JPH0466857A - 悪臭ガスセンサ - Google Patents

悪臭ガスセンサ

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JPH0466857A
JPH0466857A JP17976790A JP17976790A JPH0466857A JP H0466857 A JPH0466857 A JP H0466857A JP 17976790 A JP17976790 A JP 17976790A JP 17976790 A JP17976790 A JP 17976790A JP H0466857 A JPH0466857 A JP H0466857A
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tungsten
gas
sensor
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Kengo Suzuki
健吾 鈴木
Hirokazu Mihashi
弘和 三橋
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は悪臭ガス成分たとえば硫黄化合物、アミン類
、カルボン酸類、ケトン類、アルデヒド類、等を高感度
に検知測定するためのガスセンサに関する。
[従来の技術] 悪臭ガスセンサは臭気の原因となる成分を検知測定する
ため、通常のガスセンサの感度(数ppm以上)に比べ
て非常に高感度(たとえばI ppm以下)を要求され
る。このようなガスセンサとして酸化亜鉛半導体ガスセ
ンサが使用される。
この従来の使用されている酸化亜鉛半導体ガスセンサ(
5゛)を第5図に示す。このセンサはアルミナ等の基板
(3)上に白金電極(4a) (4b)を形成し、その
上に酸化亜鉛半導体層(1)を形成している。
更にセンサ温度を一定にするために基板・(3)の裏面
にヒータ(6)を形成しているものである。
[発明が解決しようとする課題] 以上のような酸化亜鉛半導体ガスセンサは例えば第4図
に示すような種々のガスに対する感度を示す。この種の
半導体ガスセンサは対象ガスが存在しない清浄空気中に
おいてもその出力電圧が零とならない。そのため図中セ
ンサ感度としては対象ガスに対する正味のセンサ出力電
圧(対象ガス中でのセンサ出力電圧から清浄空気中での
センサ出力電圧を引算した値)の相対値を示している。
ここで第4図より分るように従来の酸化亜鉛半導体ガス
センサは通常の環境レベルに存在する数10ppm程度
のアルコール等、検出対象ガス以外のガス(以後妨害ガ
スという)を検知してしまい、本来の悪臭ガス例えばH
2Sを検知した場合と区別がつかないという問題点があ
った。
更に雰囲気中に有機けい素化合物が含まれている場合、
それが分解して生成した酸化けい素が酸化亜鉛半導体層
表面に付着して酸化亜鉛半導体層の活性を低下させて、
その結果悪臭ガスに対する感度を低下させるという問題
点があった。
この発明は、以上のような問題点を解決するためになさ
れたもので、アルコール等の妨害ガス中においても検知
対象の悪臭ガスをのみ検知することが可能であり、また
有機けい素化合物を含む雰囲気中でも感度が低下しない
悪臭ガスセンサを提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明に係る悪臭ガスセンサは、 主として酸化亜鉛半導体よりなるガス感応層、及び 上記ガス感応層の表面に形成されタングステン、モリブ
デン、パナジウムの中から選ばれた少なくとも一種の金
属酸化物を含む触媒層、 を具備する。
[作用] 本発明の悪臭ガスセンサにおいては、被検出ガスは先ず
タングステン等の金属酸化物を含む触媒層によって被検
出ガス中のC2H50)1を除去されたのちガス感応層
に到達する。それにより悪臭ガス成分である、硫化水素
等を選択的に検出する。
[実施例] 第1図はこの発明の一実施例を示す悪臭ガスセンサ(5
)の斜視図である。
アルミナ製の基板(3)上に白金電極(4a) (4b
)か形成され、その上に例えば蒸留水と混合されベース
ト状となった酸化亜鉛粉体が層状に塗り付けられ、その
後高温で焼成されて、ガス感応層として酸化亜鉛半導体
層(1)が形成されている。又基板(3>)1面にはセ
ンサ温度を一定に保つためにヒータ(6)が形成されて
いる。この酸化亜鉛粉体は硝酸亜鉛水溶液をアンモニア
水て中和して得られる水酸化亜鉛の沈殿を水洗、乾燥後
、電気炉で焼成して得られる。
次にこの酸化亜鉛半導体層(1)の上にタングステンの
酸化物触媒層(2)を以下のステップにより形成する。
(1) SiO2,Al2O3又は5i02−A I2
O3をボールミルで粉砕シた粉末にタングステン酸アン
モニウム水溶液をWO3として上記粉末に対して0,5
〜5モル%となるようにして濃度を調製して混合、浸漬
する。
(2)上記混合物を乾燥後、電気炉で約700°Cで焼
成する。
(3)焼成後の物質を蒸留水とよく混合しペースト状に
し、これを前記酸化亜鉛半導体層(1)、の表面全体に
塗付する。
(4)次にセンサ全体を約600°Cる加熱し、酸化亜
鉛半導体層(1)の外側にタングステン酸化物触媒層(
2)を形成する。
以上のようにして形成した悪臭ガスセンサの各種のガス
に対する感度を第2図に示す。第2図の縦軸、横軸は前
記第4図と全く同一である。前記第2図と第4図を比較
すると、第2図においてはC2H50Hに対する感度が
他のガスC2H4に近いレベルまで低下している。一方
悪臭物質としての、硫化水素(H2S)、メチルメルカ
プタン(CH3SH)に代表される硫黄化合物、トリメ
チルアミン1(C1+3)3Nlに代表されるアミン類
、酢酸(CH3COO)1)に代表されるカルボン酸類
、アセトン(CH3CHOi(3)に代表されるケトン
類およびアセトアルデヒド(CH3CHO)に代表され
るアルデヒド類に対しての感度は第4図の従来の酸化亜
鉛半導体式ガスセンサと同様である。
従ってタングステン酸化物触媒層(2)が検知対象の悪
臭物質は除去せずに、C2H50Hをのみ選択的に分解
除去していることがよく分る。
又以上のタングステン酸化物触媒層によるC 2 II
 50Hガスの分解反応はいわゆる金属酸化物によるア
ルコールの分子内脱水反応と呼ばれるものでその化学反
応式は以下のようである。
C21150H−−−−→C2H4+ tl 20 ・
・・(1)又以上の反応は比較的高温(300′C程度
以上)で起こるものである。この時C2H4(オレフィ
ン系ガス)が生成されるが、本発明の悪臭ガスセンサは
このガスに対しては第2図より分るように非常に低い感
度を示している。従って上記の(1)式の如き反応によ
ってアルコールを分解するタングステン酸化物触媒層等
の金属酸化物層の使用が有効であることが分る。
尚以上の悪臭ガスセンサのタングステン酸化物触媒層(
2)はタングステンをWO3として5i02に対して2
モル%混合した層を厚さ50μm塗付したものである。
このタングステン添加量は、以下の第1表に示すタング
ステン添加■に対する112SとC2II 50 II
の感度比−IH2s(0,1ppm)の正味のセンサ出
力電圧1/(C2H50H(10ppm)の正味のセン
サ出力電圧)の関係より求めた。この112sとC2I
I 501+の感度比は以後省略して感度比という。
この第1表から、05〜3モル%の広いタングステン添
加量の範囲において大きな感度比が得られていることが
分る。更に金属酸化物触媒層を形成するタングステン以
外のモリブデン、パナジウム等についても感度比と添加
量の関係を求めた。これを以下の第2表と第3表に示す
第2表 第3表 第1表 この第2表及び第3表から、モリブデン、パナジウムも
タングステンと同様に夫々酸化物として05〜3モル%
の広い添加量の範囲で良好な感度比が得られていること
が分る。尚これらの金属酸化物を形成する金属の添加量
は0.5モル%以下では触媒としての効果が十分に得ら
れないと考えられる。また3モル%以上では十分な感度
比が得られない。
更にタングステンの添加ff11モル%の時、このタン
グステン酸化物触媒層(2)の厚さを変化させて得られ
る感度比の変化を以下の第4表に示した。
この第4表から、タングステン酸化物触媒層の厚さは約
10μI!1〜100μmが好適であることが分る。
10μm以下の触媒層は均一な厚みに形成することか困
難であり、触媒層として不十分となり易い。
100μm以上の厚い触媒層では層中でのガスの拡散や
、層の機械的強度に問題が生じる。これらの触媒層の厚
みについての感度比の変化はモリブデン、パナジウムに
ついても同様であった。
また更にセンサ温度を300°C〜500°C変化させ
た時の種々のガスに対する本発明の悪臭ガスセンサ(5
)の感度を第3図に示した。(この時H2Sは0.lp
pm、 C2H50H及びC2H4はl ppmで一定
としている。)第3図から分るように、H2Sに対する
一定の最高感度が350〜400℃の広い範囲で得られ
ており、種のプラトー′領域を示している。従って本セ
ンサを一定温度例えば約370℃程度に制御する場合に
、要求される温度の制御精度は低くても良いことが分る
以上の実施例ではアルコールの分子内脱水反応を起こさ
せる酸化物触媒層を形成する金属としてタングステン、
モリブデン、パナジウム等について具体例を挙げて説明
したが、他の金属例えばトリウム、ランタン、イツトリ
ウム、ジルコニウム等又はけい素によって酸化物触媒層
を形成しても上記実施例に近い効果が得られた。すなわ
ちこれらの酸化物触媒層を用いた場合は上記実施例と同
等の感度比を得ることはできないが感度比をかなり向上
させることが認められた。
上記に説明したように酸化けい素はそれ自身がタングス
テン等の金属の酸化物と同様にアルコールの分子内脱水
反応を促進させる働きがある。従って、本発明の悪臭ガ
スセンサ(5)を有機けい素化合物を含む雰囲気中で使
用した場合、有機けい素化合物が分解して生成した酸化
けい素がタングステン酸化物触媒層(2)表面に付着し
ても、タングステン酸化物触媒層(2)のC2H50H
除去作用が損われることが少ない。又このタングステン
酸化物触媒層(2)の表面に酸化けい素が付着するので
、内部の酸化亜鉛半導体層(1)にまで酸化けい素が付
着することがなく、従って酸化亜鉛半導体層(1)の活
性を低下させることがない。したがって、本発明の悪臭
ガスセンサ(5)の悪臭ガスに対する感度は安定に保た
れる。
以上説明した本発明の悪臭ガスセンサ(5)の有機けい
素化合物を含む雰囲気での動作前と動作後の感度変化を
以下の第5表に示した。比較のために従来の酸化亜鉛半
導体ガスセンサ(5°)についての同様の雰囲気での動
作前と動作後の感度変化も示した。これは各々のガスセ
ンサ(5) (5’ )をHMDS[ヘキサメチルジソ
ロキサ7 ((CH3)ssiOsi(CHa)3t]
10ppm雰囲気中で3時間動作させた前後の82S 
1+)plllに対する感度の変化を示したものである
。尚HMDSハセンサの動作温度(約350°C)にお
いて分解され酸化けい素をセンサ表面に形成する。
第5表 上記第5表から本発明の悪臭カスセンサ(5)は酸化け
い素かセンサ表面に付着しても、従来の酸化亜鉛半導体
ガスセンサ(5°)に比べて悪臭ガスに対する感度の低
下がないことが分る。
[発明の効果] 以上のように本発明の悪臭ガスセンサによれば、タング
ステン等の金属酸化物を有する触媒層により検出ガス中
のC2H50)1を除去するので、悪臭ガス成分(硫化
水素等)のC2H50Hに対する優れた選択性を得られ
る。又有機けい素化合物を含む雰囲気で使用しても′酸
化けい素がタングステン等の金属酸化物を有する触媒層
の表面に付着するので、内部の酸化亜鉛半導体層に酸化
けい素が付着しない。
そのため本発明の悪臭ガスセンサの悪臭ガスに対する感
度が低下することがない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の悪臭ガスセンサの一部断面斜視図、第
2図は本発明の悪臭ガスセンサの各種ガスに対する感度
を示すグラフ、第3図は本発明の悪臭ガスセンサのセン
サ温度を変化させた時の種々のガスに対する感度を示す
図、第4図は従来使用されている酸化亜鉛半導体ガスセ
ンサの各種ガスに対する感度を示す図、第5図は従来使
用されている酸化亜鉛半導体ガスセンサの一部断面斜視
図である。 図中、1は酸化亜鉛半導体層、2はタングステン酸化物
触媒層、5は悪臭ガスセンサである。 代理人 弁理士 東 島 隆 治

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)主として酸化亜鉛半導体よりなるガス感応層、及
    び 上記ガス感応層の表面に形成されタングステン、モリブ
    デン、パナジウムの中から選ばれた少なくとも一種の金
    属酸化物を含む触媒層、 を具備する悪臭ガスセンサ。
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