氫氣發(fā)生器是如何產(chǎn)生氫氣的
純水電解制氫
把滿足要求的電解水(電阻率大于1MΩ/cm,電子或分析行業(yè)用的去離子水或二次蒸餾水皆可)送入電解槽陽極室,通電后水便立刻在陽極分解:2H2O=4H++ 2O-2,分解成的負氧離子(O-2),隨即在陽極放出電子,形成氧氣(O2),從陽極室排出,攜帶部份水進入水槽,水可循環(huán)使用,氧氣從水槽上蓋小孔放入大氣。氫質(zhì)子以水合離子(H+•XH2O)形式在電場力的作用下,通過SPE離子膜,到達陰極吸收電子形成氫氣,從陰極室排出后,進入氣水分離器,在此除去從電解槽攜帶出的大部分水份,含微量水份的氫氣再經(jīng)干燥器吸濕后,純度便達到99.999%以上
堿液電解制氫
這個工作原理是傳統(tǒng)隔膜堿液電解法。電解槽內(nèi)的導電介質(zhì)是為氫氧化鉀水溶液,兩極室的分隔物是為航天電解設備用隔膜,與端板合為一體的耐蝕、傳質(zhì)良好的格柵電極等組成電解槽。向兩極施加直流電之后,水分子在電解槽的兩極立刻發(fā)生電化學反應,在陽極產(chǎn)生了氧氣,在陰極產(chǎn)生了氫氣。反應式如下: 陽 極: 2OH--2e → H2O+1/2O2↑ 陰 極: 2H2O +2e → 2OH- +H2↑ 總反應式: 2H2O → 2 H2↑ +O2↑ 本儀器對壓控、過壓保護、流量顯示、流量追蹤等均實行自動控制;使輸出氫氣能在恒壓下,根據(jù)氣相色譜儀用氫氣量,實現(xiàn)全自動調(diào)節(jié)(在產(chǎn)氣量范圍內(nèi))
電化學分離法和物理吸附法(需“加液”)概況:
采用電化學分離法和物理吸附法的高純氮氣發(fā)生器可以制取純氮、氧氣等氣體。它利用恒定電位電解法,采用微孔膜(例如石棉膜)作為兩電極的分隔板,多孔氣體擴散型氧電極為陰極,鎳網(wǎng)為陽極,且電極安裝是采用硬支撐結構。
該發(fā)生器可在氮、氧氣室壓差(1MPa)下穩(wěn)定工作,可避免陰極氫析出,保證產(chǎn)生氣體的純度氮。
具體制取氮氣的方法是以空氣為原料將氣體送入有電解液的電解槽,在兩電極間加上電壓≤1.5V的直流電,此時在槽內(nèi)空氣中氧氣被吸收而獲得氮氣。
其電解液采用“強制循環(huán)方式”,由電磁泵帶動電解液在液路中循環(huán),提高了電解效率。
采用這種原理產(chǎn)生的氮氣存在的問題很多。主要的問題有:
1.加KOH液體(水)的高純氮氣發(fā)生器所產(chǎn)生的氮氣中含水量高且?guī)в幸欢ǜg性,容易造成色譜儀調(diào)試不穩(wěn)定,一旦長時間使用該氮氣必然造成色譜柱柱效降低。
2.利用該原理產(chǎn)生的氮氣如果長時間在常壓(標準大氣壓)條件下使用,會造成嚴重的返液(回液)現(xiàn)象。為了防止返液,廠家設計了各種裝置來嘗試解決這個問題,但是均不能解決根本性的問題。
畢竟它還是要加液的,一旦防返液的裝置出現(xiàn)故障就會造成氣路及色譜柱報廢,嚴重的甚至可能導致氣相色譜儀全部報廢。
3.氮氣純度偏低,對色譜儀的熱導檢測器的熱敏元件會造成氧化,時間一久熱導檢測器的靈敏度降低。
鑒于存在以上三點的問題,很多色譜儀廠家、儀器經(jīng)銷商及維修人員均不建議使用該種原理產(chǎn)生高純氮氣發(fā)生器來做氣相色譜儀載氣。
采用中空纖維膜法(無需“加液”):
兩種或兩種以上的氣體混合通過高分子膜時,由于各種氣體在膜中的溶解度和擴散系數(shù)的差異,導致不同氣體在膜中相對滲透速率有所不同。根據(jù)這一特性,可將氣體分為“快氣”和“慢氣”。
當混合氣體在驅動力-膜兩側壓差的作用下,滲透速率相對較快的氣體和水、氧、二氧化碳等透過膜后在膜滲透側被富集,而滲透速率相對較慢的氣體如氮氣、一氧化碳、氬氣等則在滯留側被富集,從而達到混合氣體分離之目的。
當以加壓凈化空氣為氣源時,氮氣等惰性氣體被富集成高純度供生產(chǎn)應用,由滲透側排空的為富氧空氣。氮膜系統(tǒng)可將廉價的空氣中氮從78%提高到95%以上,高可得到99.9%的純氮。
該高純氮氣發(fā)生器可以用于氣相色譜儀做載氣,分析組分成分要求不高的行業(yè)。
采用氣相色譜分離技術(無需“加液”):
這是一種新型的空氣分離方法,它以壓縮空氣為原料,合成分子篩為吸附劑,采用氣相色譜柱吸附流程,在常溫壓力下,利用空氣中的氧和氮在分子篩中的擴散速度不同,把氧和氮加以分離,氮氣的純度和產(chǎn)氣量可按客戶需要調(diào)節(jié)。
所產(chǎn)生氣體流速穩(wěn)定,氮氣純化徹底,產(chǎn)出的氮氣純度高,高可得到99.9995%的純氮,適用于各種氣相色譜檢測器。
該系列高純氮氣發(fā)生器只要一按開關,便可以源源不絕的生產(chǎn)出高質(zhì)量和高純度的氮氣,運行穩(wěn)定可靠,重要的是它不需要任何化學消耗品。
操作方便,可24小時無人值守。且它可以在不需任何監(jiān)管和最低保養(yǎng)的情況下無故障地運行。
【導讀】實驗室有很多儀器需要用到氮氣,如液質(zhì)聯(lián)用儀、GC/GC-MS、前處理儀器、保護氣等,不同儀器對氮氣的要求也是不一樣的,主要體現(xiàn)在氮氣的純度、流速、壓力
實驗室有很多儀器需要用到氮氣,如液質(zhì)聯(lián)用儀、GC/GC-MS、前處理儀器、保護氣等,不同儀器對氮氣的要求也是不一樣的,主要體現(xiàn)在氮氣的純度、流速、壓力和穩(wěn)定性。
那我們該如何選擇合適的氮氣發(fā)生器呢?
相較而言,液質(zhì)離子源需要純度相對較高(97~99.9)、流速大 (一般幾十升每分鐘)、且非常潔凈、干燥的氮氣流;GC/GC-MS需要純度高(zui少99.99%),但流速低(300ml/min)的氮氣;前處理儀器需要純度不高(95~99%),但流速高的氮氣。
膜分離制氮技術因其分離過程非常簡單可靠、無噪音污染的技術特點非常適合對氮氣要求流速大、純度不高的儀器,如液質(zhì)聯(lián)用儀,前處理儀器等;
PSA制氮技術因其能產(chǎn)生純度高達99.999%的氮氣,但其在大流速上的不穩(wěn)定性的特點通常應用在給GC/GC-MS提供氮氣。
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