一种氧参比电极材料的制备方法及定氧探头

文档序号:104287 发布日期:2021-10-15 浏览:30次 >En<

阅读说明:本技术 一种氧参比电极材料的制备方法及定氧探头 (Preparation method of oxygen reference electrode material and oxygen determination probe ) 是由 房进 刘勇 尹树滨 孙振楠 王刚 钱嘉慧 于 2021-06-23 设计创作,主要内容包括:本公开了一种氧参比电极材料的制备方法及定氧探头,包括:将聚乙烯醇加入去离子水制备目标浓度的混合溶液;向所述混合溶液中加入螯合分散剂后,加热至第一预设温度,获得改性溶液;向所述改性溶液加入金属氧化物粉末,混合,获得分散溶液;向所述分散溶液中加入铬粉,分散,获得分散液;经由所述分散液烦躁后获得的造粒粉料制备氧参比电极。本发明实施例通过聚乙烯醇和螯合分散剂的协同作用,实现金属铬与金属氧化物的分子间结合,从而形成完美的“核-壳”结构,提高了电极材料的反应活性,有效的克服了电极反应的极化效应。(The invention discloses a preparation method of an oxygen reference electrode material and an oxygen determination probe, comprising the following steps: adding polyvinyl alcohol into deionized water to prepare a mixed solution with a target concentration; adding a chelating dispersant into the mixed solution, and heating to a first preset temperature to obtain a modified solution; adding metal oxide powder into the modified solution, and mixing to obtain a dispersion solution; adding chromium powder into the dispersion solution, and dispersing to obtain a dispersion solution; preparing the oxygen reference electrode from the granulated powder obtained after the dispersion is irritated. According to the embodiment of the invention, intermolecular combination of metal chromium and metal oxide is realized through the synergistic effect of polyvinyl alcohol and chelating dispersant, so that a perfect core-shell structure is formed, the reaction activity of the electrode material is improved, and the polarization effect of electrode reaction is effectively overcome.)

一种氧参比电极材料的制备方法及定氧探头

技术领域

本发明涉及氧传感器技术领域,尤其涉及一种氧参比电极材料的制备方法及定氧探头。

背景技术

炼钢过程中氧含量的在线检测与监控对提高炼钢质量、增加炼钢效率、降低炼钢成本具有重要的作用。但现有的适用于CAS、LF、RH等精练环节的低氧定氧探头基本上还是被国外技术垄断,国产定氧探头还是不能满足低氧定氧和定铝的要求,差距主要还是集中在定氧电池的精确度、稳定性和灵敏度与进口相比还有很大的差距。制约国产定氧探头的水平的关键有两个,一个是高品质的氧化锆固体电解质管,另一个是高反应活性的氧参比电极材料。

现有的定氧参比电极改良的方式大多采用调整氧电极材料的配方、混合方式以及化学法处理等手段,只能基本满足了中高氧段氧测量的需求,但是满足不了低氧定铝的要求,尤其是不能中高氧和低氧定铝测量不能同时兼顾,满足不了炼钢现场的需求,不能实现真正意义上的进口替代。

发明内容

本发明实施例提供一种氧参比电极材料的制备方法及定氧探头,用以解决在低氧定铝测量段氧电极材料极化效应明显导致测量精确度及稳定性降低的问题,满足低氧定铝的测量要求,同时又能够兼顾中高氧段的氧含量测定。

本发明实施例提供一种氧参比电极材料的制备方法,包括:

将聚乙烯醇加入去离子水制备目标浓度的混合溶液;

向所述混合溶液中加入螯合分散剂后,加热至第一预设温度,获得改性溶液;

向所述改性溶液加入金属氧化物粉末,混合,获得分散溶液;

向所述分散溶液中加入铬粉,分散,获得分散液;

经由所述分散液烦躁后获得的造粒粉料制备氧参比电极。

在一实施方式中,所述第一预设温度范围为[40℃-60℃]。

在一实施方式中,所述金属氧化物为三氧化二铬,和/或,三氧化二铁;

所述向所述改性溶液加入金属氧化物粉末,混合包括:

向所述改性溶液加入金属氧化物粉末,持续搅拌第一预设时长。

在一实施方式中,所述金属氧化物的粒径范围满足[30nm-100nm]。

在一实施方式中,所述向所述分散溶液中加入铬粉,分散包括:

按照预设速度将所述铬粉加入所述分散溶液中,并在所述铬粉加入完成后,持续搅拌第二预设时长。

在一实施方式中,所述铬粉的粒径范围满足[10μm-100μm]。

在一实施方式中,所述经由所述分散液烦躁后获得的造粒粉料制备氧参比电极包括:

在管式气氛炉中,向所述造粒粉料通入氧气,并升温至第二预设温度;

煅烧所述造粒粉料第三预设时长后,获得氧参比电极。

本发明实施例还提供一种定氧探头,包括壳体,氧化锆管和利用前述氧参比电极材料的制备方法所制成的氧参比电极材料;所述氧参比电极材料设置在所述氧化锆管内;所述氧化锆管包括相对的第一端和第二端,所述氧化锆管的第一端嵌入所述壳体,所述氧化锆管的第二端伸出与所述壳体外,所述第二端作为所述定氧探头的检测部。

本发明实施例通过聚乙烯醇和螯合分散剂的协同作用,实现金属铬与金属氧化物的分子间结合,从而形成完美的“核-壳”结构,提高了电极材料的反应活性,有效的克服了电极反应的极化效应,从而所制备的氧参比电极材料满足低氧定铝的测量要求,同时又能够兼顾中高氧段的氧含量测定。

上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举本发明的

具体实施方式

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中,用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:

图1为本公开实施例参比电极材料制备方法的基本流程图。

图2为本公开实施例制备的参比材料的SEM图片。

图3为本公开实施例定氧探头的基本结构示意图。

图4为本公开实施例定氧探头的局部放大示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在低氧定铝环节,由于钢水中氧含量极低,此时氧参比电极不仅要克服高温下体积收缩,还需要克服参比电极的极化效应。

本发明实施例提供一种氧参比电极材料的制备方法,如图1所示,本公开的制备方法始于步骤S101、将聚乙烯醇加入去离子水制备目标浓度的混合溶液。例如可以是将超低分子量的聚乙烯醇加入带有加热并有搅拌功能的装置中,然后加入去离子水,由此混合成浓度小于1%的混合溶液。然后执行步骤S102、向所述混合溶液中加入螯合分散剂后,加热至第一预设温度,获得改性溶液。螯合分散剂可以选择ST-40,继续通过所述装置加热至第一预设温度,搅拌均匀获得改性溶液。接着执行步骤S103、向所述改性溶液加入金属氧化物粉末,混合,获得分散溶液。再然后执行步骤S104、向所述分散溶液中加入铬粉,分散,获得分散液。最后执行步骤S105、经由所述分散液烦躁后获得的造粒粉料制备氧参比电极。

本发明实施例通过聚乙烯醇和螯合分散剂的协同作用,实现金属铬与金属氧化物的分子间结合,从而形成完美的“核-壳”结构,提高了电极材料的反应活性,有效的克服了电极反应的极化效应,从而所制备的氧参比电极材料满足低氧定铝的测量要求,同时又能够兼顾中高氧段的氧含量测定。

在一实施方式中,所述第一预设温度范围为[40℃-60℃]。具体的说,可以通过所述装置进行加热至[40℃-60℃],并在加热过程中充分搅拌。

在一实施方式中,所述金属氧化物为三氧化二铬,和/或,三氧化二铁;所述向所述改性溶液加入金属氧化物粉末,混合包括:向所述改性溶液加入金属氧化物粉末,持续搅拌第一预设时长。在一实施方式中,所述金属氧化物的粒径范围满足[30nm-100nm]。具体的说,本示例中金属氧化物可以是三氧化二铬或三氧化二铁,当然也可以是一定质量比例的三氧化二铬和三氧化二铁的组合。例如在同时使用三氧化二铬和三氧化二铁的情况下,三氧化二铁与三氧化二铬的质量比例范围满足[1%,200%]。三氧化二铬和/或三氧化二铁的粒径范围满足[30nm-100nm]。

在一实施方式中,所述向所述分散溶液中加入铬粉,分散包括:按照预设速度将所述铬粉加入所述分散溶液中,并在所述铬粉加入完成后,持续搅拌第二预设时长。在一实施方式中,所述铬粉的粒径范围满足[10μm-100μm]。具体的说可以在获得分散溶液之后,可以按照预设速度将所述铬粉加入所述分散溶液中,所加入的铬粉的粒径范围满足[10μm-100μm],且在加入铬粉的过程中严格控制加入速度,确保分散液沉淀,均匀分散。在铬粉加入完成后,持续搅拌第二预设时长,例如继续搅拌2小时,当然也可以是其他设定时长,满足铬粉均匀分散即可。

在一实施方式中,所述经由所述分散液烦躁后获得的造粒粉料制备氧参比电极包括:在管式气氛炉中,向所述造粒粉料通入氧气,并升温至第二预设温度;煅烧所述造粒粉料第三预设时长后,获得氧参比电极。具体的说,可以根据前述分散液,通过定制的喷雾干燥设备获得造粒粉料。然后将造粒粉料置于管式气氛炉中,通入高纯氧气,由此对造粒粉料在设定温度下进行煅烧,冷却后即可获得所需的成品。

下面本实施例还提出一种氧参比电极材料的制备方法的实施案例:

案例一

第一步:称取0.2克的超低分子量的聚乙烯醇加入带有加热并有搅拌功能的装置中,然后加入去离子水,配置成浓度为0.1%左右的溶液2L,然后加入2ml螯合分散剂ST-40,加热至40℃,充分搅拌均匀形成改性溶液;

第二步:将1克的纳米级三氧化二铬(粒度为30nm),0.1克的纳米级三氧化二铁(粒度为30nm)缓慢加入上述改性溶液中,充分搅拌1小时;

第三步:称取80克的铬粉(粒度为10μm),缓慢加入持续保持搅拌的第二步的分散液中,严格控制加入速度,确保分散液沉淀,均匀分散,加料完毕后持续搅拌2小时;

第四步:将第三步处理好的分散液,通过定制的喷雾干燥设备获得造粒粉料;

第五步:将造粒粉料置于管式气氛炉中,通入高纯氧气,升温至600℃充分煅烧4小时,然后随炉冷却取出即成为所需的氧参比电极材料成品。

案例二

第一步:称取0.5克的超低分子量的聚乙烯醇加入带有加热并有搅拌功能的装置中,然后加入去离子水,配置成浓度为0.1%左右的溶液2L,然后加入2ml螯合分散剂ST-40,加热至50℃,充分搅拌均匀形成改性溶液。

第二步:将8克的纳米级三氧化二铬(粒度为60nm),1克的纳米级三氧化二铁(粒度为50nm)缓慢加入上述改性溶液中,充分搅拌1小时;

第三步:称取90克的铬粉(粒度为40μm),缓慢加入持续保持搅拌的第二步的分散液中,严格控制加入速度,确保分散液沉淀,均匀分散,加料完毕后持续搅拌2小时;

第四步:将第三步处理好的分散液,通过定制的喷雾干燥设备获得造粒粉料;

第五步:将造粒粉料置于管式气氛炉中,通入高纯氧气,升温至600℃充分煅烧4小时,然后随炉冷却取出即成为所需的成品。

案例三

第一步:称取1克的超低分子量的聚乙烯醇加入带有加热并有搅拌功能的装置中,然后加入去离子水,配置成浓度为0.1%左右的溶液2L,然后加入2ml螯合分散剂ST-40,加热至60℃,充分搅拌均匀形成改性溶液。

第二步:将10克的纳米级三氧化二铬(85nm),2克的纳米级三氧化二铁(90nm)缓慢加入上述改性溶液中,充分搅拌1小时。

第三步:称取99克的铬粉(粒度为95微米),缓慢加入持续保持搅拌的第二步的分散液中,严格控制加入速度,确保分散液沉淀,均匀分散,加料完毕后持续搅拌2小时。

第四步:将第三步处理好的分散液,通过定制的喷雾干燥设备获得造粒粉料;

第五步:将造粒粉料置于管式气氛炉中,通入高纯氧气,升温至600℃充分煅烧4小时,然后随炉冷却取出即成为所需的成品。

本公开的氧参比电极材料的制备方法可以采用纳米改性技术结合喷雾造粒法,通过调控氧电极材料(金属铬、氧化铬和氧化铁)的结合方式,可以实现氧电极材料的微观结构形成球形的“核-壳”结构。如图2所示,这种结构可以的特点在于可以确保电极氧化还原反应非常迅速,电子传输通道顺畅,避免了传统电极材料中Cr颗粒表面由于氧化形成一层致密的氧化铬薄膜后使得电子传输通道受阻,同时作为催化剂存在的氧化铁分别与铬颗粒与氧化铬之间充分接触,使得在低氧定铝测定环节中出现的极化电流可以快速释放,保持电极电位的恒定,完美的克服了在定氧测量条件下的电极极化效应,满足了低氧定铝的测量要求,同时兼顾中高氧含量的测定。

本发明实施例还提供一种定氧探头,如图3、图4所示,包括壳体1,氧化锆管2和利用前述氧参比电极材料的制备方法所制成的氧参比电极材料3。所述氧参比电极材料3设置在所述氧化锆管2内;所述氧化锆管2包括相对的第一端和第二端,所述氧化锆管2的第一端嵌入所述壳体1,所述氧化锆管2的第二端伸出与所述壳体1外,所述第二端作为所述定氧探头的检测部。

需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,这些均属于本发明的保护之内。

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