氫氣的提純方法研究（一）

關于氫氣生成技術的技術考量

為氣相色譜和氣相色譜/質譜應用提供載氣的氫氣發生器利用多項技術提供高純度氫氣。本文將探討各種氫氣提純方法。前 3 種方法結合使用 PEM（質子交換膜）和多種提純技術，第 4 種方法使用綜合鈀電解槽。

PEM/鈀擴散

鈀薄膜氫氣提純器利用壓力驅動跨鈀薄膜擴散原理工作。只有氫氣能夠擴散穿過鈀擴散器。鈀擴散器款式多樣，包括管、螺旋管或薄膜箔陣列。鈀擴散器由鈀銀合金材料制成，該材料在加熱到標稱 300oC 以上時具有只允許單原子氫穿過其晶格的獨特屬性。與鈀薄膜表面接觸的氫分子離解為單原子氫并穿過薄膜。在鈀薄膜的另一側，單原子氫重新組合為雙原子氫。

PEM/鈀擴散過程

特點與優勢

       ? 超高純度氫氣，幾乎無水分或氧氣攜帶。純度超過 99.99999%。
       ? 無需例行維護。 
       ? 提純器中鈀擴散器的預計正常使用壽命約為 5 年，取決于具體應用以及使用情況（來源： http://pureguard.net/cm/Library/FAQs.html）

問題

       ? 使用鈀銀合金時，意外斷電會對擴散器造成無法逆轉的損害。
       ? 鈀銀合金會吸收氫氣，導致體積增加或變形變脆。
       ? 如果擴散器因孔洞而破裂，對此進行維修無經濟優勢。
       ? 在氫氣存在時保證鈀薄膜不冷卻對于延長使用壽命至關重要。即使提純器短時間內在最佳工作溫度范圍外運行，也會使其耐用性下降。
       ? 氫氣進入擴散器“提純”側后，需定期清理電解槽“未提純”側遺留氫氣（仍包含氧氣和水分等雜質）。這樣可以確保有充足數量的氫分子可進行跨鈀薄膜傳遞，以便維持擴散器效率。這一過程非常復雜，如果系統設計不佳，會使擴散器輸出壓力/流量產生脈沖效應。
       ? 反應在超高溫度下進行，該過程中出現任何火源都非常危險，由此會引發安全顧慮。用于驅動加熱器盒的電流在此溫度下非常危險，如果發生任何問題都有可能產生明顯電弧。
       ? 需要更換提純器中的鈀薄膜，更換間隔約為 5 年。
       ? 推薦使用備用電解槽消除停機時間。
       ? 碳排放量更大，因為需要用電將鈀合金加熱至工作溫度。

鈀電解槽/提純器綜合系統

采用金屬鈀陽極，由于水無法有效傳導電流，因此添加強水溶性電解質，通常使用 20% 的氫氧化鈉 (NaOH)。鈀管束作為陰極，只有氫及其同位素能夠穿過陰極，生成超高純度氫氣。

鈀電解槽/提純器綜合系統