钯扩散氢气发生器提纯方法原理及优缺点介绍

时间：2025-01-09

随着气体消耗需求的增加，氢气发生器现已成为许多实验室的设备。发生器可在较短的时间内按需提供高纯度气体，其便利性优于气瓶，是在健康和安全方面更具优势，因为在实验室工作环境中保存高压氢气会使人们产生顾虑。
生成器所含氢气量通常少于半升，这与 50 升高压气瓶中 9,000 升气体相比几乎可以忽略不计。有多家氢气发生器制造商生产高品质仪器，可为各种应用提供**高纯度气体，包括纳米管研究、气相色谱分析以及半导体行业。许多人都知道氢气来自于水的电解，但实际操作真的如此简单？为何发生器如此昂贵？
尽管使用气体发生器生成高纯度氢气涉及许多高度保密的机密，但从水中产生氢气的只能利用几个基本机理。氢气发生器系统通常使用两相系统生产经过提纯的氢气。先从水中分离出氢气，然后对氢气进行提纯。许多氢气发生器使用质子交换膜 (PEM) 与钯扩散或变压吸附 (PSA) 干燥机等氢气提纯系统。
用于氢气发生的质子交换膜像反向操作燃料电池一样工作。水在 PEM 处电解，PEM 为促进 H+ 离子运动的固体聚合物电解质，而 O2- 离子会被固定并形成 O2 分子（参见图 1.）。氢离子由 PEM 晶格借助表面扩散、格罗图斯（Grotthuss）扩散和运载扩散1三种机理沿离子通道传递。质子传递通过跨膜质子传递完成，该薄膜能够渗透阳离子，但不能渗透阴离子或电子并且只能传递水合氢离子。2电解槽阴极收集的氢气需要进行提纯。提纯可通过多种方法完成。
钯电解器/提纯综合系统
在钯电解器、氢气分离/提纯系统中，由管束组成的钯阳极和钯阴极（参见图 2.）用于电解包含可溶电解质（通常为 NaOH 或 KOH）的水。电解电流通过溶液时，氢离子扩散穿过钯管阴极，产生**高纯度氢气。
该系统提供**高纯度氢气和较少的水分与 O2 携带。但是电池中的电解质定期更换，这一过程意味着发生器至少需要 12 小时的停机时间（包括冷却和启动时间）。更换电解质时，所有溶液都需要更换。剩余含硫化合物和不饱和碳氢化合物会降低钯管对氢离子的渗透性，因此钯管也需要定期更换
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