1.膜分離制氮:這種制氮方法利用高壓空氣通過中空纖維膜組件,由于氮氣分子和氧氣分子的擴散速度差異,在膜組件輸出端形成高純度的氮氣。最終的產(chǎn)品氣純度可以達到99%,氣體流量大于5000ml/min。這種方法可以累加使用,不影響產(chǎn)品質(zhì)量。在不考慮其他限制條件的情況下,氣體裝置可以無限擴充。膜分離制氮在工業(yè)上有很多應用,在實驗室主要用于對氣體純度要求不高的吹掃、保護和氧氣置換等。這種發(fā)生器的主要優(yōu)點是流量大,實驗室級別產(chǎn)品一般在50L/min左右,并且可以隨意擴充。同時,壽命長,膜組件作為核心部件,在空氣源穩(wěn)定的情況下,壽命可達10年,維護成本極低。缺點是氮氣純度不能達到高純級,膜組件目前都是進口的,國內(nèi)無法提供,成本較高,儀器價格也相對較高。
2.PSA變壓吸附制氮:這種制氮方法利用氮氣與其他氣體分子在分子篩中的吸附能力差異,形成濃度差異的積累,從而在分子篩柱末端產(chǎn)生高純度的氮氣。同時利用兩根分子篩柱,一根吸附的同時引出一部分產(chǎn)品氣為另一根解析,實現(xiàn)分子篩在線再生,整體表現(xiàn)為儀器持續(xù)輸出高純氮氣。這種發(fā)生器可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)氮氣的純度和流量,最高可生產(chǎn)99.999%的氮氣產(chǎn)品。流量可以從幾百毫升到幾十升到幾立方每分鐘不等,純度大小配置靈活,可以根據(jù)每個需求具體定制。PSA變壓吸附技術(shù)在工業(yè)中應用廣泛,已經(jīng)發(fā)展了幾十年,是非常成熟的技術(shù)。技術(shù)難點主要是分子篩柱填裝技術(shù),如果分子篩填裝不好,會造成分子篩在氣體高低壓頻繁變化中互相摩擦碰撞粉化,微孔數(shù)量減少,分子篩性能急劇降低。
3.電化學法制氮:這種方法是在氫氣電解池的陰極(產(chǎn)氫氣一側(cè))通入高壓空氣,在催化劑的作用下,氫氣和氧氣形成微觀燃料電池,完成氧化還原反應生產(chǎn)水。宏觀上表現(xiàn)為空氣中的氧氣被除去,剩余的是氮氣。這種方法可以產(chǎn)出最高99.995%的氮氣。但是有幾個明顯的缺陷:首先需要使用高濃度氫氧化鉀溶液作為電解液,這種強堿溶液與氣體直接接觸,可能對氣體質(zhì)量有潛在影響,并有可能隨氣路輸出;其次單位成本高;再者反應過程只去除了空氣中的氧氣,其他雜質(zhì)氣體并沒有涉及;最后反應過程對電解池制作技術(shù)要求很高,不合適的電解池制作技術(shù)會導致氮氣純度數(shù)量級的降低。這種氮氣發(fā)生器作為一種小流量氮氣來源,總費用不過幾千元,常用于色譜載氣和小容量保護,是一種低成本的解決方案。
質(zhì)譜專用氮氣發(fā)生器