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大連化物所在氨泄漏監測方面取得新進展 制備無線自供電氨泄漏傳感器
2022年05月09日 15:46:34
來源：化工儀器網 作者：楊 點擊量：4232
合作團隊提出了一套完整的無線傳輸自供電傳感系統，包括基于蜂窩狀摩擦納米發電機(TENG)的發電系統、基于碳納米管摻雜的聚吡咯(CNTs-PPy)的氨檢測系統，以及信號采集傳輸系統等。
【化工儀器網 項目成果】氨，分子式為NH3，是氮和氫的化合物。由于氨燃燒后會還原為還原為水和空氣，近年來隨著減碳排放等環保理念的提出，液氨作為一種船用燃料，因為其零碳、儲存安全和高能量密度的特點，受到越來越多的重視。目前，歐洲、日本、韓國、中國都在開展氨燃料船舶研發工作。中國上海船舶研究設計院和大船集團分別于2019年推出了18萬噸氨燃料散貨船和23000TEU氨燃料集裝箱船概念設計，江南造船將于2021年推出氨燃料4萬方重型液化氣船概念設計，中國船級社(CCS)則已啟動氨燃料動力船舶相關規范指南制定工作。
但是在氨燃料發展的同時，也不可忽視的是，氨對人體的眼、鼻、喉等有刺激作用，吸入大量氨能造成短時間鼻塞，甚至可能引起窒息死亡，液氨對粘膜具有強烈的刺激性。人體長時間暴露在氨環境中，可能會損害眼睛、肝臟、腎臟或肺部。在狹窄的機艙內，氨氣泄漏會嚴重危害船員的生理健康。因此，針對長途海上航行，開發一種實時準確監測氨氣濃度的方法至關重要。
中國科學院大連化學物理研究所(以下簡稱“大連化物所”)化學傳感器研究組(106組)馮亮研究員團隊與大連海事大學輪機工程學院徐敏義教授團隊合作，在氨能船舶的氨泄漏監測方面取得新進展。合作團隊提出了一套完整的無線傳輸自供電傳感系統，包括基于蜂窩狀摩擦納米發電機(TENG)的發電系統、基于碳納米管摻雜的聚吡咯(CNTs-PPy)的氨檢測系統，以及信號采集傳輸系統等。
研究人員制備了一種基于碳納米管摻雜的聚吡咯氨氣檢測系統。碳納米管與導電聚合物具備的協同效應，可以提高電子傳導效率，進而顯著增強室溫下的傳感性能。基于該材料的傳感器表現出了檢測限低(0.2ppm)、響應時間短(約90s)、選擇性高、穩定性好、成本低、可使用性強等特點，可充分滿足所需要的傳感性能。該傳感器通過與低功耗藍牙模塊的組合，實現了從檢測模塊到計算機終端的快速無線通訊；再通過與海事大學提供的蜂窩結構摩擦納米發電機相結合，收集了船舶發動機振動產生的機械能，并將其轉化為電能，成功實現了整個傳感系統的自驅動。隨后，該設備在大連海事大學提供的遠航科考船上進行了實地測試：在高溫高濕度的底層機艙中，整個傳感系統保持了正常運作，充分證實了其在實際應用中的潛力。該自供電無線檢測系統可為遠洋航行中的氨泄漏行為進行長期免維護監測，為氨能的進一步應用推廣發揮了重要作用。
相關研究成果以“A Full-set and Self-powered Ammonia Leakage Monitor System based on CNTs-PPy and Triboelectric Nanogenerator for Zero-carbon Vessels”為題，發表在《納米能源》(Nano Energy)上。
參考資料來源：大連化物所
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