钯扩散氢气发生器提纯方法原理及优缺点介绍（二）

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.）。

图 3. 使用钯扩散薄膜进行氢气提纯的氢气发生器原理图

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。

PEM/PSA

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。

图 4. 使用变压吸附进行氢气提纯的氢气发生器原理图

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。该系统价格低yu 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。

图 5. 使用硅胶柱进行氢气提纯的氢气发生器原理图。

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，因此必须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。