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色譜儀氫氣發生器的一般流路和電解槽原理

人氣:1433發表時間:2020-11-05

  在氣相色譜的使用過程中,氫氣的用途主要有以下幾種:一方面使用氫氣作為氣相色譜分析的載氣,進行樣品分離和分析;另一方面,當使用毛細柱進行分析時,一般需要使用與載氣相同的氣體作為尾吹氣;再則,使用FID、FPD和NPD做檢測器時候,需要使用氫氣作為燃氣,和空氣燃燒以提供火焰;此外,當儀器使用轉化爐時候,需要額外的氫氣用作反應氣體和CO、CO2發生反應生成甲烷。

  常用的氫氣供給方式包括使用鋼瓶氫氣和使用氫氣發生器來提供。鋼瓶氫氣需要向氣體供應商購買;氫氣發生器的種類、原理和結構多種多樣,從原理上來講都屬于電解制氫,詳細的來講一般分為三種,區別在于電解槽的類型,即:堿性電解槽、基于離子交換技術的聚合物薄膜電解槽和固體氧化物電解槽。

  一、色譜儀氫氣發生器的一般流路

  一般而言,氫氣發生器的工作流程為:堿性電解液在電解池中電解后,潮濕的氫氣進入氣液分離器分離出氫氣,再經過干燥器之后,通過針型閥輸入到氣相色譜儀中。

  二、氫氣發生器的電解槽原理

  在實驗室中,使用的一般是堿性電解槽制氫和聚合物薄膜電解槽制氫兩種。氫氣發生器從原理上來講都屬于電解制氫,具體的區別在于核心部件電解槽的類型,即:堿性電解槽、基于離子交換技術的聚合物薄膜電解槽和固體氧化物電解槽。

  1、使用堿性電解槽制氫

  堿性電解槽是zui常用、技術zui成熟、也zui經濟的電解槽,并且易于操作,在目前廣泛使用,但缺點是其效率zui低

  堿性電解槽主要由電源、電解槽箱體、電解液、陰極、陽極和橫隔膜組成。電解液都是氫氧化鉀溶液(KOH),濃度為20%~30%;橫隔膜主要由石棉組成,主要起分離氣體的作用,而兩個電極則主要由金屬合金組成。

  其工作的主要原理是:在陰極,水分子被分解為氫離子(H+)和氫氧根離子(OH-),氫離子得到電子生成氫原子,并進一步生成氫分子(H2);氫氧根離子(OH-)則在陰、陽極之間的電場力作用下穿過多孔的橫隔膜,到達陽極,在陽極失去電子生成一個水分子和氧分子。堿性電解槽制氫的特點是:氫氧根離子(OH-)在陰、陽極之間的電場力作用下穿過多孔的橫隔膜。

  2、聚合物薄膜電解槽制氫

  聚合物薄膜電解槽制氫(PEM),一些地方也稱之為固體聚合物電解質(SPE)水電解制氫。該種原理不需電解液,只需純水,比堿性電解槽安全,電解槽的效率可以達到85%或以上,但由于在電極處使用鉑等貴重金屬,薄膜材料也是昂貴的材料,故PEM電解槽目前還難以投人大規模的使用。

  其工作的主要原理是:去離子水被供到膜一電極組件上,在陽極側反應析出氧氣、氫離子和電子;電子通過電路傳遞到陰極,氫離子以水合的形式(H+.XH20)通過離子交換膜到陰極;在陰極,氫離子和電子重新結合形成氫氣,同時,部分水也帶到了陰極。聚合物薄膜電解槽制氫的特點是:氫離子(H+)在陰、陽極之間的電場力作用下穿過離子交換膜。


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