气肥,探索不同作物、季节、温室结构与种植面积对增施浓度的要求,经济、合理增施CO2气肥,对温室内CO2浓度进行在线测量提出适合设施现场校对方法.[方法]在研究CO2感测技术及设施应用需求的基础上,采用英国GSS公司CO2传感器与DigiMesh无线模块,优化网络协议构建低功耗Mesh网络,通过新材料应用、封装设计、提高该传感器精度的环境适应性,试验分析环境快速/长期校对法、零点校对法、参考点校对法.[结果]开发CO2传感器精度小于±20 mg/kg,一致性小于±30 mg/kg,采样响应时间小于6 min,网络寿命长,一致性高,稳定周期和校对周期长,可远程校对.[结论]该传感器能够改变当前CO2检测装置在温室生产中难以批量推广的现状,实现CO2气肥增施的精确调控及科研准确性.     

快速检测水中多氯联苯含量的电化学免疫传感器设计

检测水中多氯联苯含量传感器由电化学三电极、信号采集及转换电路、单片机和显示单元组成。采用示差脉冲法,在单片机的控制下,为三电极提供-0.3~0.6 V连续变化电压信号,驱动三电极系统中待测液发生氧化/还原反应。该系统实现了对多氯联苯含量的快速检测。     

一种新型自然光气体熏蒸平台：系统结构与控制精度

研制新建自然光气体熏蒸平台主要用于开展大气环境变化对作物影响的研究.该平台采用分布式拓扑结构,通过监测系统实时探知温度、湿度、光照、压力以及目标气体浓度的变化,利用温度、湿度调控系统和布气系统实现对外界环境的动态模拟,使气室内的气象因子与室外基本一致,并使气体浓度达预定目标要求.平台设置室外对照(Ambient)、室内对照(CK)、高浓度臭氧([O3])、高浓度二氧化碳([CO2])和高浓度O3和CO2([O3×CO2])5个处理,其中室内对照实时模拟室外环境,[O3]处理为Ambient的1.6倍,[CO2]处理比Ambient高200 ppm.2011年水稻生长季气室运行结果表明,[CO2]和[O3]控制精度在90％以上的时间占总布气时间的比例分别达95％和80％以上,温度、湿度和大气压力控制精度在90％以上的时间均占总运行时间的95％以上,平台光照控制精度在90％以上的时间占总运行时间的75％以上.整个布气期间,CO2和O3浓度平均控制目标完成比(target achievement ratios,TAR)分别为1.01和1.00,温度、湿度、光照和大气压TAR分别达1.01、0.99、0.96和1.00.稳态熏蒸测试结果表明,气室内O3、CO2、温度和湿度的水平分布和垂直分布均匀,控制稳定.     

电化学传感器水果成熟度检测技术的研究

提出了一种基于电化学乙烯传感器的水果成熟度检测系统,通过实时检测水果释放的乙烯气体浓度来评判水果成熟度。该系统主要由电化学乙烯传感器、微处理器电路、微型真空泵和气室等构成。微处理器电路接收电化学传感器感测到的水果释放乙烯气体产生的电流信号,乙烯气体质量浓度检测结果直接显示在触摸屏上。通过4种质量浓度分别为2.99、4.99、8.01、10 mg·L~(-1)标准乙烯气体响应试验,建立了乙烯气体质量浓度与电化学传感器响应信号之间的定标曲线,乙烯气体质量浓度在0~10 mg·L~(-1)范围内,与电化学传感器响应信号相关系数为0.998 14,理论最低检出限为0.86 mg·L~(-1)。采用水果成熟度检测系统对不同成熟度的苹果释放的乙烯气体质量浓度进行了检测试验,结果表明该系统能对不同成熟度的水果进行有效区分和评判。     

基于WSN的日光温室CO_2浓度监控系统

为合理增施CO2气肥以提高日光温室作物产量和品质,基于无线传感器网络设计开发了日光温室CO2浓度监控系统。该系统由监控节点、网关节点和远程管理软件组成。监控节点用于测量作物冠层和根部处的CO2浓度,并可控制CO2气肥增施装置的开关;网关节点用于实现远程管理软件与监控节点之间的通讯;远程管理软件具有友好的人机交互界面,能实现温室内CO2数据的实时显示、存储、分析和CO2气肥调控,还可对无线传感器网络进行参数配置。以开发的系统为基础,对日光温室番茄作物冠层和根部CO2浓度进行监测和调控试验。试验结果表明:设计开发的节点数据传输稳定,平均丢包率为0.13%,CO2控制平均超调量为64μmol/mol。系统工作稳定可靠,满足温室番茄作物CO2浓度监测与调控的技术要求。     

猪舍NH3和H2S浓度自动控制系统的设计

应用传感器和电子技术,设计了猪舍NH3和H2S浓度自动控制系统。该控制系统采用半导体气敏传感器MQ-137和MQ-136检测猪舍内的NH3和H2S浓度;通过测量电路把NH3和H2S的浓度变化转换为相应的电压信号,由信号处理电路进行信号处理,一旦超过设定的NH3和H2S的安全浓度值,控制电路发出控制信号进行排气。该控制系统具有工作可靠、灵敏度高等优点,效果良好。     

芦丁在石墨烯修饰电极上的电化学行为及其灵敏检测

[目的]研究了芦丁在石墨烯修饰电极上的电化学行为及其测定方法。[方法]采用化学还原法,制备了氨基功能化的石墨烯,并用于构建灵敏的芦丁电化学传感器。采用循环伏安法和差分脉冲法,研究芦丁在该修饰电极上的电化学行为,并用差分脉冲法对芦丁进行检测。[结果]高比表面积和高导电性的石墨烯使芦丁在该传感器上表现出增强的电化学活性。电极反应动力学研究表明,芦丁在该修饰电极表面经历了一个受表面控制的准可逆过程。在最优试验条件下,芦丁的还原峰电流与其浓度在2×10-8～1×10-5 mol/L范围内呈良好的线性关系,检出限(S/N=3)为1.0×10-8mol/L。[结论]该修饰电极具有良好的选择性和稳定性,可实现实际样品中芦丁含量的灵敏检测。     

基于RBF神经网络的混合气体智能检测系统研究

基于传感器阵列和神经网络构造智能系统用于检测混合气体的低质量分数.传感器阵列获取质量分数为1×10-6～5×10-6范围的H2,C2H4,C2H2混合气体响应和质量分数为5×10-5～3×10-4范围的CO响应.通过RBF神经网络学习改善低质量分数混合气体检测的灵敏度.把传感器响应作为神经网络输入,神经网络输出为H2,C2H4,C2H2和CO的质量分数.实例分析表明,系统能较好地克服低质量分数混合气体检测过程中普遍存在的交叉灵敏度,得到满意的检测结果.     

CO2、H2S对油气管道内腐蚀影响机制

介绍了单相流和多相流CO2腐蚀反应机理,研究了H2S电化学腐蚀和H2S应力腐蚀开裂(SSCC)反应条件及作用机制。测试了不同CO2含量对几种材料腐蚀速率的影响,给出了腐蚀反应速率曲线,分析了CO2对油气管道内腐蚀的影响规律。使用N80钢试样,在高温高压釜中进行测试,得出了不同H2S浓度下N80钢的腐蚀规律。     

Ti/RuO2-SnO2-CeO2/PbO2电极的制备及其电催化性能研究

[目的]通过引入新型三元过渡中间层(RuO_2-SnO_2-CeO_2)对Ti/PbO_2电极进行改性,提高电极活性及使用寿命。[方法]采用溶胶凝胶法制备RuO_2-SnO_2-CeO_2,通过X射线衍射(XRD)测试表征中间层结构及物象成分,并对改性电极进行循环伏安(CV)、电化学阻抗(EIS)、电催化降解4-氯酚及寿命加速等电化学性能测试,研究电极性能。[结果]RuO_2-SnO_2-CeO_2可以形成稳定的固溶体氧化物,对基底起到保护作用,电极寿命延长超过5.5倍,且具有更高的电催化活性。[结论]RuO_2-SnO_2-CeO_2的引入,提高了电极寿命及电催化活性。     

磷钼杂多阴离子/聚1-萘胺修饰电极的电化学性质研究

制备了磷钼杂多阴离子掺杂于聚１－萘胺中的修饰电极，并对其电化学性质作了研究。采用一步修饰法制备的Ｐ２Ｍｏ１８／聚１－ＮＡＰ修饰电极个有良好的稳定性和电化学活性，修饰底液的浓度和酸度、扫描电位范围对电极的稳定性和电化学性质有较大的影响，该修饰电极对酸奶有催化作用。     

二氧化碳气体检测研究进展

介绍了滴定法、气相色谱法、红外光谱法和电化学传感器检测CO2的最新研究进展,并就其工作原理和应用领域进行了阐述。     

TiO2纳米颗粒增强的过氧化氢生物传感器

采用TiO2纳米颗粒与聚乙烯醇缩丁醛（PVB）作为固酶基质,用凝胶-溶胶法固定辣根过氧化物酶（HRP）,构成的过氧化氢生物传感器,研究了该修饰电极在磷酸缓冲液中对H2O2的催化作用及实验条件的影响,实验结果表明,纳米TiO2颗粒的引入可以明显的提高HRP对H2O2响应电流。     

离子束修饰提高钛阴极析氢活性

研究了双重离子注入Ｗ＾＋／Ｎｉ＾＋,Ｗ＾＋／Ｍｏ＾＋及溅射Ｆｅ后再单离子注入Ｃｏ＾＋或Ｗ＾＋等离子束修饰的钛电极在１ＮＨ２ＳＯ４中的析氢电催化性能,结果表明：与纯钛电极相比,离子束修饰电极的催化析氢活性得到显著改善,其中,注Ｗ＾＋／Ｎｉ＾＋电极的析氢过电位降低３００ｍＶ,用ＸＰＳ和ＡＥＳ能谱分析了离子束修饰电极的表面元素及相结构,讨论了修饰电极催化所氢机理。     

316L不锈钢在模拟含二氧化碳原油中的耐腐蚀性能

为了进一步掌握316L不锈钢的适应性,以试验点CO2驱油后采出介质为主要溶液,采用高温高压反应釜,对316L不锈钢挂片的腐蚀规律进行了研究。以Cl-质量浓度、Ca2+质量浓度、CO2分压、温度、流速及油水比作为影响因素开展试验,并利用电子显微镜和电化学工作站对试验范围内腐蚀速率最高的挂片形貌和电化学腐蚀特征进行观察分析。试验结果表明:在Cl-质量浓度为3000~50000 mg/L、Ca2+质量浓度为100~6000 mg/L、CO2分压为0.15~0.75 MPa、温度为15~55℃、流速为0~0.5 m/s以及20%、85%两种含水率条件下,316L不锈钢的腐蚀速率均在10-3~10-2 mm/a数量级之间变化。通过电镜扫描和能谱分析发现,试件中耐腐蚀元素Mo的质量分数略高于最低限,在Al杂质较多的部位,316L不锈钢出现了腐蚀轻微的开口型点蚀坑,表明316L不锈钢在试验范围内具有很好的耐全面腐蚀能力,但点蚀问题不能忽视,试验用316L不锈钢中Cr、Ni、Mo的质量分数均略微高于最低限,建议在选材过程中对有利微量元素的质量分数给予关注。     

毛细管电泳-电化学方法测定干红枣Vc·VP·VE的含量

[目的]建立采用毛细管电泳-电化学法分析干红枣中维生素含量的测定方法。[方法]采用自组装的毛细管电泳电化学检测系统,对干红枣中Vc、VP、VE的含量进行分离检测,对测定时不同的工作电位、分离高压、pH值和有机溶剂进行最佳选择。[结果]在选用pH值为8．0的硼砂-硼酸缓冲液,CTAB为0．5mmol／L、分离高压为20kV、检测电位为0．8V的测定条件下,Vc的线性范围为0．10～5．10mg／L,r=0．9991,检出限为1．37mg／L;VP的线性范围为1．30～17．70mg／L,r=0．9996,检出限为1．23mg／L;VE的线性范围为0．21—9．60mg／L,r=0．9990,检出限为0．27mg／L。测得的干红枣Vc、VP、VE的含量分别为424．64、412．16、312．39mg／100g,平均回收率分别为97．7％、98．1％和96．7％。[结论]毛细管电泳-电化学测定法快速、灵敏度高、选择性强,是适合干红枣维生素含量快速检测的方法。     

电极生物膜法全自养系统处理氨氮废水性能研究

采用自制三维电极生物膜反应器进行脱氮试验,研究了电极生物膜法全自养条件下处理氨氮废水的脱氮性能。在进水不含有机碳源,电流强度为30 mA,电流密度为0.012 mA/cm2的条件下,当进水氨氮负荷为100 mgN/(L·d)时,氨氮转化能力为64mgN/(L·d),总氮去除能力为50 mgN/(L·d),达到该试验最大脱除能力。在运行周期24 h范围内,电极生物膜反应器前2 h受电化学间接氧化作用影响显著,2 h之后因阳极区的产气量大降低溶液中Cl-浓度,使得电化学作用影响减弱,主导作用由电化学转化为受底物抑制的复杂的生物作用。电极生物膜法在电化学和生物硝化-反硝化共同作用下具有良好的脱氮能力。