Pierwszenstwo: Opublikowano: 28.11.1970 59228 KI. 42 1,4/08 MKP UKD goi. UUO Twórca wynalazku: dr inz. August Smolanski Wlasciciel patentu: Glówny Instytut Górnictwa, Katowice (Polska) Sposób sporzadzania gazochlonnej i zaroodpornej masy ceramicznej na nosnik katalizatora do czujników gazów palnych Przedmiotem wynalazku jest sposób sporzadza¬ nia gazochlonnej i zaroodpornej masy ceramicz¬ nej na nosnik katalizatora do czujników gazów palnych, dzialajacych na zasadzie katalitycznego spalania.Czujniki tego rodzaju maja element katalitycz¬ ny, pracujacy w temperaturze miedzy 400 a 700°C, podgrzewany spiralka grzejna oblozona masa ce¬ ramiczna stanowiaca nosnik katalizatora. Uzywana do tego celu masa ceramiczna sklada sie przewaz¬ nie z tlenku glinu. Znane sa sposoby, gdy tlenek glinu wytwarza sie bezposrednio na spiralce grzej¬ nej przez termiczna redukcje azotanu glinu, po czym napawa sie go roztworem katalizatora. Spo¬ soby takie sa jednak skomplikowane i czasochlon¬ ne, a osadzona na spiralce warstwa tlenku glinu wykazuje nierównomierna strukture i gazochlon- nosc, wskutek czego jest nietrwala w dzialaniu.Wedlug innych sposobów wykonuje sie rurki z tlenku glinu, nasyca roztworem katalizatora' i na¬ suwa sie je na spiralke grzejna. Rurki takie sa jednak kruche i lamliwe, wymiary ich sa stosun¬ kowo duze, nasycenie katalizatorem jest nierówno¬ mierne, przeniesienie ciepla z spiralki grzejnej jest niekorzystne, a czas reagowania czujnika jest zbyt dlugi.Niedogodnosci tych unika sie stosujac sposób wedlug wynalazku.Sposób sporzadzania gazochlonnej masy cera¬ micznej wedlug wynalazku polega na tym, ze od- 10 15 20 25 30 wazona ilosc drobno sproszkowanego, mikroporo- watego tlenku zaroodpornego, jak na przyklad tlen¬ ku glinu lub drobno sproszkowanej mieszaniny in¬ nych tlenków zaroodpornych stosowanych jako nos¬ niki katalizatorów, po dodaniu 20 do 30°/o glu¬ kozy i po wymieszaniu, zarabia sie z woda na pla¬ styczna paste o srednio gestej konsystencji. Pa¬ sta ta wypelnia sie i pokrywa spiralke grzejna, formujac na niej, jak na szkielecie usztywniaja¬ cym, brylke o wymaganej postaci, na przyklad waleczka.Brylke te suszy sie w czasie okolo 10 minut, podgrzewajac stopniowo do temperatury okolo 120 °C pradem elektrycznym przepuszczanym przez spiralke grzejna, oraz przerywa sie suszenie gdy pojawi sie swad przypieczonej glukozy. Brylka uzyskuje wtedy trwala konsystencje i dobra na- siakliwosc. Po ostudzeniu napawa sie ja rozcien¬ czonym 50%-owym lakierem silikonowym w takim stopniu, aby powierzchnia brylki pozostawala ma- towo-wilgotna, po czym suszy sie ja w ciagu oko¬ lo 5 minut w temperaturze ponizej 100*C i na¬ stepnie w ciagu dalszych 10 minut temperature podnosi sie stopniowo wyzej az zniknie swad wy¬ palajacej sie glukozy i pojawi sie swad rozklada¬ jacego sie silikonu.Nastepnie brylke utrzymuje sie przez okolo 5 minut w koncowej temperaturze 500 do 600°C az zakonczy sie termiczny rozklad silikonu na dwu¬ tlenek krzemu, który ukladajac sie w masie w po- 5922859228 staci gesto rozgalezionej siatki przestrzennej wiaze z soba i usztywnia brylke ceramiczna w sposób trwaly i zarooojporny nie psujac jej gazochlonno- sci.Tak przygotowana masa bez dodatku substancji katalitycznie czynnej moze byc stosowana w kom¬ pensacyjnym elemencie czujnikowym, na którym nie spala sie badanego gazu.Skladnik katalitycznie czynny jest wprowadza¬ ny do masy ceramicznej przeznaczonej dla ele- , mentów czujnikowych na których odbywa sie spa¬ lacie badanego gazu w ten sposób, ze sproszko¬ wany tlenek zaroodporny przed rozrobieniem go na paste nasyca sie katalizatorem.W celu ustabilizowania dzialania katalizowanego elementu czujnika do masy ceramicznej mozna wprowadzac dwa lub wiecej róznych katalizatorów równomiernie w niej rozmieszczonych. Sposób we¬ dlug wynalazku umozliwia stosowanie takiej mie¬ szaniny katalizatorów dzieki temu, ze poszczegól¬ ne proszki wchodzace w sklad masy nasycane sa uprzednio róznymi katalizatorami i po wymiesza¬ niu zarobione sa na paste. Mozna równiez wpro¬ wadzac tlenki zaroodporne bez dodatku kataliza¬ tora, wplywajace regulujaco na uklad katalitycz¬ ny.Wprowadzenie substancji katalitycznie czynnych przeprowadza sie w ten sposób, ze odwazona ilosc sproszkowanego tlenku zalewa sie roztworem za¬ wierajacym wymagana ilosc katalizatora w po¬ staci rozpuszczalnego w wodzie zwiazku chemicz¬ nego, rozciera sie proszek w roztworze na rzadka papke, nastepnie podgrzewajac lagodnie w tempe¬ raturze 40 do 80°C zageszcza sie ja mieszajac az do wysuszenia. Uzyskane grudki rozproszkowuje sie, po czym prazy sie ten katalizowany proszek w ciagu kilkunastu godzin przy stopniowo podnoszo¬ nej temperaturze do 250—'300°C, kiedy zawarty w proiszku katalizator przechodzi w nierozpuszczalny zwiazek chemiczny lub tez ulega termicznemu roz¬ kladowi.Jako katalizatorów do spalania gazów palnych uzywa sie platyne i pallad w postaci roztworów wodnych kwasu chloroplatynowego wzglednie dwu- chlorku palladu, zawierajacych 1 do 3% wagowo platyny wzglednie palladu. Roztworu takiego do¬ daje sie tyle do odwazonej ilosci proszku ceramicz¬ nego aby zawartosc platyny lub palladu w kata¬ lizowanym proszku wynosila wagowo 3 do 10%, zaleznie od wymagan.Sposób wedlug wynalazku w porównaniu z zna¬ nymi sposobami umozliwia otrzymanie masy na nosnik katalizatora o zadanym, scisle okreslonym skladzie. Szczególnie korzystna zaleta jest mozli¬ wosc równomiernego rozprowadzenia w masie ce¬ ramicznej substancji katalitycznych, co wplywa do¬ datnio na stabilizacje aktywnosci elementu katali¬ zowanego w czujniku. Katalizowane proszki oraz katalizowana lub niekatalizowana pasta daja sie przechowywac przez okres wielu miesiecy bez zmian aktywnosci.Formowanie masy na spiralkach grzejnych z gotowej pasty oraz jej termiczne utwardzanie od¬ bywa sie latwo, szybko i jednolicie, oraz moze byc dostosowane do bardzo malych rozmiarów spiralki 15 grzejnej, wskutek czego podnosi sie szybkosc rea¬ gowania elementu czujnikowego na gazy palne, osiagajac czasy krótsze niz 1 minuta. Poza tym jak wykazaly próby, masa zachowuje przez czas 5 wielu tysiecy godzin ciaglej pracy nalezyta wy¬ trzymalosc i odpornosc mechaniczna i termiczna, gazochlonnosc oraz aktywnosc katalizatora.Przykla.d I. Ig drobno sproszkowanego, mi- kroporowatego tlenku zaroodpornego, na przyklad 10 tlenku glinu, miesza sie z 0,2 g glukozy, zarabia sie z woda na paste i formuje z niej waleczek na spiralce grzejnej. Waleczki takie suszy sie w temperaturze do 100°C, po czym nasyca je roz¬ cienczonym lakierem silikonowym, ponownie su¬ szy w temperaturze ponizej 100°C i stopniowo pod¬ grzewa do temperatury 500—600°C az do termicz¬ nego rozkladu silikonu na dwutlenek krzemu. Wy¬ konany w ten sposób waleczek ceramiczny na spi¬ ralce grzejnej ma trwala konsystencje, odporny jest na wplywy mechaniczno-termiczne i nadaje sie do zastosowania jako element kompensacyjny, nie spalajacy badanego gazu.Przyklad II. Sporzadzenie katalizowanego proszku z zawartoscia 5% platyny. Do 0,95 g drob¬ no sproszkowanego gamma-tlenku glinu wpusz- 25 cza sie kroplami 5 cm3 roztworu wodnego kwasu chloroplatynowego, zawierajacego wagowo 1% pla¬ tyny, miesza sie na rzadka papke, zageszcza i su¬ szy w temperaturze 40 do 80°C. Wysuszona mase rozproszkowuje sie i proszek prazy sie powoli 30 przez 24 godziny w temperaturze do 300°C az zawarty w proszku katalizator ulegnie termiczne¬ mu rozkladowi. Tak przygotowany proszek jest przeznaczony dio sporzadzania katalizowanej masy ceramicznej i moze byc dlugo przechowywany.Przyklad III. Sporzadzenie katalizowanego elementu aktywnego. 1 g proszku katalizowanego z zawartoscia 5°/o platyny, wykonanego jak w przy¬ kladzie II, miesza sie z 0,2 g glukozy, zarabia sie na paste i formuje z niej waleczek na spiralce 40 grzejnej. Waleczek ten suszy sie okolo 10 minut podgrzewajac stopniowo pradem elektrycznym przepuszczanym przez spiralke grzejna, przerywa¬ jac suszenie gdy pojawi sie swad przypieczonej glukozy. Po ostudzeniu waleczek napawa sie roz- ** cienczonym lakierem silikonowym, ponownie su¬ szy sie w temjperaturze do 100°C i stopniowo pod¬ grzewa do temperatury 500—600°C az do termicz¬ nego rozkladu silikonu na dwutlenek krzemu. Ka¬ talizator zawarty w masie ulatwia spalenie glu- 50 kozy oraz termiczny rozklad lakieru silikonowe¬ go. Tak sporzadzony waleczek aktywny utrzymu¬ je dostateczna odpornosc na wplywy mechaniczno- -termiczne. 35 55 PL