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色谱仪氢气发生器的一般流路和电解槽原理

人气:679发表时间:2020-11-05

  在气相色谱的使用过程中,氢气的用途主要有以下几种:一方面使用氢气作为气相色谱分析的载气,进行样品分离和分析;另一方面,当使用毛细柱进行分析时,一般需要使用与载气相同的气体作为尾吹气;再则,使用FID、FPD和NPD做检测器时候,需要使用氢气作为燃气,和空气燃烧以提供火焰;此外,当仪器使用转化炉时候,需要额外的氢气用作反应气体和CO、CO2发生反应生成甲烷。

  常用的氢气供给方式包括使用钢瓶氢气和使用氢气发生器来提供。钢瓶氢气需要向气体供应商购买;氢气发生器的种类、原理和结构多种多样,从原理上来讲都属于电解制氢,详细的来讲一般分为三种,区别在于电解槽的类型,即:碱性电解槽、基于离子交换技术的聚合物薄膜电解槽和固体氧化物电解槽。

  一、色谱仪氢气发生器的一般流路

  一般而言,氢气发生器的工作流程为:碱性电解液在电解池中电解后,潮湿的氢气进入气液分离器分离出氢气,再经过干燥器之后,通过针型阀输入到气相色谱仪中。

  二、氢气发生器的电解槽原理

  在实验室中,使用的一般是碱性电解槽制氢和聚合物薄膜电解槽制氢两种。氢气发生器从原理上来讲都属于电解制氢,具体的区别在于核心部件电解槽的类型,即:碱性电解槽、基于离子交换技术的聚合物薄膜电解槽和固体氧化物电解槽。

  1、使用碱性电解槽制氢

  碱性电解槽是zui常用、技术zui成熟、也zui经济的电解槽,并且易于操作,在目前广泛使用,但缺点是其效率zui低

  碱性电解槽主要由电源、电解槽箱体、电解液、阴极、阳极和横隔膜组成。电解液都是氢氧化钾溶液(KOH),浓度为20%~30%;横隔膜主要由石棉组成,主要起分离气体的作用,而两个电极则主要由金属合金组成。

  其工作的主要原理是:在阴极,水分子被分解为氢离子(H+)和氢氧根离子(OH-),氢离子得到电子生成氢原子,并进一步生成氢分子(H2);氢氧根离子(OH-)则在阴、阳极之间的电场力作用下穿过多孔的横隔膜,到达阳极,在阳极失去电子生成一个水分子和氧分子。碱性电解槽制氢的特点是:氢氧根离子(OH-)在阴、阳极之间的电场力作用下穿过多孔的横隔膜。

  2、聚合物薄膜电解槽制氢

  聚合物薄膜电解槽制氢(PEM),一些地方也称之为固体聚合物电解质(SPE)水电解制氢。该种原理不需电解液,只需纯水,比碱性电解槽安全,电解槽的效率可以达到85%或以上,但由于在电极处使用铂等贵重金属,薄膜材料也是昂贵的材料,故PEM电解槽目前还难以投人大规模的使用。

  其工作的主要原理是:去离子水被供到膜一电极组件上,在阳极侧反应析出氧气、氢离子和电子;电子通过电路传递到阴极,氢离子以水合的形式(H+.XH20)通过离子交换膜到阴极;在阴极,氢离子和电子重新结合形成氢气,同时,部分水也带到了阴极。聚合物薄膜电解槽制氢的特点是:氢离子(H+)在阴、阳极之间的电场力作用下穿过离子交换膜。


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