鈀(ba)擴散(san)氫氣發(fa)生(sheng)器提(ti)純(chun)方法(fa)原(yuan)理及(ji)優缺點(dian)介(jie)紹(shao)

隨(sui)著(zhe)氣體消耗需求(qiu)的增加，氫氣發(fa)生(sheng)器現已(yi)成(cheng)為(wei)許(xu)多(duo)實驗室bi不可少的(de)設(she)備。發(fa)生(sheng)器可在極(ji)短(duan)的(de)時(shi)間內按(an)需提(ti)供(gong)高純(chun)度氣體，其便(bian)利(li)性(xing)優於氣瓶(ping)，是(shi)在健(jian)康和(he)安(an)全(quan)方面(mian)更(geng)具(ju)優勢，因為(wei)在實(shi)驗室工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)中保(bao)存(cun)高壓(ya)氫(qing)氣會(hui)使人們(men)產(chan)生顧(gu)慮。

生(sheng)成(cheng)器所(suo)含(han)氫氣量(liang)通常少於半(ban)升(sheng)，這(zhe)與 50 升高壓(ya)氣瓶(ping)中 9,000 升(sheng)氣體相比幾乎(hu)可以(yi)忽(hu)略不計。有(you)多家氫氣發(fa)生(sheng)器制(zhi)造(zao)商生產(chan)高品(pin)質儀(yi)器，可為(wei)各(ge)種應(ying)用(yong)提(ti)供(gong)超高純(chun)度氣體，包(bao)括納(na)米管(guan)研(yan)究、氣相色譜(pu)分析(xi)以(yi)及(ji)半(ban)導(dao)體行(xing)業(ye)。許(xu)多(duo)人都(dou)知(zhi)道(dao)氫氣來(lai)自於水的(de)電(dian)解，但(dan)實際操(cao)作(zuo)真(zhen)的(de)如(ru)此(ci)簡(jian)單(dan)？為(wei)何(he)發(fa)生(sheng)器如(ru)此(ci)昂(ang)貴？
盡(jin)管(guan)使用(yong)氣體發(fa)生(sheng)器生(sheng)成(cheng)高純(chun)度氫(qing)氣涉(she)及許(xu)多(duo)高度(du)保(bao)密的機(ji)密，但(dan)從水(shui)中產(chan)生氫(qing)氣的(de)只(zhi)能(neng)利(li)用(yong)幾(ji)個基本(ben)機(ji)理。氫氣發(fa)生(sheng)器系(xi)統(tong)通常使用(yong)兩(liang)相系統(tong)生(sheng)產(chan)經(jing)過(guo)提(ti)純(chun)的氫(qing)氣。先(xian)從(cong)水(shui)中分離(li)出氫(qing)氣，然後(hou)對(dui)氫氣進行(xing)提(ti)純(chun)。許(xu)多(duo)氫氣發(fa)生(sheng)器使用(yong)質子(zi)交(jiao)換(huan)膜 (PEM) 與鈀擴散(san)或(huo)變(bian)壓吸(xi)附 (PSA) 幹燥機(ji)等氫氣提(ti)純(chun)系統(tong)。
用(yong)於氫氣發(fa)生(sheng)的(de)質子(zi)交(jiao)換(huan)膜像反向操(cao)作(zuo)燃(ran)料電(dian)池(chi)壹(yi)樣(yang)高效工作(zuo)。水(shui)在 PEM 處電解，PEM 為(wei)促進 H+ 離(li)子(zi)運動的固體聚(ju)合物電解質，而(er) O2- 離(li)子(zi)會(hui)被固定並(bing)形(xing)成(cheng) O2 分子(zi)（參見圖 1.）。氫(qing)離(li)子由(you) PEM 晶格(ge)借(jie)助(zhu)表面(mian)擴散(san)、格羅(luo)圖斯(si) （Grotthuss） 擴(kuo)散(san)和運(yun)載(zai)擴(kuo)散(san)1三種機(ji)理沿離(li)子(zi)通道傳(chuan)遞。質子(zi)傳(chuan)遞通過(guo)跨膜(mo)質子(zi)傳(chuan)遞完成(cheng)，該(gai)薄(bo)膜(mo)能(neng)夠滲(shen)透陽離(li)子(zi)，但(dan)不能(neng)滲(shen)透陰離子(zi)或(huo)電子並(bing)且(qie)只(zhi)能(neng)傳(chuan)遞水合氫離子(zi)。2電解槽(cao)陰極(ji)收(shou)集的氫(qing)氣需要進行(xing)提(ti)純(chun)。提(ti)純(chun)可通過(guo)多種方法(fa)完成(cheng)。
鈀(ba)電(dian)解器/提(ti)純(chun)綜(zong)合系統
在鈀(ba)電解器、氫(qing)氣分離(li)/提(ti)純(chun)系統(tong)中，由(you)管(guan)束(shu)組(zu)成(cheng)的(de)鈀(ba)陽極(ji)和(he)鈀陰極(ji)（參見圖 2.）用(yong)於電解包(bao)含(han)可溶電(dian)解質（通常為(wei) NaOH 或(huo) KOH）的水。電解電(dian)流(liu)通過(guo)溶液(ye)時(shi)，氫離(li)子(zi)擴散(san)穿(chuan)過(guo)鈀管(guan)陰極(ji)，產(chan)生超高純(chun)度氫(qing)氣。
該(gai)系(xi)統(tong)提(ti)供(gong)超高純(chun)度氫(qing)氣和(he)極(ji)少(shao)的水分與 O2 攜帶(dai)。但(dan)是電(dian)池中的(de)電解質定(ding)期更(geng)換(huan)，這(zhe)壹(yi)過(guo)程意味著(zhe)發(fa)生(sheng)器至(zhi)少(shao)需要 12 小時(shi)的停機(ji)時(shi)間（包(bao)括(kuo)冷卻(que)和(he)啟(qi)動(dong)時(shi)間）。更(geng)換(huan)電解質時(shi)，所(suo)有(you)溶液(ye)都(dou)需要更(geng)換(huan)。剩余含(han)硫化合物和不飽(bao)和(he)碳氫化合物會(hui)降(jiang)低鈀管(guan)對(dui)氫離(li)子的滲(shen)透性(xing)，因此(ci)鈀管(guan)也(ye)需要定(ding)期更(geng)換(huan)