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第1章　绪论1

1.1　瓦斯气体简介1

1.2　矿井瓦斯气体的产生过程2

1.2.1　矿井瓦斯的生成2

1.2.2　矿井瓦斯的性质3

1.2.3　矿井瓦斯的存在状态3

1.2.4　矿井瓦斯的爆炸3

1.3　瓦斯气体的物理性质4

1.3.1 甲烷的分子结构4

1.3.2　甲烷的一般性质4

1.3.3 甲烷运输注意事项6

1.4　瓦斯气体的化学性质6

1.4.1 甲烷的稳定性6

1.4.2 甲烷的取代反应6

1.4.3 甲烷的氧化反应7

1.4.4　甲烷的裂解8

1.5　矿井瓦斯气体的利用现状8

1.5.1 国外矿井瓦斯利用状况9

1.5.2 国内矿井瓦斯利用现状9

1.5.3　矿井瓦斯开发存在的问题14

参考文献15

第2章　瓦斯传感器的发展16

2.1　载体催化元件的检测机理和发展现状16

2.1.1　载体催化元件的检测机理16

2.1.2　载体催化元件的发展现状17

2.1.3　载体催化元件的缺陷18

2.2　氧化物半导体气敏传感器的检测机理和发展现状19

2.2.1　氧化物半导体气敏传感器的检测机理19

2.2.2　氧化物半导体气敏传感器的发展现状20

2.3　红外光谱法检测瓦斯传感器22

2.3.1　红外瓦斯传感器的原理22

2.3.2　红外瓦斯传感器的应用现状23

2.4　光干涉型瓦斯传感器23

2.4.1　光干涉型瓦斯传感器的原理23

2.4.2　光干涉型瓦斯传感器的特点24

2.5　吸收型光纤瓦斯传感器的发展现状24

2.5.1　光纤瓦斯传感器概念24

2.5.2　光纤瓦斯传感器分类25

2.5.3　光纤瓦斯传感器的应用25

2.6　模式滤光光纤瓦斯传感器25

2.6.1　模式滤光光纤瓦斯传感器的原理25

2.6.2　模式滤光光纤瓦斯传感器的研制25

2.7　电化学瓦斯传感器26

2.7.1　直接电化学瓦斯传感器26

2.7.2　间接电化学瓦斯传感器26

2.8　其他瓦斯传感器的发展现状28

2.8.1　纳米气敏瓦斯传感器28

2.8.2　纳米修饰电极瓦斯传感器28

参考文献29

第3章 电化学检测瓦斯新技术31

3.1　电化学技术的发展31

3.1.1 引言31

3.1.2　研究进展31

3.2 甲烷在氢氧化镍修饰镍电极上的电化学行为研究33

3.2.1 引言33

3.2.2　镍金属作为电极的电化学行为研究34

3.2.3 甲烷在修饰电极上的电化学行为35

3.2.4　小结37

3.3 甲烷在碳纳米管复合膜修饰镍电极上的电化学行为研究37

3.3.1 引言37

3.3.2　碳纳米管复合膜修饰镍电极的透射电镜图38

3.3.3　修饰电极对甲烷的响应38

3.3.4 甲烷在碳纳米管复合膜修饰镍电极上的定量分析40

3.3.5　小结40

3.4　粗糙钯电极电氧化甲烷41

3.4.1 引言41

3.4.2　钯电极的制备和表征41

3.4.3 甲烷在钯电极上的电化学行为研究43

3.4.4　小结47

3.5 甲烷在修饰金电极上的电氧化行为研究48

3.5.1 引言48

3.5.2　修饰金电极的制备和表征49

3.5.3 甲烷在修饰金电极上的电催化氧化53

3.5.4　小结54

3.6　烷基胺-钯纳米的合成及其响应甲烷的研究54

3.6.1 引言54

3.6.2　钯纳米粒子的合成与表征55

3.6.3　钯纳米粒子修饰钯电极的制备61

3.6.4 甲烷在钯纳米修饰电极上的电催化氧化研究61

3.6.5　小结65

3.7　钯-多壁碳纳米管纳米复合物制备及甲烷传感器的研制65

3.7.1 引言65

3.7.2　MWCNT—NH2/PdNPs纳米复合物的合成与表征66

3.7.3 甲烷气体传感器构建及对甲烷的检测分析69

3.7.4　小结74

3.8　钯-富勒烯纳米复合物的制备及其对甲烷的电催化研究74

3.8.1 引言74

3.8.2　富勒烯［C60］表面的PdNPs沉积及表征75

3.8.3 甲烷检测及稳定性研究77

3.8.4　小结78

3.9 离子液体稳定钯纳米粒子的合成及电化学催化氧化甲烷78

3.9.1 引言78

3.9.2　离子液体及复合物的合成与表征80

3.9.3　钯纳米修饰电极对甲烷气体的响应82

3.9.4　小结83

参考文献83

第4章　模式滤光瓦斯传感器88

4.1　光化学传感器88

4.1.1　光化学传感器的概念88

4.1.2　光化学传感器的现状88

4.2　模式滤光传感器89

4.2.1　光纤化学传感器的工作原理、分类及优点89

4.2.2　光纤化学传感器的研究进展90

4.3　模式滤光瓦斯传感器94

4.3.1　原理94

4.3.2　光纤和毛细管处理95

4.3.3　检测甲烷的方法96

4.3.4　装置测试96

4.3.5　传感器检测性能分析99

4.3.6　干扰测定100

4.3.7　样品分析101

参考文献101

第5章　微生物瓦斯传感器的研究104

5.1 引言104

5.1.1 甲烷的生物氧化104

5.1.2 甲烷氧化菌106

5.1.3 甲烷氧化菌的特征酶106

5.1.4　微生物技术在瓦斯治理中的应用108

5.2　微生物的培养109

5.2.1　试剂和培养基的配制109

5.2.2　细菌的培养及鉴定109

5.2.3　菌株利用甲烷能力的测定116

5.2.4　培养条件的优化117

5.2.5 甲烷氧化细菌菌体大小的测定118

5.3　微生物瓦斯传感系统的组装119

5.3.1 PVA-硼酸交联法固定甲烷氧化细菌119

5.3.2　微生物瓦斯传感系统的组装及测定119

5.4　微生物瓦斯传感器性能分析120

5.4.1　原理120

5.4.2　微生物瓦斯传感系统的响应行为121

5.4.3　影响因素的考察121

5.4.4　微生物瓦斯传感器的分析特性122

5.4.5　稳定性研究122

参考文献123

第6章　瓦斯爆炸的化学热力学预警研究125

6.1　瓦斯爆炸的概念126

6.1.1　爆炸的概念126

6.1.2　瓦斯爆炸的概念126

6.2 瓦斯爆炸特征及其机理126

6.2.1　瓦斯爆炸特征126

6.2.2　瓦斯爆炸的机理128

6.3 瓦斯爆炸极限的热力学计算129

6.3.1 瓦斯爆炸极限的定义129

6.3.2　瓦斯爆炸极限的计算130

6.3.3　瓦斯爆炸极限的热力学计算130

6.3.4　瓦斯爆炸极限的计算结果133

6.3.5　多组分可燃混合气体爆炸极限的估算133

6.4　瓦斯爆炸极限的影响因素133

6.4.1 原始温度133

6.4.2　氧含量134

6.4.3　惰性介质134

6.4.4　原始压力134

6.4.5　点火能量134

6.4.6　其他可燃性气体135

6.4.7　煤尘135

6.5　煤尘对瓦斯爆炸影响的量子化学研究135

6.5.1　煤尘爆炸的概念135

6.5.2　煤尘的化学结构模型135

6.6　不同浓度甲烷爆炸后高温高压的热力学计算137

6.6.1　计算方程137

6.6.2　计算结果139

6.7 瓦斯爆炸化学热力学预警理论体系139

6.7.1 预警的定义和目的139

6.7.2　煤矿瓦斯预警系统研究现状139

6.7.3 甲烷爆炸热力学预警系统设计思路140

参考文献141

第7章　穴番类化合物与甲烷的相互作用研究143

7.1 引言143

7.2　CTV类化合物概述144

7.2.1　CTV类化合物的结构144

7.2.2　CTV类化合物的合成145

7.2.3　CTV类化合物的超分子化学146

7.2.4　穴番系列化合物概述147

7.3　穴番-A与甲烷气体的相互作用150

7.3.1 引言150

7.3.2　穴番-A的合成151

7.3.3　穴番-A荧光薄膜制备及优化152

7.3.4　穴番-A的薄膜荧光光谱图152

7.3.5　标准曲线的绘制153

7.3.6　未知浓度甲烷气体的检测153

7.3.7　小结154

7.4 甲烷与穴番-A化合物之间的相互作用154

7.4.1 引言154

7.4.2　穴番-A的核磁表征155

7.4.3　修饰电极的制备155

7.4.4　穴番-A与甲烷的作用156

7.4.5　小结157

7.5　穴番-E化合物的合成及光谱表征157

7.5.1　穴番-E的合成路线158

7.5.2　1H NMR谱图解析158

7.5.3　穴番-E的紫外吸收光谱表征158

7.5.4　穴番-E的荧光光谱表征159

7.5.5　小结160

参考文献160