高纯度氢气发生器

高纯度氢气发生器技术参数：

高纯度氢气发生器钯扩散膜
钯扩散膜通过压力驱动 H+ 离子穿过钯薄膜。钯/银合金薄膜可在温度超过 300 可在温时选择性扩散使氢离子穿过薄膜，同时使 H2O、CO2 或 CO 等杂质无法穿过并留在薄膜内侧。稍后可将这些杂质排至空气中。钯扩散器款式多样，包括管阵列、螺旋管或薄膜箔。氢离子穿过薄膜后，会形成可加压的双原子氢分子并传输至分析仪器（参见图 3.）。
但是，尽管能够提供高纯度氢气，钯电解槽寿命相对较短（3 至 5 年），供水或断电期间薄膜中存在溶解氢气所导致脆化会形成流量或杂质变化，由此产生的机械压力会易使钯电池发生故障。
要提纯并干燥氢气，变压吸附利用改变穿过两个充满沸石吸附材料并联柱的氢气流量的原理工作，其中沸石吸附材料作为分子筛（参见图 4.），允许较小的氢分子通过，同时保留较大的水分子。氢气在通过 A 柱时提纯，少量干燥气体向后排出通过 B 柱借助吸附材料净化保留的水分。A 柱达到佳吸附时，过程反转，此时 B 柱接替 A 柱进行氢气提纯，A 柱进行再生。两个柱在氢气提纯和再生之间相互转换，使系统能够连续产生经过提纯的氢气，其压力波动和脉动效应可以忽略。每个周期完成后，系统会再生，因此无需更换材料。
可与 PEM 同时使用的 PSA 另一可选干燥系统为硅胶干燥系统（参见图 5.）。该系统只将 PEM 产生的氢气穿过硅胶柱去除水分。该系统 PSA 和钯干燥系统，但所产生的高纯度氢气含有更多水分和氧气。该系统维护费用相对较低，只需定期按需更换消电离器盒和干燥柱即可。
优缺点
研究表明钯提纯系统能够产生干燥的氢气1，但使用该系统亦存在诸多优缺点。利用对 H+ 的选择透过性，低温条件下薄膜中存在 H2 时发生断电易使钯脆化。钯电解槽在高温条件下工作，因此进行复杂的启动和关机程序以避免脆化并终对电解槽产生损害。钯电解槽的更换成本较高，并且其寿命相对较短。
另一方面 PSA 在鲁棒性和较低的维护需求方面比钯系统更具优势。PSA 无需在高温和高电解电流条件下工作，并且维护成本较低。尽管 PEM/PSA 能够达到的纯度略低于钯系统（质量 6.0 与 7.0），但 PSA 系统无需停机程序并且系统可在 2 至 3 小时内达到较高的纯度。
上述 4 种系统都可以产生高纯度氢气，消除工作环境中存放氢气瓶的需要。发生器的成本通常会在所生产气体质量以及生产气体所采用的技术上体现出来。您对发生器的选择通常取决于氢气的应用以及该应用对气体纯度的要求

氢气在实验室中用途广泛，常用作GC的载气或燃烧气。相较于高压气瓶，氢气发生器更加安全和经济，但如何才能选择到合适的氢气发生器呢？
在本文中，我们将重点介绍需要考虑的因素。如果想采购一台氢气发生器提供载气，需要确认您的方法是否可以使用氢气。
1.纯度
纯度是一个重要的考量因素。如果您要用氢气作为载气，很可能需要一个高纯的氢气发生器。但如果是氢火焰离子化检测器（FID）需要氢气作为燃烧气，则并不需要纯度高的氢气。去离子水经质子交换膜技术电解产生氢气，再经干燥剂过滤干燥，专为检测器提供稳定可靠的氢气。去离子水经质子交换膜技术电解产生氢气，再经PSA干燥器过滤干燥，其产气纯度高达99.9999%。
2.流量
若使用氢气作载气，另一个影响发生器型号选择的因素是流量。为了确定发生器的流量，需要知道您的仪器总氢气用量。一旦确定了每部分的大流量需求，就可以通过相加来确定总流量，然后将总和乘以1.25和1.5便得到一个大概的流量范围。例如，如果您的仪器需要氢气总流量加起来达到100mL/min，其用气量估算范围在125mL/min到150mL/min，我们建议使用大输出量为200mL/min的Peak氢气发生器。
3.压力
对于压力，您会发现对于大多数GC，一般要求压力低于100psi，但如果您的仪器离发生器较远，则需要重新考虑压力要求，以避免管道较长产生压降。
4.维护
您可能想问氢发生器的维护是否很繁琐。与钢瓶或杜瓦罐需要定期进行安全检查不同，氢气发生器的维护简单方便，且可以在实验室内进行。您所需要做的只是大约每周补充一次去离子水，以及每年进行预防性维护，更换去离子柱以保护PEM电解池。
氢气发生器现场制氢是更为安全、经济的氢气解决方案。GC上采用氢气发生器也越来越普及。随着氦气的短缺，以前使用氦气作GC-MS载气的实验室，现在趋向于选择氢气发生器作为可行的替代品。氢气发生器意味着实验室可以通过即产即用的方式获取可靠的氢气，不依赖第三方供气，消除因气体供应不足而停机的风险，从而有效降低整体成本。

人类社会的高速发展,使得对能源的需求量不断增长,人类所使用的一次能源从化石燃料等能源向太阳能、风能等可再生能源转化已是大势所趋。然而,这些可再生能源通常缺少转化、储存和恢复的途径,而作为二次能源的氢能,恰恰为一次能源、化学能和电能之间的转化和存储提供了高效的途径。
随着近年对氢能的研究,氢能的存储和迅速释放也成为了一个明星课题。作为化学储氢的一种方式,(Na BH4)以其高氢储量、氢气释放便捷和相对稳定的化学性质,受到了广泛关注。本文以Na BH4水解为理论基础,制备了Na BH4水解所需催化剂,设计了氢气发生及净化系统并对其制氢的效率与纯度进行了考察,终将其应用于集成的燃料电池系统中,实现了50-80W级燃料电池应用性设计。
本文从NaBH4水解原理出发,制备了用于Na BH4碱性溶液水解的催化剂,催化剂通过浸渍还原的方法制备,以非晶态Co-B-P为有效催化成分,以泡沫镍为搭载基体。本文还对不同负载量的Co-B-P/泡沫镍催化剂的反应催化效率进行了初步测试,在对15wt%Na BH4溶液催化时,负载率43%的催化剂高催化速度可达每平方厘米240ml/min(反应温度75℃)。此后,本文对氢气发生和净化系统进行了结构设计和性能考察。
结构上,氢气发生器为内外腔可气液分离式结构,净化装置为回流管-散热片-回流管-吸收剂四级结构。性能上,氢气发生器可装载上述负载率43%的催化剂66cm2,对流速不超过6ml/min的15wt%Na BH4溶液催化转化率在85%以上,持续供氢速率1800ml/min,且反复使用40次负载率仍在35%以上;净化装置的散热装置可以对超过90%的含碱蒸气冷凝,并依靠氢气压力周期性回流,吸收剂消耗量高5g/小时,氢气中碱性杂质去除,纯净氢气可以供燃料电池系统长时间使用。
后,本文对小型化燃料电池系统结构于控制进行设计,并将上述氢气发生器应用其中,进行了综合性能测试。燃料电池适工作压强为50-70k Pa,长时间按工作温度不超过50℃。燃料电池系统净重2.2kg,高输出功率为82W,对应输出电压12V,能量密度高可达353Wh/kg,并在9小时的连续工作中性能无明显衰退,完成了50W以上的燃料电池系统集成,具有实际应用价值。