用于高溫高壓實(shí)驗(yàn)的外置壓力平衡式Ag/AgCl參比電極系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及用于高溫高壓實(shí)驗(yàn)的外置壓力平衡式Ag/AgCI參比電極系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，材料在高溫高壓水溶液中的電化學(xué)行為備受關(guān)注，其涉及領(lǐng)域可主要?dú)w結(jié)為以下三個方面。(I)材料基礎(chǔ)性能研究:由于高溫高壓水溶液的物理化學(xué)性質(zhì)較室溫下有很大變化，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展迫切需要開展材料在高溫高壓水溶液中的基礎(chǔ)性能研究?，F(xiàn)在我國正處于工業(yè)蓬勃發(fā)展時期，由于缺乏關(guān)鍵材料尤其是國產(chǎn)材料在高溫高壓水溶液服役過程中的基礎(chǔ)電化學(xué)數(shù)據(jù)，只能進(jìn)口國外材料或依賴國外標(biāo)準(zhǔn)，阻礙了我國科研及工業(yè)自主化的進(jìn)程。(2)高溫高壓設(shè)備的安全評估:高溫高壓水溶液具有很強(qiáng)的侵蝕性。在現(xiàn)代工業(yè)中，有不少裝置以高溫高壓水溶液作為工作介質(zhì)，如火力發(fā)電站的高溫循環(huán)水體系，超臨界水處理工業(yè)廢水，地?zé)崂孟到y(tǒng)，深海設(shè)備，油氣田高溫高壓鉆采體系，核電站原子能反應(yīng)堆等。以石油行業(yè)為例，在油氣開發(fā)中，伴生氣中多含有一定量的H2S與C02，對油管、套管的腐蝕給油開發(fā)造成了巨大損失，極大地制約了 H2S與CO2共存條件下的油氣開發(fā)。另夕卜，我國核電站目前主要采用壓水堆。核電關(guān)鍵材料的失效可能會造成十分嚴(yán)重的后果，不僅引發(fā)核電站的安全事故，甚至影響民眾安全并造成環(huán)境污染，殃及國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。保障核電站的安全首先需要深入了解核電關(guān)鍵材料在高溫高壓水溶液中的環(huán)境損傷行為與機(jī)制，并能進(jìn)行檢測和監(jiān)測損傷的狀態(tài)。(3)濕法冶金工業(yè):濕法冶金是金屬礦物原料在酸性介質(zhì)或堿性介質(zhì)的水溶液中進(jìn)行化學(xué)處理或有機(jī)溶劑萃取、分離雜質(zhì)、提取金屬及其化合物的過程。現(xiàn)代的濕法冶金幾乎涵蓋了除鋼鐵以外的所有金屬提煉。目前，世界上約有90%的金和約80%的鋅都是用濕法冶金方法生產(chǎn)的。大部分金屬濕法冶金原理都是電化學(xué)反應(yīng)。在高壓濕法冶金中，高溫和高壓的應(yīng)用提供了超過常規(guī)濕法冶金的許多優(yōu)點(diǎn)。在某些情況下，反應(yīng)可大為加速，使這種方法在經(jīng)濟(jì)上具有較大競爭力；而在另一些情況下，所希望的化學(xué)反應(yīng)只有在高溫高壓下才能發(fā)生。與此同時，冶金電化學(xué)的研究可以為濕法冶金工業(yè)提供大量的實(shí)用信息，如最佳的冶金電解質(zhì)組成，以及如何盡可能提高電解過程的電流效率和降低電能消耗。
[0003]參比電極是測量電極電勢時作參照比較的電極。參比電極的穩(wěn)定性對電化學(xué)及其相關(guān)研究都是至關(guān)重要的。隨著電化學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，電化學(xué)測量已不僅限于實(shí)驗(yàn)室，已經(jīng)擴(kuò)展至工程現(xiàn)場檢測與檢測應(yīng)用領(lǐng)域。參比電極的應(yīng)用環(huán)境越復(fù)雜，對參比電極的技術(shù)及性能要求越高。當(dāng)前高溫高壓用參比電極按電極放置方式可分為內(nèi)置式和外置式參比電極兩大類，兩者各有其優(yōu)缺點(diǎn)。內(nèi)置式參比電極與工作電極處于相同的溫度、壓力和溶液環(huán)境。內(nèi)置式參比電極最大的優(yōu)點(diǎn)在于，用它測試所得的電極電位在熱力學(xué)上可以很方便地?fù)Q算成以標(biāo)準(zhǔn)氫電極為基準(zhǔn)的電位值；但存在電極材料溶解或水解，污染溶液等問題。外置式參比電極是置于測試體系外部，通過鹽橋和高溫溶液連通。外置式參比電極的選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不再受溫度的限制，并且測試溶液和電極溶液問的相互污染幾乎可以忽略不計(jì)；但是溫度差異和熱擴(kuò)散會導(dǎo)致測量電位與真實(shí)電位有偏差，并且其偏差值會隨著溫度以及電極材料成分等因素而變化。國內(nèi)外已對高溫高壓環(huán)境中的參比電極進(jìn)行了廣泛的研究。最常用的常溫參比電極是甘汞電極，當(dāng)溫度大于60°C時其性能不穩(wěn)定。標(biāo)準(zhǔn)氫電極的性能穩(wěn)定但使用上不方便。Ag/AgCl電極由于在高溫高壓水溶液體系中具有很小的溶解度、極高的熱穩(wěn)定性，并且即使在有氫存在的情況下電極表面也會得到很好的保護(hù)，這些特性都是其他電極無法比擬的。因此，人們對Ag/AgCl電極的研究更為深入和細(xì)致，同時Ag/AgCl電極被認(rèn)為是高溫高壓情況下最適用的參考電極系統(tǒng)。
[0004]由于國內(nèi)長期未能很好地解決高溫高壓參比電極的制備難題，國內(nèi)有關(guān)科研及工業(yè)單位使用了 Cortest，Cormet，Corr等公司生產(chǎn)的高溫高壓Ag/AgCl參比電極。國外公司商業(yè)化生產(chǎn)的高溫高壓Ag/AgCl參比電極大多為內(nèi)置式參比電極，由其測量的電極電位在熱力學(xué)上可以很方便地?fù)Q算成以標(biāo)準(zhǔn)氫電極為基準(zhǔn)的電位值，但價(jià)格昂貴且一旦污染后維修費(fèi)用昂貴。在通常情況下，內(nèi)置式參比電極多用于電極熱力學(xué)行為的研究；外置式參比電極則多用于電極動力學(xué)方面的研究，在工業(yè)上的應(yīng)用會更廣泛。目前，國內(nèi)還沒有商業(yè)化生產(chǎn)的外置式高溫高壓參比電極。
[0005]為開展高溫高壓情況下的電化學(xué)測試研究工作，高溫高壓參比電極的研制工作是關(guān)鍵。穩(wěn)定性、重現(xiàn)性和可逆性是參比電極最主要的性能要求。本實(shí)用新型的目標(biāo)在于:研發(fā)能用于高溫高壓情況下的外置式Ag/AgCl電極，測定其在不同溫度下的電極電位，為高溫高壓情況下的電化學(xué)測試研究工作提供一個基準(zhǔn)；測試所制備電極在相關(guān)工業(yè)條件下(冶金和深海兩種高溫/高壓電化學(xué)環(huán)境)的可靠性和穩(wěn)定性；測試所制備電極的使用范圍:溫度，壓力及PH范圍；編寫附帶程序，可將由所研發(fā)的外置式參比電極測量的電極電位方便地?fù)Q算成以標(biāo)準(zhǔn)氫電極為基準(zhǔn)的電位值。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型提出用于高溫高壓實(shí)驗(yàn)的外置壓力平衡式Ag/AgCl參比電極系統(tǒng)，該參比電極系統(tǒng)通過充有溶液的鹽橋?qū)⒏邷馗邏弘娀瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和常溫的參比電極系統(tǒng)相連；鹽橋提供溫度緩沖功能，既能保證電化學(xué)反應(yīng)的高溫高壓環(huán)境，又能保證Ag/AgCl參比電極的常溫工作環(huán)境；該參比電極系統(tǒng)滿足操作簡單，電位重現(xiàn)性好，無污染等要求。
[0007]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0008]用于高溫高壓實(shí)驗(yàn)的外置壓力平衡式Ag/AgCl參比電極系統(tǒng)，包括Ag/AgCl電極體、參比電極池和鹽橋，所述Ag/AgCl電極體的截面為T字形，所述Ag/AgCl電極體內(nèi)設(shè)有盛裝lmol/L的KCl溶液的腔體，所述腔體內(nèi)插有一根Ag絲，所述Ag絲下部浸泡在KCl溶液中的部分鍍有AgCl鍍層，所述Ag/AgCl電極體的下部插入所述參比電極池內(nèi)并通過金屬環(huán)與所述參比電極池連接，所述鹽橋上端與所述參比電極池底部連通，所述鹽橋外部套裝有循環(huán)冷卻裝置，所述參比電極池外部連接有與所述參比電極池內(nèi)部連通的壓力傳感器和排氣閥。
[0009]進(jìn)一步地，所述Ag/AgCl電極體的腔體底部設(shè)有密封活塞。
[0010]進(jìn)一步地，所述金屬環(huán)通過四根均勻分布的螺絲連接到所述參比電極池上。
[0011]優(yōu)選地，所述循環(huán)冷卻裝置為套裝在所述鹽橋外部的外接套管，其內(nèi)部裝有循環(huán)冷卻水。
[0012]優(yōu)選地，所述循環(huán)冷卻裝置的內(nèi)徑為10-12mm，長度為90mm。
[0013]優(yōu)選地，所述參比電極池上用于安裝所述壓力傳感器和所述排氣閥的接口高于所述參比電極池內(nèi)所述Ag/AgCl電極體底部所處的位置。
[0014]優(yōu)選地，所鹽橋下部密封插入反應(yīng)釜內(nèi)部，并且所述鹽橋下端在所述反應(yīng)釜內(nèi)溶液液面以下。
[0015]優(yōu)選地，所述Ag/AgCl電極體、所述參比電極池、所述循環(huán)冷卻裝置和所述鹽橋的上部均置于所述反應(yīng)釜外部，所述鹽橋上位于所述循環(huán)冷卻裝置以下的部分置于所述反應(yīng)釜內(nèi)部。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果為:
[0017]本實(shí)用新型提供的外置壓力平衡式Ag/AgCl參比電極系統(tǒng)制備成本低，操作簡單，且可廣泛應(yīng)用于高溫高壓材料的基礎(chǔ)性能研究，高溫高壓電化學(xué)腐蝕和電分析化學(xué)，以及濕法冶金等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例所述的用于高溫高壓實(shí)驗(yàn)的外置壓力平衡式Ag/AgCl參比電極系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為為本實(shí)用新型實(shí)施例所述的用于高溫高壓實(shí)驗(yàn)的外置壓力平衡式Ag/AgCl參比電極系統(tǒng)在實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作中與電化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相連的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3中曲線⑴和曲線(3)分別是實(shí)例I中由本實(shí)用新型作為參比電極和由Cormet公司的高溫高壓Ag/AgCl參比電極測得的溶液的氧化還原電位；曲線⑵是實(shí)例3中由本實(shí)用新型作為參比電極測得的溶液的氧化還原電位；
[0022]圖4中曲線⑴和曲線⑵分別是實(shí)例I和實(shí)例3中由本實(shí)用新型作為參比電極測得的工作電極在目標(biāo)溶液中的腐蝕電位曲線；
[0023]圖5中曲線⑴和曲線⑵分別是實(shí)例I和實(shí)例3中由本實(shí)用新型作為參比電極測得的工作電極在目標(biāo)溶液中的極化曲線。
[0024]圖中:
[0025]1、Ag/AgCl電極體；2、參比電極池；3、鹽橋；4、腔體；5、Ag絲；6、循環(huán)冷卻裝置；7、壓力傳感器；8、排氣閥；9、反應(yīng)釜；10、高溫高壓反應(yīng)釜電化學(xué)體系；11、外置壓力平衡式Ag/AgCl參比電極；12、工作電極；13、對電極；14、電化學(xué)測試工作站。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0027]如圖1-2所示，本實(shí)用新型實(shí)施例所述的用于高溫高壓實(shí)驗(yàn)的外置壓力平衡式Ag/AgCl參比電極系統(tǒng)，包括Ag/AgCl電極體1、參比電極池2和鹽橋3，所述Ag/AgCl電極體I的截面為T字形，所述Ag/AgCl電極體內(nèi)設(shè)有盛裝lmol/L的KCl溶液的腔體4，所述腔體4內(nèi)插有一根Ag絲5，所述Ag絲5下部浸泡在KCl溶液中的部分鍍有AgCl鍍層，所述Ag/AgCl電極體I的下部插入所述參比電極池2內(nèi)并通過金屬環(huán)與所述參比電極池2連接，所述鹽橋3上端與所述參比電極池