氢气发生器是如何产生氢气的
纯水电解制氢
把满足要求的电解水(电阻率大于1MΩ/cm,电子或分析行业用的去离子水或二次蒸馏水皆可)送入电解槽阳极室,通电后水便立刻在阳极分解:2H2O=4H++ 2O-2,分解成的负氧离子(O-2),随即在阳极放出电子,形成氧气(O2),从阳极室排出,携带部份水进入水槽,水可循环使用,氧气从水槽上盖小孔放入大气。氢质子以水合离子(H+•XH2O)形式在电场力的作用下,通过SPE离子膜,到达阴极吸收电子形成氢气,从阴极室排出后,进入气水分离器,在此除去从电解槽携带出的大部分水份,含微量水份的氢气再经干燥器吸湿后,纯度便达到99.999%以上
碱液电解制氢
这个工作原理是传统隔膜碱液电解法。电解槽内的导电介质是为氢氧化钾水溶液,两极室的分隔物是为航天电解设备用隔膜,与端板合为一体的耐蚀、传质良好的格栅电极等组成电解槽。向两极施加直流电之后,水分子在电解槽的两极立刻发生电化学反应,在阳极产生了氧气,在阴极产生了氢气。反应式如下: 阳 极: 2OH--2e → H2O+1/2O2↑ 阴 极: 2H2O +2e → 2OH- +H2↑ 总反应式: 2H2O → 2 H2↑ +O2↑ 本仪器对压控、过压保护、流量显示、流量追踪等均实行自动控制;使输出氢气能在恒压下,根据气相色谱仪用氢气量,实现全自动调节(在产气量范围内)
电化学分离法和物理吸附法(需“加液”)概况:
采用电化学分离法和物理吸附法的高纯氮气发生器可以制取纯氮、氧气等气体。它利用恒定电位电解法,采用微孔膜(例如石棉膜)作为两电极的分隔板,多孔气体扩散型氧电极为阴极,镍网为阳极,且电极安装是采用硬支撑结构。
该发生器可在氮、氧气室压差(1MPa)下稳定工作,可避免阴极氢析出,保证产生气体的纯度氮。
具体制取氮气的方法是以空气为原料将气体送入有电解液的电解槽,在两电极间加上电压≤1.5V的直流电,此时在槽内空气中氧气被吸收而获得氮气。
其电解液采用“强制循环方式”,由电磁泵带动电解液在液路中循环,提高了电解效率。
采用这种原理产生的氮气存在的问题很多。主要的问题有:
1.加KOH液体(水)的高纯氮气发生器所产生的氮气中含水量高且带有一定腐蚀性,容易造成色谱仪调试不稳定,一旦长时间使用该氮气必然造成色谱柱柱效降低。
2.利用该原理产生的氮气如果长时间在常压(标准大气压)条件下使用,会造成严重的返液(回液)现象。为了防止返液,厂家设计了各种装置来尝试解决这个问题,但是均不能解决根本性的问题。
毕竟它还是要加液的,一旦防返液的装置出现故障就会造成气路及色谱柱报废,严重的甚至可能导致气相色谱仪全部报废。
3.氮气纯度偏低,对色谱仪的热导检测器的热敏元件会造成氧化,时间一久热导检测器的灵敏度降低。
鉴于存在以上三点的问题,很多色谱仪厂家、仪器经销商及维修人员均不建议使用该种原理产生高纯氮气发生器来做气相色谱仪载气。
采用中空纤维膜法(无需“加液”):
两种或两种以上的气体混合通过高分子膜时,由于各种气体在膜中的溶解度和扩散系数的差异,导致不同气体在膜中相对渗透速率有所不同。根据这一特性,可将气体分为“快气”和“慢气”。
当混合气体在驱动力-膜两侧压差的作用下,渗透速率相对较快的气体和水、氧、二氧化碳等透过膜后在膜渗透侧被富集,而渗透速率相对较慢的气体如氮气、一氧化碳、氩气等则在滞留侧被富集,从而达到混合气体分离之目的。
当以加压净化空气为气源时,氮气等惰性气体被富集成高纯度供生产应用,由渗透侧排空的为富氧空气。氮膜系统可将廉价的空气中氮从78%提高到95%以上,高可得到99.9%的纯氮。
该高纯氮气发生器可以用于气相色谱仪做载气,分析组分成分要求不高的行业。
采用气相色谱分离技术(无需“加液”):
这是一种新型的空气分离方法,它以压缩空气为原料,合成分子筛为吸附剂,采用气相色谱柱吸附流程,在常温压力下,利用空气中的氧和氮在分子筛中的扩散速度不同,把氧和氮加以分离,氮气的纯度和产气量可按客户需要调节。
所产生气体流速稳定,氮气纯化彻底,产出的氮气纯度高,高可得到99.9995%的纯氮,适用于各种气相色谱检测器。
该系列高纯氮气发生器只要一按开关,便可以源源不绝的生产出高质量和高纯度的氮气,运行稳定可靠,重要的是它不需要任何化学消耗品。
操作方便,可24小时无人值守。且它可以在不需任何监管和最低保养的情况下无故障地运行。
【导读】实验室有很多仪器需要用到氮气,如液质联用仪、GC/GC-MS、前处理仪器、保护气等,不同仪器对氮气的要求也是不一样的,主要体现在氮气的纯度、流速、压力
实验室有很多仪器需要用到氮气,如液质联用仪、GC/GC-MS、前处理仪器、保护气等,不同仪器对氮气的要求也是不一样的,主要体现在氮气的纯度、流速、压力和稳定性。
那我们该如何选择合适的氮气发生器呢?
相较而言,液质离子源需要纯度相对较高(97~99.9)、流速大 (一般几十升每分钟)、且非常洁净、干燥的氮气流;GC/GC-MS需要纯度高(zui少99.99%),但流速低(300ml/min)的氮气;前处理仪器需要纯度不高(95~99%),但流速高的氮气。
膜分离制氮技术因其分离过程非常简单可靠、无噪音污染的技术特点非常适合对氮气要求流速大、纯度不高的仪器,如液质联用仪,前处理仪器等;
PSA制氮技术因其能产生纯度高达99.999%的氮气,但其在大流速上的不稳定性的特点通常应用在给GC/GC-MS提供氮气。
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