分子筛净化柱的工作原理与过程
原理基础:
气体循环系统中的风机驱动气体流动,当潮湿的气体进入分子筛净化柱时,气体在柱内的分子筛颗粒之间穿梭。分子筛颗粒提供了巨大的吸附表面积,因为它们有许多微小的孔隙。水分子在与这些孔隙接触时,会被吸附在孔隙壁上。随着气体不断通过净化柱,越来越多的水分被吸附,从而使从净化柱流出的气体湿度降低。例如,在一个典型的手套箱气体循环过程中,含有较高湿度的箱内气体在经过分子筛净化柱后,湿度可以从相对湿度 80% 降低到 1% - 5% 左右,这取决于分子筛的性能和使用时间等因素。
工作过程:
分子筛是一种具有规则微孔结构的晶体材料,其孔径大小均匀,与水分子的大小相匹配。这是实现选择性吸附水分的关键。当含有水蒸气的气体通过分子筛净化柱时,基于物理吸附原理,水分子会被分子筛的微孔吸附在其表面。物理吸附主要是由于分子间的范德华力,这种力使得水分子在接近分子筛表面时被吸附住。
钯催化剂净化柱的氧气去除机制与流程
催化反应原理:
在气体循环过程中,含有氧气的气体进入钯催化剂净化柱。在净化柱内,氧气分子与钯催化剂表面接触,在催化剂的作用下发生上述反应,将氧气转化为其他物质。这样,从净化柱流出的气体中氧气含量就会显著降低。例如,对于一些对氧敏感的实验,如有机金属化学实验或某些电子材料制备过程,要求手套箱内氧气含量低于 1ppm(百万分之一),通过钯催化剂净化柱的处理,可以有效地将氧气含量控制在这个极低的水平。
工作流程:
钯催化剂净化柱主要是利用钯的催化性能来去除氧气。钯能够催化氧气与其他物质发生反应。一种常见的反应是氧气与氢气在钯催化剂的作用下反应生成水。其反应式为:钯催化剂。另一种情况是氧气与金属钯本身反应生成氧化钯(PdO),当有氢气等还原性气体存在时,氧化钯又可以被还原为钯,从而实现循环使用。
活性炭过滤器的吸附作用方式与过程
吸附原理:
气体在循环过程中进入活性炭过滤器,在过滤器内部,气体在活性炭颗粒之间的孔隙通道中流动。有机杂质和异味分子在与活性炭孔隙壁接触时,会被吸附在上面。随着气体的不断通过,越来越多的杂质和异味被吸附,从而使气体得到净化。例如,在化学实验中,如果产生了挥发性有机化合物(VOCs),通过活性炭过滤器后,这些有机化合物会被大量吸附,改善箱内气体的气味和质量。
吸附过程:
活性炭具有高度发达的孔隙结构,其比表面积非常大,通常可以达到每克几百平方米甚至更高。这些孔隙包括微孔、中孔和大孔,不同大小的孔隙可以吸附不同大小的有机杂质和异味分子。当含有有机杂质或异味的气体通过活性炭过滤器时,有机分子和异味物质会在分子扩散和范德华力的作用下,被吸附到活性炭的孔隙表面。
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