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Potentiometrischer NH3-Sensor auf Basis Ammonium-Ionen leitender Zeolithe

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Marr, Isabella:
Potentiometrischer NH3-Sensor auf Basis Ammonium-Ionen leitender Zeolithe.
Bayreuth , 2010
(Master's, 2010 , Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Lehrstuhl für Funktionsmaterialien)

Abstract in another language

Ziel dieser Masterarbeit war der Aufbau eines kostengünstigen NH3-Sensors mit Hilfe unkomplizierter Methoden. Durch Einsatz NH4+-leitender Zeolithe sollte ein potentiometrischer NH3-Gassensor realisiert werden. Am Lehrstuhl wurden schon erfolgreich planare zeolithbasierte Sensoren zur Detektion von CO2hergestellt.Als Festelektrolyt wurden hier mit Pt-beladene Zeolithe des Typs ZSM-5 eingesetzt. Es wurde gezeigt, dass die Kombination aus planarem Sensoraufbau und den einzigartigen Eigenschaften des Zeoliths, Filtereigenschaft und ionische Leitfähigkeit, zu einem sehr selektiven Sensor führte. Die Pt-Beladung führt zu einer zusätzlichen katalytischen Aktivität des Zeoliths. Aus theoretischen Überlegungen wurden nun in dieser Masterarbeit verschiedene Sensoraufbauten umgesetzt und die Funktion der Sensoren in ersten Messungen getestet.

Zum Aufbau der Sensoren wurden eine Referenz- und eine Messelektrode sowie der ionenleitende Festelektrolyt benötigt. Die Elektroden wurden aus Gold bzw. Platin hergestellt; die Referenzelektrode wurde zusätzlich mit einer Referenzphase versehen. Dabei handelte es sich um die Sulfate seltener Erden, die zunächst aus den entsprechenden Oxiden hergestellt wurden. Als ionenleitender Festelektrolyt wurden zwei verschiedene Zeolithe, MFI- und MOR-Typ, in ihrer NH4+-Form eingesetzt und jeweils mit 1 wt% Pt beladen. Die Pt-Beladung wurde zum einen nasschemisch, zum anderen mittels „incipient wetness impregnation“ durchgeführt. Da die Zeolithe während der Pt-Beladung ihre NH4+-Form verlieren und in die H+-Form übergehen, musste diese in einem zusätzlichen Schritt mit NH4NO3-Lösung zurückgewonnen werden.

Dargestellt wurde ein planarer Sensoraufbau sowie ein speziell mit einem Tiegelchen aufgebauter Sensor. Für den planaren Aufbau wurden Goldelektroden mit unterschiedlichen Strukturen im Siebdruckverfahren auf ein Al2O3-Substrat aufgebracht. Auf eine Elektrode wurde die Referenzphase aufgebracht. Für die abschließende Zeolithschicht wurde das Pt-beladene Zeolithpulver mit Glykol zu einer Paste verarbeitet und auf die Elektroden aufgebracht. Für den Aufbau im Tiegel wurde das pulverförmige Referenzmaterial in ein speziell dafür angefertigte Keramiktiegelchen gefüllt und ein Edelmetallnetz als Elektrodenmaterial darüber gelegt. Der Zeolith wurde als Pulver oder Tablette darauf gefüllt. Ein weiteres Edelmetallnetz wurde als zweite Elektrode auf den Zeolith gelegt und mit einer Al2O3-Scheibe fixiert.

Die Messungen der verschiedenen Sensoren wurden jeweils in einer Gasatmosphäre aus 10 % O2und 2,5 % H2O in N2durchgeführt. Als Testgas wurde NH3 in Konzentrationen von 50 bis 500 ppm zudosiert. Bei einer Messtemperatur von 250 °C wurden die besten Ergebnisse erhalten. Die Sensoren zeigten unabhängig von Aufbau, Typ des Zeolithen und Methode der Pt-Beladung alle eine Reaktion auf NH3.

Hinsichtlich Aufbau und Signalstabilität besteht somit noch Potential für weitere Arbeiten.

Further data

Item Type: Master's, Magister, Diploma, or Admission thesis (Master's)
Institutions of the University: Faculties > Faculty of Engineering Science
Faculties > Faculty of Engineering Science > Chair Functional Materials > Chair Functional Materials - Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ralf Moos
Faculties
Faculties > Faculty of Engineering Science > Chair Functional Materials
Profile Fields > Advanced Fields > Advanced Materials
Research Institutions > Research Centres > Bayreuth Center for Material Science and Engineering - BayMAT
Profile Fields
Profile Fields > Advanced Fields
Research Institutions
Research Institutions > Research Centres
Result of work at the UBT: Yes
DDC Subjects: 600 Technology, medicine, applied sciences > 620 Engineering
Date Deposited: 23 Feb 2015 09:21
Last Modified: 12 Aug 2016 07:16
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/7285