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生態(tài)環(huán)境部面向全國啟動2025年生態(tài)環(huán)境科技成果[詳細]
大連化物所在氨泄漏監(jiān)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(wǎng) 作者：楊 點擊量：4275
合作團隊提出了一套完整的無線傳輸自供電傳感系統(tǒng)，包括基于蜂窩狀摩擦納米發(fā)電機(TENG)的發(fā)電系統(tǒng)、基于碳納米管摻雜的聚吡咯(CNTs-PPy)的氨檢測系統(tǒng)，以及信號采集傳輸系統(tǒng)等。
【化工儀器網(wǎng) 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(huán)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(fā)工作。中國上海船舶研究設(shè)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(shè)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(shè)計，中國船級社(CCS)則已啟動氨燃料動力船舶相關(guān)規(guī)范指南制定工作。
但是在氨燃料發(fā)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(huán)境中，可能會損害眼睛、肝臟、腎臟或肺部。在狹窄的機艙內(nèi)，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(fā)一種實時準確監(jiān)測氨氣濃度的方法至關(guān)重要。
中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所(以下簡稱“大連化物所”)化學(xué)傳感器研究組(106組)馮亮研究員團隊與大連海事大學(xué)輪機工程學(xué)院徐敏義教授團隊合作，在氨能船舶的氨泄漏監(jiān)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(tǒng)，包括基于蜂窩狀摩擦納米發(fā)電機(TENG)的發(fā)電系統(tǒng)、基于碳納米管摻雜的聚吡咯(CNTs-PPy)的氨檢測系統(tǒng)，以及信號采集傳輸系統(tǒng)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(tǒng)。碳納米管與導(dǎo)電聚合物具備的協(xié)同效應(yīng)，可以提高電子傳導(dǎo)效率，進而顯著增強室溫下的傳感性能?；谠摬牧系膫鞲衅鞅憩F(xiàn)出了檢測限低(0.2ppm)、響應(yīng)時間短(約90s)、選擇性高、穩(wěn)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(xiàn)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(xué)提供的蜂窩結(jié)構(gòu)摩擦納米發(fā)電機相結(jié)合，收集了船舶發(fā)動機振動產(chǎn)生的機械能，并將其轉(zhuǎn)化為電能，成功實現(xiàn)了整個傳感系統(tǒng)的自驅(qū)動。隨后，該設(shè)備在大連海事大學(xué)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(tǒng)保持了正常運作，充分證實了其在實際應(yīng)用中的潛力。該自供電無線檢測系統(tǒng)可為遠洋航行中的氨泄漏行為進行長期免維護監(jiān)測，為氨能的進一步應(yīng)用推廣發(fā)揮了重要作用。
相關(guān)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(fā)表在《納米能源》(Nano Energy)上。
參考資料來源：大連化物所
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