基本信息
- 项目名称：
- 铁离子在线检测系统设计
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本设计是废酸液环保处理项目的子课题，设计采用超细玻璃纤维，经压实、烧结后形成纳米多孔材料，用于银电极桥，由于电极桥孔微小，电极内电解液中银离子损失缓慢，在连续测量强酸性体系中铁离子的电位过程中，可保持电极体系的长期稳定；本设计进一步测绘了电极电位－铁离子浓度标准曲线，利用标准曲线，可从电位值数据获得铁离子的浓度数据；利用PLC控制测量过程中的动作，实现测量过程自动化和数据转换自动化。
- 详细介绍：
- 本设计是废酸液环保处理项目的子课题，设计采用超细玻璃纤维，经压实、烧结后形成纳米多孔材料，用于银电极桥，由于电极桥孔微小，电极内电解液中银离子损失缓慢，在连续测量强酸性体系中铁离子电位的过程中，可保持电极体系长期稳定；本设计进一步测绘了电极电位－铁离子浓度标准曲线，利用标准曲线，可从电位值数据获得铁离子的浓度数据；利用PLC控制测量过程中的动作，实现测量过程自动化和数据转换自动化。 本设计的基本思路在于解决酸性溶液中铁离子浓度的自动在线检测技术，因酸性溶液中铁离子浓度检测尚无自动在线技术，故本设计目的在于解决酸性溶液中铁离子的自动在线检测技术问题。 银电极在酸性溶液中具有良好的稳定性，可用于连续在线检测的信号采集。但在线测量过程中，银电极的内电解液随测量时间而损耗较快，导致银电极失效。本设计思路基于阻止银电极内电解液的损失，从而延长银电极的使用寿命。 根据耐斯特方程，可由电位获得浓度数据，因此测定一系列标准浓度的电位，可制作出标准电位－浓度曲线，并利用数据转换技术可直接显示浓度数据，完成在线检测的目的。 创新点：采用超细玻璃纤维，经高压压实后烧结，使形成纳米微孔的电极桥，有效阻止了电极内电解液的损失，延长了电极的使用寿命。 关键技术：纳米微孔电极桥的制作；电位－浓度标准曲线的制作。 只要技术指标：电极在线连续使用寿命大于1年。 本作品的先进性在于综合利用了电化学测量技术、纳米微孔技术、自动化控制技术、数据转换技术，使酸性溶液中铁离子浓度的在线检测实现了稳定、可靠测量。该技术尚无同类产品，属于创新产品，具有较强的市场竞争能力。 本设计作品适用于冷扎酸洗在线检测、废酸环保处理的在线检测。 由于目前冷扎酸洗工艺技术中尚无在线检测铁离子的技术，现有技术采用人工分析，取样困难、分析速度慢，继续先进技术取代，因此本技术有广阔的应用市场前景。预测国内推广，可有数万在线检测点，可获得经济效益数亿元。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本设计的基本思路在于解决酸性溶液中铁离子浓度的自动在线检测技术，是废酸液环保处理项目的子课题之一。因酸性溶液中铁离子浓度检测尚无自动在线技术，固本设计目的意在解决酸性溶液中铁离子的自动在线检测技术问题。 因银电极在酸性溶液中具有良好的稳定性，可用于连续在线检测的信号采集。但在线测量过程中，银电极的内电解液随测量时间而损耗较快，导致银电极失效。本设计思路是阻止银电极内电解液的损失，延长银电极的使用寿命。 根据耐斯特方程，可由电位获得浓度数据，因此测定一系列标准浓度的电位，可制作出标准电位－浓度曲线，并利用数据转换技术可直接显示浓度数据，完成在线检测的目的。 创新点：采用超细玻璃纤维，经高压压实后烧结，使形成纳米微孔的电极桥，有效阻止了电极内电解液的损失，延长了电极的使用寿命。 关键技术：纳米微孔电极桥的制作；电位－浓度标准曲线的制作。 只要技术指标：电极在线连续使用寿命大于1年。
科学性、先进性
- 作品科学性在于：以电化学理论中的纳斯特方程原理为基本原理，所选用的银电极在酸性溶液中有着稳定的电化学特性； 本作品的先进性在于综合利用了电化学测量技术、纳米微孔技术、自动化控制技术、数据转换技术，使酸性溶液中铁离子浓度的在线检测实现了稳定、可靠测量。 [1]XU Xiao-feng1; ZHAO Fu-li1; WANG Shuang1; YE Bao-hui2. Quantitative Measurement of Fe(Ⅱ) in Human Blood with Spectral Analysis Method. Spectroscopy and Spectral Analysis.2008,No.12 [2] 张永刚, 高亚男. 钢铁酸洗废液中Fe3+和Fe2+的测定. 天 津 工 业 大 学 学 报，2008，8：Vol.27 No.4
获奖情况及鉴定结果
- 本设计参加了第九届“挑战杯” 河南省大学生课外学术科技作品竞赛，获得一等奖
作品所处阶段
- 中试阶段，正在工业废酸环保处理项目系统中配备，调试。
技术转让方式
- 有偿技术使用权转让
作品可展示的形式
- 实物、演示、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品的先进性在于综合利用了电化学测量技术、纳米微孔技术、自动化控制技术、数据转换技术，使酸性溶液中铁离子浓度的在线检测实现了稳定、可靠测量。该技术尚无同类产品，属于创新产品，具有较强的市场竞争能力。 本设计作品适用于冷扎酸洗在线检测、废酸环保处理的在线检测。 由于目前冷扎酸洗工艺技术中尚无在线检测铁离子的技术，现有技术采用人工分析，取样困难、分析速度慢，继续先进技术取代，因此本技术有广阔的应用市场前景。预测国内推广，可有数万在线检测点，可获得经济效益数亿元。
同类课题研究水平概述
- 强酸作为清洗剂，腐蚀剂或催化剂在钢铁等行业广泛的应用，在这些行业的生产过程中，每天都要使用大量的盐酸，同时也要排放大量的废酸液，如冷轧行业，需要大量的盐酸进行清洗或腐蚀处理，当酸液中的金属铁离之达到一定浓度之后，其清洗效果显著下降而成为废酸；各生产厂对由此产生的废液主要采用综合处理后排放的方式进行处理，这种处理液含有大量的Fe2+以及少量的重金属离子，不可避免的给环境造成严重的污染，同时也是资源的极大浪费。因此，对于铁离子检测并开展回收有用成分再利用处理工艺的研究对缓解当前日益突出的环境问题和资源短缺问题具有十分重要的现实意义。 目前二价铁的测定方法主要有：滴定法、比色法、原子吸收法及电化学法等。其中滴定法、比色法、原子吸收法操作步骤繁，时间长，难以推广。虽然电化学方法测定的精密度和准确度不如原子吸收法，比较费工、费时，但它在测定铁的方面有许多优越性，如可以将不同价态的铁区分开来，可以在还原条件下进行原态、原位的动态测定等。 本设计制作在研究前期文献基础上，根据有关参考文献，我们课题组创造性的使用Ag/AgCl电极来实现在线连续检测Fe2+浓度，这是本课题的一个创新点。更重要的是，把Fe2+离子的浓度转换为电位信号，不但简单明了，而且可以提高Fe2+的检测灵敏度。研究结果表明，该法精密度高，灵敏度好，操作方便。
