CN109477808A - 用于检测氰化氢气体的电化学气体传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电化学氰化氢传感器(1)，该电化学氰化氢传感器包括外壳(10)，该外壳包括允许气体进入传感器(1)的开口(2)；设置在外壳(10)内的电解质；与外壳(10)内的电解质接触的多个电极，其中多个电极包括工作电极(5)和反电极(7)，并且其中所述电极包含金属催化材料；以及过滤器(3)，该过滤器可操作以覆盖外壳(10)的开口(2)，并且防止硫化氢到达电极，其中过滤器(3)包含层叠到聚四氟乙烯载体材料上的硫酸银。
Description
相关申请的交叉引用
不适用。
关于联邦政府资助的研究或开发的声明
不适用。
对微缩胶片附录的参考
不适用。
背景技术
许多工业应用中都会使用或可产生氰化氢(HCN)。这种气体毒性极强，即使相对较少量对人类也是致命的。在这样的背景下，对用于安全监测的HCN气体传感器有着日益增长的需求。HCN气体传感器可操作以检测HCN气体的存在，并且基于该检测来发出警报。HCN气体传感器可由用户携带，和/或可放置在存在HCN气体泄漏的可能的位置中。
在监测各种气体的存在的过程中，可能存在也可在传感器内反应的其他气体，诸如一氧化碳(CO)或硫化氢(H2S)。例如，工作电极可包含催化剂，该催化剂可催化目标气体和干扰物气体两者的反应。因此，干扰物气体的存在可造成传感器中的交叉敏感性，导致环境气体中存在的目标气体水平大于实际存在水平的错觉。由于各种目标气体的存在带来的危险，用于触发警报的阈值水平可相对较低，并且因干扰物的存在而引起的交叉敏感性可足够高，从而造成目标气体传感器的误报警。
发明内容
在一个实施方案中，电化学氰化氢(HCN)传感器包括外壳，该外壳包括允许气体进入传感器的开口；设置在外壳内的电解质；与外壳内的电解质接触的多个电极，其中所述多个电极包括工作电极和反电极；以及过滤器，该过滤器可操作以覆盖外壳的开口，并且防止硫化氢(H2S)到达电极。
在一个实施方案中，用于检测氰化氢(HCN)的方法，该方法包括将环境气体接收到HCN传感器的外壳中，其中环境气体包括HCN和硫化氢(H2S)，并且其中HCN传感器包括与外壳内的电解质接触的多个电极，其中所述多个电极包括多孔工作电极和反电极；将H2S气体从环境气体中过滤出来；在反电极与工作电极之间施加电压电位；使环境气体与多孔工作电极接触；允许环境气体扩散穿过多孔工作电极以接触电解质；响应于工作电极的表面区域处环境气体与电解质之间的反应，在多孔工作电极与反电极之间生成电流；以及基于该电流来确定环境气体中的HCN的浓度。
在一个实施方案中，电化学氰化氢(HCN)传感器包括外壳，该外壳包括允许气体进入传感器的开口；设置在外壳内的电解质；与外壳内的电解质接触的多个电极，其中所述多个电极包括工作电极和反电极，并且其中电极包含金属催化材料；以及过滤器，该过滤器可操作以覆盖外壳的开口，并且防止硫化氢(H2S)到达电极，其中该过滤器包含层叠到聚四氟乙烯(PTFE)载体材料上的硫酸银。
附图说明
为了更全面地理解本公开，现在参照以下结合附图和详细说明所作的简要说明，在附图中相似的附图标记代表相似的部件。
图1示出了根据一个实施方案的电化学传感器的剖视图；
图2A至图2B示出了根据一个实施方案的使两个电化学传感器暴露于HCN气体的测试结果；并且
图3A至图3B示出了根据一个实施方案的使两个电化学传感器暴露于H2S气体的测试结果。
具体实施方式
首先应当理解，尽管以下示出了一个或多个实施方案的示例性实施方式，但是可以使用任何数量的技术(无论是当前己知的还是尚不存在的技术)来实现所公开的系统和方法。本公开决不应当限于下文所示的示例性实施方式、附图和技术，而是可以在所附权利要求书的范围及其等同物的全部范围内进行修改。
以下简短术语定义应适用于整个申请文件：
术语“包括”意指包括但不限于，并且应以在专利上下文中通常使用的方式加以解释；
短语“在一个实施方案中”、“根据一个实施方案”等一般意指跟在该短语后的特定特征、结构或特性可包括在本发明的至少一个实施方案中，并且可包括在本发明的不止一个实施方案中(重要的是，这类短语不一定是指相同实施方案)；
如果说明书将某物描述为“示例性的”或“示例”，则应当理解为是指非排他性的示例；
术语“约”或“大约”等在与数字一起使用时，可意指具体数字，或另选地，如本领域技术人员所理解的接近该具体数字的范围；并且
如果说明书陈述了部件或特征“可以”、“能够”、“能”、“应当”、“将”、“优选地”、“有可能地”、“通常”、“任选地”、“例如”、“经常”或“可能”(或其他此类词语)被包括或具有特性，则特定部件或特征不是必须被包括或具有该特性。这种部件或特征可任选地包括在一些实施方案中，或可排除在外。
许多工业应用中都会使用氰化氢(HCN)。这种气体毒性极强，即使相对较少量对人类也是致命的。(示例性规定包括10ppm HCN的OSHA PEL以及4.7ppm HCN的ACGIH TLV。)在这样的背景下，对用于安全监测的HCN气体传感器有着日益增长的需求。在许多情况下，除HCN气体之外，还有许多其他有毒气体，诸如硫化氢(H2S)。目前，有两种类型的常用HCN传感器。一种传感器使用金(Au)作为工作电极，另一种传感器使用银(Ag)作为工作电极。对于使用Au的传感器而言，H2S气体通常在仪器上给出远远超过HCN的较大正信号，1.5ppm H2S就能产生约9ppm HCN读数，从而可触发误报警。对于Ag HCN气体传感器而言，H2S气体消耗银而形成硫化银，从而显著降低传感器敏感性和寿命。H2S气体不仅可引起误报警，而且可迅速破坏传感器。在存在H2S和HCN气体(或泄漏)的条件下，诸如在火灾场景中，H2S所引起的较大正信号可触发HCN检测报警，并且该误报警可给用户造成恐慌和不便。迄今为止，还没有传感器可用以降低HCN检测器上的H2S交叉敏感性或污染，同时又不影响传感器敏感性和性能。
在一些电化学传感器中，可使用化学过滤器来去除或减少传感器中的某些气体的存在。然而，典型化学过滤器可能无法成功降低HCN检测器的H2S交叉敏感性。例如，可使用碱石灰过滤器、活性炭过滤器和/或橡胶木炭过滤器来防止传感器对H2S的交叉敏感性。然而，碳过滤器的使用可仅限于一些类型的气体传感器，因为活性炭可吸收多种多样的气体(包括HCN)。因此，使用含有碱石灰或活性炭的过滤器来防止HCN气体传感器上的H2S交叉敏感性可能不会成功，因为碱石灰或活性炭也可与HCN反应和/或吸收HCN。另一种类型的过滤器可包含用高锰酸钾浸渍的活性氧化铝，其可操作以吸收H2S气体，但其也可吸收HCN气体。一些传感器可使用含有Ag2SO4的过滤器来降低二氧化硫检测器上对H2S的交叉敏感性。然而，Ag2SO4过滤器是通过以盐溶液浸渍衬底来制备的，其中该衬底包括玻璃纤维。如本领域中所熟知，玻璃纤维通常包含诸如SiO2、Al2O3、TiO2和ZrO2的材料，这些材料将吸收HCN气体。因此，Ag2SO4过滤器在HCN气体传感器中将不起作用。
本文所述的实施方案包括用于检测HCN的电化学传感器，其中该传感器可包括过滤器，该过滤器可操作以去除H2S气体并且不影响传感器敏感性和性能。电化学传感器可包括一个或多个电极(诸如工作电极、反电极和参比电极)以及电解质。电化学传感器还可包括过滤器，该过滤器包含层叠到聚四氟乙烯(PTFE)载体材料上的硫酸银，其中PTFE具有良好疏水性能，并且对HCN气体没有吸收作用。
图1示出了电化学传感器1的剖面图。电化学传感器1一般包括外壳10，该外壳限定被设计为容纳电解质溶液的腔体或贮存器14。工作电极5可放置在开口4与贮存器14之间。反电极7和参比电极6可定位在贮存器14内。当气体在贮存器14内反应时，可在电极之间形成电流和/或电位以提供气体浓度的指示。参比电极6也可定位在贮存器14内以便为工作电极5与反电极7之间所检测到的电流和电位提供基准。
外壳10限定内部贮存器14，并且一个或多个开口2,4可设置在外壳中以允许待检测的气体进入外壳10。外壳10一般可由对电解质和正测量的气体基本上惰性的任何材料形成。在一个实施方案中，外壳10可由聚合物材料、金属或陶瓷形成。例如，外壳可由包括但不限于以下的材料形成：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚氧二甲苯(PPO)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)(例如，高密度聚乙烯(HDPE))、聚苯醚(PPE)或它们的任何组合或共混物。在一些实施方案中，外壳10可由耐硫酸的聚合物形成。
一个或多个开口2,4可贯穿外壳10形成以允许环境气体进入外壳10和/或允许外壳10内生成的任何气体逸出。在一个实施方案中，电化学传感器1可包括至少一个入口开口4以允许环境气体进入外壳10。开口4可设置在封盖11中(当存在封盖时)和/或设置在外壳10的壁中。在一些实施方案中，开口4可包括扩散阻挡层以限制气体(例如，HCN等)流向工作电极5。可通过将开口4形成为毛细管来形成扩散阻挡层，和/或可使用膜或隔膜来控制流过所述一个或多个开口2,4的质量流率。
在一个实施方案中，开口4可用作毛细管开口以提供气体在外壳10的内部与外部之间的流率限制交换。在一个实施方案中，开口4可具有约200μm与约1.5mm之间的直径，其中开口4对于较大开口而言可使用常规钻孔形成，而对于较小开口而言可使用激光钻孔形成。开口4可具有约0.5mm与约5mm之间的长度，具体取决于封盖或外壳10的厚度。在一些实施方案中，对于入口气体而言可存在两个或更多个开口。当使用隔膜控制流入和/或流出外壳10的气流时，开口直径可大于上列尺寸，因为膜可有助于和/或可负责控制流入和流出外壳10的气体的流率。
贮存器14包括反电极7、参比电极6和工作电极5。在一些实施方案中，电解质可包含在贮存器14内，并且反电极7、参比电极6和工作电极5可通过电解质进行电接触。在一些实施方案中，可使用一个或多个多孔隔板8或其他多孔结构来保持与电极接触的电解质。隔板8可包括多孔构件，该多孔构件充当吸液芯以便在贮存器与电极之间保持和输送电解质，同时又是电绝缘的以防止因任何两个电极之间的直接接触而引起的短接。多孔隔板8中的一个或多个可延伸到贮存器14中以便为电解质提供通向电极的路径。在一个实施方案中，隔板8可设置在反电极7与参比电极6之间，并且隔板8可设置在参比电极6与工作电极5之间。
隔板8中的一个或多个可包含非织造多孔材料(例如，多孔毡构件)、织造多孔材料、多孔聚合物(例如，开孔泡沫、固体多孔塑料等)等，并且一般对于电解质和形成电极的材料是化学惰性的。在一个实施方案中，隔板8可由对电解质基本上化学惰性的各种材料形成，包括但不限于玻璃(例如，玻璃毡)、聚合物(塑料盘)、陶瓷等。
电解质可为任何常规含水酸性电解质诸如硫酸、磷酸，或中性离子溶液诸如盐溶液(例如，锂盐诸如氯化锂等)或它们的任何组合。例如，电解质可包含摩尔浓度介于约3M至约12M之间的硫酸。由于硫酸是吸湿的，因此在约3％至约95％的环境相对湿度(RH)范围内，浓度可在约10重量％至约70重量％(1至11.5摩尔浓度)间变化。在一个实施方案中，电解质可包含水溶液中的浓度介于约30重量％至约60重量％H3PO4之间的磷酸。又如，电解质可包含具有约30重量％至约60重量％LiCl的氯化锂盐，余量是水溶液。
在传感器1的实施方案中，电解质可包含大约4M的硫酸且添加有硫酸银。在传感器1的另一个实施方案中，电解质可包含添加有高氯酸锂的碳酸丙烯酯，其中高氯酸锂的浓度为大约0.4M。
工作电极5可设置在外壳10内。进入电化学传感器1的气体可接触工作电极5的一个侧面，并且穿过工作电极5到达工作电极5与电解质之间的界面。然后气体可反应以生成指示气体浓度的电流。如本文所讨论，工作电极5可包括多个层。基层或衬底层可包含疏水性材料或经疏水处理的材料。催化材料可形成为工作电极5的一个侧面上的电极，并且被放置成与电解质相接触。在一个实施方案中，工作电极中的催化材料可包含金以提供对丙烯腈的检测。
在一个实施方案中，工作电极5可包括多孔衬底或隔膜作为基层。衬底可透过所关注的气体(其可包括丙烯腈)。在一个实施方案中，衬底可包括由碳纤维或石墨纤维形成的碳纸。在一些实施方案中，可通过添加导电材料(诸如碳)将衬底制成为导电性的。碳的使用可提供足够的导电程度，从而允许待由耦合到工作电极5的引线检测到的工作电极5的表面处气体与电解质的反应所生成的电流。也可使用其他导电衬底，诸如碳毡、多孔碳板和/或导电聚合物(诸如聚乙炔)，这些导电衬底每一者均可如下所述的那样被制成为疏水性的。另选地，导电引线可耦合到催化层以将催化材料电耦合到外部电路，如本文更详细描述。在一个实施方案中，衬底在一些实施方案中可为约5密耳至约20密耳厚。
多孔衬底可为疏水性的以防止电解质穿过工作电极5。可由疏水性材料形成衬底，或可用疏水性材料处理衬底。在一个实施方案中，可通过用疏水性材料诸如氟化聚合物(例如，PTFE等)浸渍衬底，从而将衬底制成为疏水性的。在一些实施方案中，衬底或隔膜可包含GEFC-IES(例如，全氟磺酸与PTFE的共聚物，其可从金能燃料电池有限公司(Golden EnergyFuel Cell Co.,Ltd.)商购获得)、(聚四氟乙烯与全氟-3,6-二氧杂-4-甲基-7-辛烯-磺酸的共聚物，其可从杜邦公司(DupontTM)商购获得)或者纯的或几乎纯的聚四氟乙烯(PTFE)。浸渍工艺可包括使用浸涂、涂布或辊涂工艺将含疏水性材料的溶液或浆料设置在衬底上。另选地，可将干燥组合物(诸如粉末)施加到衬底。在一些实施方案中，可使用任选的烧结工艺将疏水性材料注入到衬底中以形成工作电极5的疏水性基层，其中疏水性基层的两个侧面都是疏水性的。烧结工艺可引起疏水性聚合物与衬底的碳粘结或熔合，从而将疏水性材料牢固地粘结到衬底。
在一些实施方案中，传感器1可包括过滤器3，该过滤器沉积在传感器1的开口4上方，并且可操作以过滤目标气体。例如，过滤器3可操作以去除和/或吸收H2S气体。在一些实施方案中，过滤器可包含层叠到PTFE粉末衬底上的硫酸银。
过滤器3的制备方法可包括研磨硫酸银，然后将硫酸银施加到PTFE乳液，并且搅拌该混合物。在一些实施方案中，该混合物可包含大约3克的硫酸银和大约8克的PTFE乳液。然后，可干燥该混合物以形成过滤器3，例如在大约200℃下干燥大约2小时。
在制造电化学HCN传感器1的过程中，可首先将隔板8放置在外壳10内。然后可将反电极7放置到外壳10中。之后可优选地将另一个隔板8放置在外壳10内，接着是参比电极6。随后可将又一个隔板8放置在外壳10内，接着是工作电极5。工作电极5可面朝下地插入，而反电极7可面朝上地取向。在将工作电极5放置在外壳10内之后，可将工作电极5的周边热密封到包括开口4的封盖11。然后，可抵靠封盖11放置过滤器3，该封盖可用隔膜包裹。在一些实施方案中，可将顶盖12和防尘盖13放置在过滤器3上方。顶盖12还可包括开口2，该开口可大于开口4。
然后可经由外壳10中的开口9在外壳10的内部中填充电解质。在外壳10的内部中填充电解质后，任选地使用气体可在其中流动但电解质基本上不可在其中流动的扩散阻挡层经由热密封来密封开口9。适用于本发明的扩散阻挡层的示例是膜。隔板8操作以防止电极的物理接触，同时允许液体电解质接触电极，从而提供工作电极5与反电极7之间的离子连接。隔板8可包含选自玻璃纤维、热解SiO2、Al2O3、TiO2和ZrO2的至少一种材料。
在一些实施方案中，可将金属催化剂掺入到电极中的一者或多者中。金属催化剂可选自Au和Ag。并且对应电解质可选自添加有硫酸银的硫酸以及添加有高氯酸锂的碳酸丙烯酯。
示例性Au电极可包括衬底以及沉积在衬底上的碳载金催化剂。在一些实施方案中，碳载金催化剂可包含3-10重量％的亲水性材料、60-87重量％的金以及10至30重量％的疏水性含氟聚合物阻断剂。在一些实施方案中，碳载金催化剂可包含重量百分比为5-8％的亲水性气凝胶、重量百分比为12-28％的疏水性含氟聚合物粘合剂、重量百分比为65-80％的金以及重量百分比为0-8％的碳颗粒。
碳载体可为其上沉积有金催化剂的、任何所需形状、形态和尺寸的固体多孔碳吸收剂。可例如通过以下方式制备此类电极：用可分解为氧化金的金盐的溶液浸渍碳吸收剂，在足以实现向该氧化物的所述分解的高温下加热浸渍后的碳，然后在存在氢气的情况下加热金以将氧化金还原为催化活性游离金属。优选的电极可包含碳颗粒，碳颗粒含有通过催化剂制备领域中已知的任何合适技术在其上提供的催化量的金。形成催化剂的方法可涉及形成金属金或其盐的溶液，用所得溶液浸渍碳颗粒，干燥浸渍后的碳颗粒，然后在存在还原性气体(诸如氢气)的情况下在通常至少500℉、任选地600℉-800℉的高温下加热，以便确保金盐转化为其游离金属态并提供活性催化剂。用作载体的碳可为催化剂领域中常规用作载体的任何碳。
电极中的一者或多者的电化学活性表面可包含银(Ag)。可经由在隔膜上沉积包含银金属粉末和分散粉末的油墨来制造一个或多个电极。如本领域已知，可经由在膜上丝网印刷来沉积油墨，同时在膜上沉积电化学活性材料。已发现膜能为电化学活性材料提供良好载体。如本领域已知，也可使用手工涂漆技术来沉积该油墨。可经由在隔膜上丝网印刷银金属油墨来制造一些电极。在一些实施方案中，可在本公开的电极上沉积厚度在大约1密耳至10密耳(或0.025mm至0.25mm)范围内的电化学活性材料的膜。在一些实施方案中，用于形成电极的银粉可包括纳米粉末。
图2A至图2B示出了测试两个HCN电化学传感器的结果，其中图2A中示出了第一传感器，并且图2B中示出了第二传感器。图2A所示的第一传感器可包括电化学HCN传感器，其包括Au电极以及添加有硫酸银的大约4M硫酸的电解质。图2B所示的第二传感器可包括电化学氰化氢传感器，其包括Ag电极以及添加有高氯酸锂的碳酸丙烯酯的电解质。
在图2A至图2B中，传感器已暴露于大约10ppm HCN。如这两个曲线图所示，电流随传感器暴露于HCN气体的时间的推移而增加到电流可指示HCN的存在的电平，从而激活传感器的通知和/或警报。换句话讲，掺入到传感器中的过滤材料可不影响传感器充分检测和指示HCN气体的存在的能力。
图3A至图3B示出了测试与图2A至图2B所述相同的两个HCN电化学传感器的结果，其中传感器可暴露于大约15ppm H2S气体。如这两个曲线图所示，H2S气体未将电流读数增加到将造成传感器中误报警的电平。例如，暴露于H2S气体所引起的电流读数可小于暴露于HCN气体所引起的电流读数的大约1％。换句话讲，1)传感器对HCN的敏感性与2)传感器对H2S的敏感性之比大于约100。因此，掺入到传感器中的过滤材料可从传感器中充分去除(或阻断)H2S。
在第一实施方案中，电化学氰化氢(HCN)传感器包括外壳，该外壳包括允许气体进入传感器的开口；设置在外壳内的电解质；与外壳内的电解质接触的多个电极，其中所述多个电极包括工作电极和反电极；以及过滤器，该过滤器可操作以覆盖外壳的开口，并且防止硫化氢(H2S)到达电极。
第二实施方案可包括根据第一实施方案所述的传感器，其中过滤器包含层叠到聚四氟乙烯(PTFE)载体材料上的硫酸银。
第三实施方案可包括根据第一实施方案或第二实施方案所述的传感器，其中通过以下方式形成过滤器：研磨硫酸银；将硫酸银施加到PTFE乳液；搅拌该混合物；以及干燥该混合物。
第四实施方案可包括根据第三实施方案所述的传感器，其中过滤器包含大约3克的硫酸银以及大约8克的PTFE。
第五实施方案可包括根据第一实施方案至第四实施方案中任一项所述的传感器，其中电极中的至少一者包含金(Au)催化材料。
第六实施方案可包括根据第五实施方案的所述传感器，其中电解质包含添加有硫酸银的硫酸。
第七实施方案可包括根据第一实施方案至第六实施方案中任一项所述的传感器，其中电极中的至少一者包含银(Ag)催化材料。
第八实施方案可包括根据第一实施方案至第七实施方案中任一项所述的传感器，其中电解质包含添加有高氯酸锂的碳酸丙烯酯。
第九实施方案可包括根据第一实施方案至第八实施方案中任一项所述的传感器，其中传感器被配置为检测HCN，并且其中1)传感器对HCN的敏感性与2)传感器对H2S的敏感性之比大于约100。
第十实施方案可包括根据第一实施方案至第九实施方案中任一项所述的传感器，其中电极具有平面布置。
第十一实施方案可包根据括第一实施方案至第九实施方案中任一项所述的传感器，其中电极具有堆叠布置。
在第十二实施方案中，一种用于检测氰化氢(HCN)的方法，该方法包括将环境气体接收到HCN传感器的外壳中，其中环境气体包括HCN和硫化氢(H2S)，并且其中HCN传感器包括与外壳内的电解质接触的多个电极，其中所述多个电极包括多孔工作电极和反电极；将H2S气体从环境气体中过滤出来；在反电极与工作电极之间施加电压电位；使环境气体与多孔工作电极接触；允许环境气体扩散穿过多孔工作电极以接触电解质；响应于工作电极的表面区域处环境气体与电解质之间的反应，在多孔工作电极与反电极之间生成电流；以及基于该电流来确定环境气体中的HCN的浓度。
第十三实施方案可包括根据第十二实施方案所述的方法，其中将H2S气体从环境气体中过滤出来包括使环境气体穿过过滤器，该过滤器包含层叠到聚四氟乙烯(PTFE)载体材料上的硫酸银。
第十四实施方案可包括根据第十二实施方案至第十三实施方案中任一项所述的方法，还包括通过以下方式形成过滤器：研磨硫酸银；将硫酸银施加到PTFE乳液；搅拌该混合物；以及干燥该混合物。
第十五实施方案可包括根据第十二实施方案至第十四实施方案中任一项所述的方法，其中过滤器包含大约3克的硫酸银以及大约8克的PTFE。
第十六实施方案可包括根据第十二实施方案至第十五实施方案中任一项所述的方法，其中传感器被配置为检测HCN，并且其中1)传感器对HCN的敏感性与2)传感器对H2S的敏感性之比大于约100。
第十七实施方案可包括根据第十二实施方案至第十五实施方案中任一项所述的方法，其中电极中的至少一者包含金(Au)催化材料。
第十八实施方案可包括第十二实施方案至第十七实施方案中任一项的方法，其中电极中的至少一者包含银(Ag)催化材料。
第十九实施方案可包括根据第十二实施方案至第十八实施方案中任一项所述的方法，其中电解质包含以下中的一者：添加有高氯酸锂的碳酸丙烯酯或添加有硫酸银的硫酸。
在第二十实施方案中，电化学氰化氢(HCN)传感器包括外壳，该外壳包括允许气体进入传感器的开口；设置在外壳内的电解质；与外壳内的电解质接触的多个电极，其中所述多个电极包括工作电极和反电极，并且其中电极包含金属催化材料；以及过滤器，该过滤器可操作以覆盖外壳的开口，并且防止硫化氢(H2S)到达电极，其中该过滤器包含层叠到聚四氟乙烯(PTFE)载体材料上的硫酸银。
尽管上文已经示出和描述了根据本文所公开的原理的各种实施方案，但在不脱离本公开的实质和教导的情况下，本领域的技术人员可以对其做出修改。本文所述的实施方案仅是代表性的而并非意在进行限制。许多变化、组合和修改都是可能的，且在本公开的范围之内。由于合并、整合和/或省略一个或多个实施方案的特征而得到的替代实施方案也在本公开的范围之内。因此，保护范围不受上面给出的描述的限制，而是由以下的权利要求限定，该范围包括权利要求书的主题的所有等价物。每一项权利要求作为进一步的公开内容并入说明书中，且权利要求书为一个或多个本发明的一个或多个实施方案。此外，任何上述优点和特征可涉及特定实施方案，但不应将这些公布的权利要求书的应用限制为实现任何或所有以上优点或具有任何或所有以上特征的方法和结构。
另外，本文所使用的章节标题是为了与37C.F.R.1.77的建议一致或者提供组织线索。这些标题不应限制或表征可以从本公开公布的任何权利要求书中所阐述的一个或多个发明。具体地并且以举例的方式，尽管标题可能是指“技术领域”，但权利要求书不应被该标题下所选择的语言限制为描述所谓的领域。此外，“背景技术”中的技术的描述不应被解读为承认某项技术是本公开中的任何一个或多个发明的现有技术。“发明内容”也不应被认为是在公布的权利要求中所阐述的一个或多个发明的限制性表征。此外，本公开中对单数的“发明”的任何提及不应被用于证明在本公开中仅有一个新颖点。根据从本公开公布的多个权利要求的限制，可以阐述多个发明，并且这些权利要求相应地限定了由其保护的一个或多个发明及其等同形式。在所有情况下，这些权利要求的范围应根据本公开按照权利要求自身的优点来考虑，而不应受到本文所陈述的标题的限制。
应当理解，使用广义的术语如“包含”、“包括”和“具有”提供对狭义的术语如“由…组成”、“基本上由…组成”和“基本上由…构成”的支持。针对实施方案的任何元件使用术语“任选地”、“可”、“可能”、“有可能地”等意指该元件是不需要的，或另选地，该元件是需要的，两种替代方案均在一个或多个实施方案的范围之内。另外，对示例的提及仅仅用于说明目的，并非意在是排他性的。
尽管本公开中提供了若干实施方案，但应当理解，在不脱离本公开的实质或范围的情况下可以通过许多其他具体形式来体现所公开的系统和方法。本发明示例应被认为是例示性的而非限制性的，并且本发明并非局限于本文中给出的细节。例如，可以将各种元件或部件结合或集成到另一个系统中，或者可以省略或不实现某些特征。
此外，在不脱离本公开的范围的情况下，可以将在各个实施方案中被描述和示出为分立或独立的技术、系统、子系统和方法与其他系统、模块、技术或方法结合或集成。被示出或讨论为彼此直接耦合或通信的其他项可以通过一些接口、设备或中间部件间接耦合或通信，而不论是通过电、机械还是其他方式进行这种耦合或通信。本领域技术人员可确定并且在不脱离本文所公开的实质和范围的情况下可以做出变化、替换和变更的其他示例。
Claims (15)
1.一种电化学氰化氢(HCN)传感器，包括：
外壳，所述外壳包括允许气体进入所述传感器的开口；
电解质，所述电解质设置在所述外壳内；
多个电极，所述多个电极与所述外壳内的所述电解质接触，其中所述多个电极包括工作电极和反电极；和
过滤器，所述过滤器能够操作地配置为防止硫化氢(H2S)到达所述电极。
2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述过滤器包含层叠到聚四氟乙烯(PTFE)载体材料上的硫酸银。
3.根据权利要求2所述的传感器，其中所述过滤器包含研磨的硫酸银和PTFE的干燥混合物。
4.根据权利要求2所述的传感器，其中所述过滤器包含大约3克的硫酸银以及大约8克的PTFE。
5.根据权利要求1所述的传感器，其中所述电极中的至少一者包含金(Au)催化材料。
6.根据权利要求5所述的传感器，其中所述电解质包含添加有硫酸银的硫酸。
7.根据权利要求1所述的传感器，其中所述电极中的至少一者包含银(Ag)催化材料。
8.根据权利要求7所述的传感器，其中所述电解质包含添加有高氯酸锂的碳酸丙烯酯。
9.根据权利要求1所述的传感器，其中所述传感器被配置为检测HCN，并且其中1)所述传感器对HCN的敏感性与2)所述传感器对H2S的敏感性之比大于约100。
10.一种用于检测氰化氢(HCN)的方法，所述方法包括：
将环境气体接收到HCN传感器的外壳中，其中所述环境气体包括HCN和硫化氢((H2S)，并且其中所述HCN传感器包括与所述外壳内的电解质接触的多个电极，其中所述多个电极包括多孔工作电极和反电极；
将所述H2S气体从所述环境气体中过滤出来；
在所述反电极与所述工作电极之间施加电压电位；
使所述环境气体与所述多孔工作电极接触；
允许所述环境气体扩散穿过所述多孔工作电极以接触所述电解质；
响应于所述工作电极的表面区域处所述环境气体与所述电解质之间的反应而在所述多孔工作电极与所述反电极之间生成电流；以及
基于所述电流来确定所述环境气体中的所述HCN的浓度。
11.根据权利要求10所述的方法，其中将所述H2S气体从所述环境气体中过滤出来包括使所述环境气体穿过过滤器，所述过滤器包含层叠到聚四氟乙烯(PTFE)载体材料上的硫酸银。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括通过以下方式形成所述过滤器：研磨所述硫酸银；将所述硫酸银施加到PTFE乳液；搅拌所述混合物；以及干燥所述混合物。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述过滤器包含大约3克的硫酸银以及大约8克的PTFE。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述传感器被配置为检测HCN，并且其中1)所述传感器对HCN的敏感性与2)所述传感器对H2S的敏感性之比大于约100。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述电极中的至少一者包含以下中的一者：金(Au)催化材料和银(Ag)催化材料。
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