干燥技術:微孔材料 VS. Nafion材料

干燥技術:微孔材料 VS. Nafion材料

微孔材料已經被用于干燥應用很多年了;比如分子篩和膜像Gortex?。這些材料純粹是通過分子的物理大小有選擇性的去除氣體(通常是空氣)中的水。用空氣舉例來說,水分子遠比氮氣或氧氣的分子小。

當空氣暴露于含小孔的材料中,水蒸汽滲透過這些小孔的速度遠比氮氣和氧氣快速。隨后大部分的水蒸汽進入小孔,較少的氮氣和氧氣(不可忽略)的進入小孔。如果材料是一種固體塊,如用作干燥劑的分子篩的孔最終將被填滿,水必須在材料能被再次用來干燥前去除。通過加熱材料(例如放進烤箱)或減少分子篩周圍空氣的壓力來清洗材料。

分子篩干燥

分子篩往往被視為一次性設備。我們的DM?系列干燥器在Nafion?管周圍使用分子篩,在水分通過我們的干燥管滲透后進行吸收。一旦分子篩吸收滿水后,它就可被移除,進行更新或簡單的取代。

使用分子篩來制作干燥設備連續運行是很有可能的。通過提供兩種分子篩干燥劑的空間,并用開關轉化運行其中一個分子篩,同時另一個可以進行再生。如果是通過加熱分子篩來再生,那么該設備被稱為“變溫”干燥器。這些通常是非常大的設備,具有非常高的流量。如果分子篩是通過降低環境壓力再生,那么該設備被稱為“變壓”干燥器或 “非加熱型”干燥器。這些可以做成很小的尺寸。博純提供行業中最小的該類產品。當面臨一種應用需要空氣在適度的流速(我們產品最小型號滿足高達60升每分鐘的流速,最大型號滿足高達100升每分鐘的流速)下被干燥,我們的HD系列非加熱干燥機是一個很好的解決方案,只要空氣壓力在60-100psi(4-7bar)范圍。

微孔疏水過濾器

使用微孔塑料也可以制作干燥設備。有時只用一層材料;疏水過濾器就是很好的例子。這些過濾器可以讓所有類型的氣體通過,但是液體由于孔太小不能通過。“脫模”過濾器是我們這個行業中這類過濾器的典型。它們可以保護分析儀免受液體水的損害。它們的功能和凝聚過濾器很相似,但是有時在較低壓降時能更完美的去除液態水。博純為醫療行業供應含有Nafion干燥器的小型疏水過濾器。

微孔管干燥機

如果微孔塑料形成管狀而不是一層,就可以去除氣體(通常是空氣)中的水蒸氣。管壁的孔隙更小,功能就像是上面提到的分子篩的孔。干燥器起到提供一個管壁兩邊的壓力差的作用。要么是管內的采樣在高壓下,或是管外局部真空。由于壓力差,小分子如水蒸氣被迫通過管壁的毛孔。較大的分子,如氮,氧,通過毛孔緩慢移動,而水則快速移動。因此大部分的水被去除而其他氣體的只有一小部分被去除。當干燥空氣時,為了脫去大量的水,丟失一點點氮和氧也是值得的。博純不提供以此為標準的任何產品。

Nafion干燥器

Nafion管的干燥使用了與微孔材料完全不同的原理。Nafion沒有小孔,也不會根據分子大小去除氣體。相反Nafion是基于硫磺酸的化學親和力來去除氣體的。?Nafion基本上是Teflon?和硫磺酸(磺酸)基的化合物。硫磺酸對水有非常高的親和力,所以Nafion會吸收水。一旦水被吸收到Nafion管內壁,水就通過一個磺酸基滲透到另一個,直到水滲透到達管的外壁,在那里水滲透蒸發到周圍的氣體中(空氣或其他氣體)。

干燥的動力是水蒸氣的壓力梯度,而不是總壓。使用Nafion作為干燥器,沒有必要提供有壓力的采樣或是真空的管外環境。事實上,Nafion可以在氣體壓力較低于環境壓力的情況下干燥氣體。唯一的問題是管內外是否潮濕。如果Nafion管內氣體所含的水(有一個較高的水蒸汽壓力)比管外多,水蒸汽就會從管內被排除。如果管外的氣體含有更多的水,水蒸氣會就進入管內(充當加濕器而不是干燥器)。

通常說,由于Nafion的化學親和力,任何同硫磺酸能強烈結合的氣體都會通過Nafion滲透。氣體的堿性特征(與酸性完全相對的),能同硫磺酸強烈的結合(酸與堿強烈反應)。幸運的是,大多數堿性在我們所需要的溫度下都是固體的。堿的分子構成中通常有羥基(-OH)。水(H – OH),有機堿被稱為醇(一般公式為R–OH),和氨(當水存在時與氨反應生成氫氧化銨NH3?+ H2O = NH4-OH),主要的兩種堿的特性的氣體能滲透Nafion。大多數環境或過程控制監測關注的氣體是一些燃燒過程中的氧化物。這些氧化物不會滲透Nafion,或至少是極為緩慢的滲透。例如,氧(O2),臭氧(O3),一氧化碳(CO),二氧化碳(CO2),氮氧化物(NOx),硫氧化物(SOx)的不會通過Nafion管滲透。因此,由Nafion管制成的干燥器可以被用來去除氣流中的水分,同時失去的氣流中的化合物的量微不足道。博純是世界上唯一的Nafion管和Nafion干燥器的供應商。

Nafion中的離子孔

Nafion確實是由兩個完全不同的化學性質的化學基團組成。大部分的材料是四氟乙烯,和形成Teflon的的化合物相同。這種材料非常耐腐蝕,化學惰性。這具有疏水性(拒絕水)和非極性。它的結構是共價鍵,而不是離子特性。它有一個結晶聚合物結構。

在Nafion中,附著在整個Teflon矩陣的是磺酸基團。這些基團有親水(汲取水),極性和離子特性。化學品具有親水性和共價鍵(字面意思來說,他們是油和水)。因此,在Nafion內的每個磺酸基都結合在一起。它們形成了長長離子鏈,通過Teflon基質在Nafion內部擴散。這些離子鏈往往從Nafion管內表面延長至管的外表面。當水接觸到內表面時,它綁定到內表面的磺酸基上,然后移動到管內鄰近的磺酸基。這一進程一直持續進行直到水到達管外壁的磺酸基,在那里被釋放到周圍的氣體(只要管內的水比管外的多)。這是水分子穿過Nafion的方式。這個過程是一級動力學反應,進行的非常快,因此,Nafion能快速干燥氣體。

由于磺酸基徹底內嵌入聚四氟乙烯矩陣周圍,他們不會暴露到可能使他們脫離矩陣的化學制劑中。因此Nafion具有極強的抗化學腐蝕性。

這些在Nafion管壁的磺酸基鏈有時被稱為離子孔。不像分子篩和微孔管,Nafion并沒有任何物理的空隙。只有內嵌入Teflon矩陣的離子團區域。這類材料相當不尋常,更為恰當的稱為離子交聯聚合物而不是聚合物。Nafion是主要的例子。這些離子通道約11埃的截面(他們可以很長、分支。關于Nafion的“孔徑”是指這個尺寸。

江苏十一选五任八 过完年干什么生意最赚钱 太行山西麻将临汾版 压瓦带卖镀锌管材赚钱吗 金皇朝彩票游戏 三国麻将风云破解版 人赚钱和钱赚钱区别 开个送外卖的能赚钱吗 jdb龙王捕鱼技巧视频 种什么菜过年好赚钱 大宗商品分析师赚钱吗 手机捕鱼假日2 代理出口公司赚钱的方式 做英雄杀代充赚钱吗 百搭麻将怎么玩 大话西游2经典版新手5开赚钱 天天捕鱼下载