Анотація до роботи:

Кушмирук А.І. Електрохімічні сенсори відновлювальних газів для моніторингу повітряного середовища. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17. 03 – технічна електрохімія. – Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2005.

Дисертація присвячена розробці електрохімічних сенсорів амперометричного типу для визначення вмісту відновлювальних газів у повітрі робочої зони.

Розроблено каталітично активні газодифузійні електроди на титановій основі, стабільні в умовах відновлення кисню й окиснення відновлювальних газів у системі з твердим протонпровідним електролітом (ТПЕ). Показано, що лімітуючою стадією процесу окиснення відновлювальних газів є адсорбція цих газів на електродах, причому швидкість їхнього окиснення принаймні на порядок нижча граничних дифузійних струмів. Уперше теоретично обґрунтовані і практично реалізовані дво- і триелектродні амперометричні сенсори відновлювальних газів для моніторингу повітряного середовища на основі ТПЕ. За діапазоном вимірюваних концентрацій, роздільною здатністю, швидкодією, стабільністю у часі і терміном служби розроблені сенсори відповідають кращим зарубіжним аналогам.

1. Проведені теоретичне й експериментальне дослідження електрохімічної системи твердий протонпровідний електроліт - каталітично активні електроди на основі титану, за результатами якого розроблено амперометричні сенсори для моніторингу відновлювальних газів у повітряному середовищі.

2. Обґрунтовані механізм виникнення і природа безструмових потенціалів каталітично активних електродів у системі з твердим протонпровідним електролітом у повітряному середовищі у присутності відновлювальних газів. Встановлено, що безструмові потенціали цих електродів відповідають компромісним потенціалам спряжених реакцій відновлення адсорбованого оксигену й окиснення відновлювальних газів.

3. Вивчена кінетика окиснення водню, монооксиду карбону, диоксиду сульфуру і сірководню на газодифузійних каталітично активних електродах у системі з твердим протонпровідним електролітом. Показано, що лімітуючою стадією процесу є адсорбція цих газів на електродах, причому швидкість їхнього окиснення принаймні на порядок нижча граничних дифузійних струмів.

4. Визначені області потенціалів електрохімічної стабільності і корозійної стійкості титану і каталітично активних електродів на його основі в системі з твердим протонпровідним електролітом. Розроблені каталітично активні газодифузійні електроди на титановій основі, стабільні в умовах відновлення кисню й окиснення відновлювальних газів у системі з твердим протонпровідним електролітом.

5. Вивчена кінетика й обґрунтований механізм окисно-відновних процесів на диоксиді рутенію в системі з твердим протонпровідним електролітом. Встановлено, що диоксид рутенію в цій системі є тривимірним електродом, поляризованість якого обумовлена оборотним переносом зарядів при зміні ємності подвійного електричного шару і ступеня окиснення рутенію.

6. Показана застосовність MnО₂ у системі з твердим протонпровідним електролітом у якості малополяризованих електродів сенсорів відновлювальних газів гальванічного типу. Встановлено, що відновлення MnО₂ супроводжується іонним обміном між іонами Mn²⁺ і структурними протонами твердого електроліту. Зі збільшенням поляризації переважним стає процес твердофазого відновлення MnО₂ за електронно-протонним механізмом.

7. Уперше теоретично обґрунтовані і практично реалізовані дво- і триелектродні амперометричні сенсори відновлювальних газів для моніторингу повітряного середовища на основі твердих протонпровідних електролітів і розроблених газодифузійних каталітично активних електродів, новизна яких захищена авторським свідоцтвом на винахід. Показано, що використання дифузійних опорів у вигляді каліброваних каналів і фільтрів для поглинання домішкових газів дозволяє розширити діапазон концентрацій визначуваних газів, селективність і термін служби сенсорів.

8. Визначені метрологічні характеристики і проведені польові випробування розроблених сенсорів. Випущено дослідну партію сенсорів гальванічного типу, що використана у виробництві сигналізаторів промислового призначення. За діапазоном вимірюваних концентрацій, роздільною здатністю, швидкодією, стабільністю у часі і терміном служби розроблені сенсори відповідають кращим зарубіжним аналогам.

Публікації автора:

1.Чвірук В.П., Лінючева О.В., Кушмирук А.І., Нефедов С.В., Букет О.І., Заверач Є.М. Уніфікована серія електрохімічних газових сенсорів нового покоління для моніторингу повітряного середовища // Винахідник і раціоналізатор. – 1998. – №4. – С. 14–17.

Здобувачу належить розробка та встановлення метрологічних характеристик сенсорів відновлювальних газів, обробка результатів та участь в написанні статті.

2.Чвирук В.П., Кушмирук А.И. Восстановление диоксидномарганцевых электродов в системе с твердым протонным электролитом // Вопросы химии и химической технологии. - 1999. - № 1. - С. 356-358.

Здобувачу належить постановка та проведення експерименту з дослідження процесу відновлення диоксидноманганових електродів в системі з твердим протонпровідним електролітом, обробка результатів та написання статті.

3.Чвірук В.П., Лінючева О.В., Кушмирук А.І., Нефедов С.В., Букет О.І., Заверач Є.М. Електрохімічні газові сенсори для моніторингу повітряного середовища // Вопросы химии и химической технологии. - 1999. - № 1. - С. 359-361.

Здобувачу належить розробка та випробування електрохімічних сенсорів відновлювальних газів, обробка результатів та участь в написанні статті.

4.Чвирук В.П., Кушмирук А.И. Поведение диоксидномарганцевых электродов в системе с твердым протонным электролитом // Электрохимия – 2000.- Т. 36, №5. - С. 606-612.

Здобувачу належить проведення дослідження стабільності стаціонарних потенціалів та поляризованості диоксидноманганових електродів в системі з твердим протонпровідним електролітом, обробка результатів, участь у трактуванні результатів та написання статті.

5.Чвірук В.П., Лінючева О.В., Кушмирук А.И., Букет О.І., Нефедов С.В. Перехідні процеси на каталітично активних електродах у системі з твердим протонним електролітом // Вісник Львівського університету. Серія хімічна.-Випуск 42, Частина1.- 2002. - С.90-93.

Здобувачу належить проведення досліджень перехідних процесів на каталітично активних електродах у системі з твердим протонпровідним електролітом, обробка результатів, участь у трактуванні результатів та написанні статті.

6.Чвірук В.П., Лінючева О.В., Кушмирук А.І., Косогін О.В. Поведінка титану в матричних і твердому протонному електролітах газових сенсорів для моніторингу повітряного середовища // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2004.- №4. - С.283-288.

Здобувачу належить проведення досліджень поведінки титану в твердому протонпровідному електроліті, обробка результатів, участь у трактуванні результатів та написанні статті.

7.А.с. СССР № 1753824 от 8.04.92. Ячейка электрохимического газоанализатора // Чвирук В.П., Кушмирук А.И., Захарченко А.В., Сморчков В.С.

Здобувачем запропоновано комірка електрохімічного газоаналізатору, що включає допоміжний електрод і електрод порівняння, виготовлені з диоксиду рутенію, нанесеного на порошок титану.

8.Чвирук В.П., Герасименко М.А., Линючева О.В., Кушмирук А.И., Нефедов С.В. Кинетика окисления водорода и восстановления хлора в системах с твердым протонпроводящим электролитом // V Украинская респ. конференция по электрохимии. Тез. докл. - Ужгород. -1990.- С. 91-92.

9.Чвирук В.П., Герасименко М.А., Линючева О.В., Кушмирук А.И., Нефедов С.В. Теория и практика электрохимических сенсоров на основе протонпроводящих электролитов // Прогрессивные методы диагностики процессов, материалов, электролитов и чистоты окружающей среды. Тез. докл. конференции “Диагностика-89”. - Куйбышев. – 1989.- С.28.

10.Чвирук В.П., Герасименко М.А., Линючева О.В., Кушмирук А.И., Нефедов С.В., Яцюк Л.А. Некоторые вопросы создания электрохимических сенсоров // Тез. докл. Всесоюзной конф. “Электрохимические средства анализа и охраны окружающей среды” – Тарту.- 1989. - С.177.

11.Чвирук В.П, Кушмирук А.И. Кинетика ионизации водорода в системе каталитически активный электрод-твердый протонпроводящий электролит // Тез. докл. ІІ Всесоюзной конф. по анализу неорганических газов. - Л. –1990. - С. 206-207.

12.Chviruk V.P., Linycheva O.V., Kuschmiruk A.I. Galvanic-type electrochemical sensors based on solid protonic electrolites: theory and applications // 46th Annual Meeting ISE, Аbstracts.- Xiamen (China).- 1995. - V. 1. - P.3-42.

13.Чвирук В.П., Кушмирук А.И., Опанасюк Э.А. Теория и практика газовых сенсоров гальванического типа // XV Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Тез. докл. - Минск. - 1993. - Т.3. - С. 370-371.

14.Chviruk V.P., Linycheva O.V., Kuschmiruk A.I., Nefedov S.V., Buket О.I., Zaverach E.M. Solid-state electrochemical system and sensors based on them // 50th Annuel Meeting ISE. Abstracts. - Pavia (Italy) - 1999. - Р. 1057.

15.Чвирук В.П., Линючева О.В., Кушмирук А.И., Нефедов С.В., Заверач Е.М., Букет А.И. Твердотельные электрохимические системы и сенсоры на их основе // Тез. докл. V Всеросс. конф. с участ. стран СНГ “Электрохимические методы анализа”. - Москва. - 1999. - С. 229-230.

16.Чвирук В.П., Линючева О.В., Кушмирук А.И., Нефедов С.В., Заверач Е.М., Букет А.И. Теория и практика твердотельных электрохимических газовых сенсоров // Тез. докл. V Всеросс. конф. с участ. стран СНГ “Электрохимические методы анализа”. - Москва. - 1999. - С. 227-229.

17.Chviruk V.P., Linycheva O.V., Kuschmiruk A.I., Nefedov S.V., Buket О.I., Zaverach E.M. The theory and application of solid-state electrochemical gas sensors for detecting impurities in air // 51th Annuel Meeting ISE. Abstracts.– Warzsawa (Poland). – 2000. - Р. 775.

18.Chviruk V.P., Linycheva O.V., Kuschmiruk A.I., Nefedov S.V., Buket О.I., Zaverach E.M. Solid-state electrochemical sensors for detecting of gas admixtures in air // 7th International Frumkin Symposium. Abstracts. - Moscow (Russia). - 2000. - Part II. - P. 648.

19.Chviruk V.P., Linycheva O.V., Kuschmiruk A.I., Nefedov S.V., Buket O.I., Zaverach E.M. Electrochemical sensors and gas generators based on quasi-solid electrolytes // Eurosensors XI. The 11th European Conf. Solid-State Transducers. Abstracts. – Warsaw (Poland). - 1997. - Р. 394.

20.Chviruk V.P., Linycheva O.V., Kuschmiruk A.I., Nefedov S.V., Buket О.I., Zaverach E.M. Novel Electrochemical System and Sensors based on them // International Conf. “Sensors Springtime in Odessa”. Abstracts.– Odessa (Ukraine). - 1998. - Р. 215.

21.Чвирук В.П., Линючева О.В., Кушмирук А.І., Нефедов С.В., Заверач Е.М., Букет А.И. Унифицированная серия электрохимических газовых сенсоров для мониторинга воздушной среды // Тез. докл. Международного конгресса “Защита - 98”. - Москва. - 1998. - С. 9.

22.Chviruk V.P., Linycheva O.V., Kuschmiruk A.I., Zaverach E.M. Novel Electrode Materials and Electrochemical Gas Sensors based on them // International Conf. and Exhibition “Micro Materials”. Abstracts. – Berlin (Germany). - 1997. – P. 441.

23.Chviruk V.P., Linycheva O.V., Kuschmiruk A.I., Nefedov S.V., Buket A.I., Zaverach E.M. Galvanic-type electrochemical Sensors based on quazi-solid electrolytes: theory and applications // 49th Annual Meeting ISE. Abstracts. - Kitakyushu (Japan). - 1998. - Р. 774.

24.Chviruk V.P., Kuschmiruk A.I., The behavior of MnO₂-electrodes in a system wiht a solid proton electrolyte // 53rd Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry. Abstracts. - Dusseldorf (Germany). – 2002. - Р.205.

25.Чвірук В.П., Кушмирук А.І., Недашківський В.О., Букет О.І., Електрохімічний сенсор для визначення вмісту монооксиду карбону у викидах двигунів внутрішнього згорання // Хімія і сучасні технології. I Міжнародна науково-технічна конференція студентів і аспірантів. Тези доповідей. – Дніпропетровськ. - 2003. - С.76-77.