鈀擴(kuò)散氫氣發(fā)生器提純方法原理及優(yōu)缺點(diǎn)介紹

隨著氣體消耗需求的增加，氫氣發(fā)生器現(xiàn)已成為許多實(shí)驗(yàn)室bi不可少的設(shè)備。發(fā)生器可在極短的時(shí)間內(nèi)按需提供高純度氣體，其便利性優(yōu)于氣瓶，是在健康和安全方面更具優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室工作環(huán)境中保存高壓氫氣會(huì)使人們產(chǎn)生顧慮。

生成器所含氫氣量通常少于半升，這與 50 升高壓氣瓶中 9,000 升氣體相比幾乎可以忽略不計(jì)。有多家氫氣發(fā)生器制造商生產(chǎn)高品質(zhì)儀器，可為各種應(yīng)用提供超高純度氣體，包括納米管研究、氣相色譜分析以及半導(dǎo)體行業(yè)。許多人都知道氫氣來自于水的電解，但實(shí)際操作真的如此簡(jiǎn)單？為何發(fā)生器如此昂貴？
盡管使用氣體發(fā)生器生成高純度氫氣涉及許多高度保密的機(jī)密，但從水中產(chǎn)生氫氣的只能利用幾個(gè)基本機(jī)理。氫氣發(fā)生器系統(tǒng)通常使用兩相系統(tǒng)生產(chǎn)經(jīng)過提純的氫氣。先從水中分離出氫氣，然后對(duì)氫氣進(jìn)行提純。許多氫氣發(fā)生器使用質(zhì)子交換膜 (PEM) 與鈀擴(kuò)散或變壓吸附 (PSA) 干燥機(jī)等氫氣提純系統(tǒng)。
用于氫氣發(fā)生的質(zhì)子交換膜像反向操作燃料電池一樣高效工作。水在 PEM 處電解，PEM 為促進(jìn) H+ 離子運(yùn)動(dòng)的固體聚合物電解質(zhì)，而 O2- 離子會(huì)被固定并形成 O2 分子（參見圖 1.）。氫離子由 PEM 晶格借助表面擴(kuò)散、格羅圖斯 （Grotthuss） 擴(kuò)散和運(yùn)載擴(kuò)散1三種機(jī)理沿離子通道傳遞。質(zhì)子傳遞通過跨膜質(zhì)子傳遞完成，該薄膜能夠滲透陽離子，但不能滲透陰離子或電子并且只能傳遞水合氫離子。2電解槽陰極收集的氫氣需要進(jìn)行提純。提純可通過多種方法完成。
鈀電解器/提純綜合系統(tǒng)
在鈀電解器、氫氣分離/提純系統(tǒng)中，由管束組成的鈀陽極和鈀陰極（參見圖 2.）用于電解包含可溶電解質(zhì)（通常為 NaOH 或 KOH）的水。電解電流通過溶液時(shí)，氫離子擴(kuò)散穿過鈀管陰極，產(chǎn)生超高純度氫氣。
該系統(tǒng)提供超高純度氫氣和極少的水分與 O2 攜帶。但是電池中的電解質(zhì)定期更換，這一過程意味著發(fā)生器至少需要 12 小時(shí)的停機(jī)時(shí)間（包括冷卻和啟動(dòng)時(shí)間）。更換電解質(zhì)時(shí)，所有溶液都需要更換。剩余含硫化合物和不飽和碳?xì)浠衔飼?huì)降低鈀管對(duì)氫離子的滲透性，因此鈀管也需要定期更換