氮氣發(fā)生器作為實驗室常用設(shè)備之一，作為氮氣供氣源，用途廣泛。其中，對質(zhì)譜和氣相色譜的正常運行起到重要作用。那么，該如何選擇合適的氮氣發(fā)生器呢？膜分離技術(shù)和變壓吸附技術(shù)是現(xiàn)今氮氣發(fā)生器的兩種主要制氮技術(shù)。兩種制氮技術(shù)各有特點和優(yōu)勢。
膜分離技術(shù) 壓縮空氣通過中空纖維膜，由于不同氣體分子直徑不同，當(dāng)空氣通過膜的時候，分子直徑較小的氧氣、二氧化碳和水蒸汽會通過中空纖維膜管道上的小孔，進(jìn)而排到大氣中去。在膜的出口，大分子直徑的氮氣分子和惰性氣體氬氣都被收集起來，輸送到應(yīng)用設(shè)備。這種氮氣分離提取技術(shù)簡單有效，無需任何移動部件。
膜分離原理圖
變壓吸附技術(shù)
變壓吸附制氮的填充材料是碳分子篩，是一種多孔疏松的棒狀碳顆粒，當(dāng)壓縮空氣通過碳分子篩時，同樣也是根據(jù)氣體分子直徑的不同，碳分子篩會吸附水汽和氧氣，但是，氮氣不會被吸附，從而被分離。變壓吸附的過程包括吸附解壓-重生階段。
變壓吸附原理圖
變壓吸附技術(shù)和膜分離技術(shù)來生產(chǎn)氮氣，各有優(yōu)勢。但是，對于某些特定的應(yīng)用設(shè)備，使用其中的一種分離技術(shù)比另一種更有優(yōu)勢。具體使用哪種技術(shù)更好更合適要取決于應(yīng)用和流速要求，不能一概而論。而需要強(qiáng)調(diào)的是，氮氣膜和碳分子篩都不是消耗品，都無需定期更換。
兩種技術(shù)對比來說：
1.尺寸和重量
氮氣膜尺寸小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，更輕盈小巧，甚至發(fā)生器能放在標(biāo)準(zhǔn)實驗臺下，這些對于空間很有限的實驗室而言無疑是好的選擇。
2.噪音
膜分離技術(shù)不產(chǎn)生任何噪音，這也就意味著膜分離氮氣發(fā)生器能放在應(yīng)用儀器旁邊，安靜地工作，無需將發(fā)生器放在另外一個房間，從而減少了管道延長所產(chǎn)生的額外費用，也避免了管道漏氣的風(fēng)險。
3.純度
氮氣在不同分析儀器中所起的作用不同，所以對純度的需求也不同，LC-MS所用的氮氣主要作為霧化氣及保護(hù)氣，純度95%就全能滿足需求。理想化狀態(tài)下，變壓吸附所能達(dá)到的最大純度要優(yōu)于膜分離技術(shù)。但變壓吸附所產(chǎn)生的氮氣純度與進(jìn)氣量、壓力、氣源質(zhì)量都有很大的關(guān)系，如果氣源不潔凈或者氣量壓力不夠，那純度會大大降低，不能單純認(rèn)為變壓吸附純度一定高。
4.露點，含水量
決定氮氣露點含水量的因素，除了分離技術(shù)外，進(jìn)氣質(zhì)量和過濾系統(tǒng)也至關(guān)重要。對于碳分子篩的變壓吸附，如果前端處理不當(dāng)，不僅除水能力下降，而且會污染碳分子篩，久而久之碳分子篩就失去了吸附的能力。對于膜分離，如果有較好的前端處理和除水設(shè)計，同樣可以有效除水，降低露點。
5.空壓機(jī)的負(fù)荷
膜分離和變壓吸附對空氣氣量的需求不同。對于膜分離，純度越高，需要的空氣越多，空壓機(jī)負(fù)荷越大。對于變壓吸附，會有反吹現(xiàn)象，所以用氣量要遠(yuǎn)高于理論值，不能簡單的按照空氮比得出實際空氣量，相應(yīng)空壓機(jī)負(fù)荷也大于理想情況。
6.維護(hù)保養(yǎng)
膜分離技術(shù)移動部件少，所以維護(hù)簡單。一旦發(fā)生器出了問題，小而輕的氮氣膜占用空間小，讓發(fā)生器的維護(hù)以及零配件的更換都非常方便，同時，也降低了維護(hù)和維修成本，節(jié)約了時間。另外氮氣膜的工作無需很多電子部件的管理和控制，所以可以將更多的電子部件用于監(jiān)控核心技術(shù)參數(shù)，保證了發(fā)生器的穩(wěn)定性。變壓吸附相對移動部件、電子控件都多，所以維修維護(hù)較為繁瑣。
綜上而言，在選擇氮氣發(fā)生器時，不能單一根據(jù)是膜分離技術(shù)還是變壓吸附技術(shù)決定好與壞，要根據(jù)實際情況和具體應(yīng)用合理選擇。
二、氮氣發(fā)生器的類型
根據(jù)氮氣可能用途的不同，氮氣發(fā)生器可分為以下幾種類型：
1. PSA氮氣發(fā)生器
PSA氮氣發(fā)生器是利用分子篩技術(shù)，將空氣中的氧氣和水分吸附，從而提取出純度高、質(zhì)量穩(wěn)定的氮氣。它常用于化工、電子、半導(dǎo)體、食品、醫(yī)藥以及其他多種工業(yè)領(lǐng)域。
PSA是 Pressure Swing Adsorption的簡稱，中文名為變壓吸附，1960年Skarstrom提出PSAZL，他以沸石分子篩為吸附劑，用一個兩床PSA裝置，從空氣中分離出富氧，該過程經(jīng)過改進(jìn)，于60年代投入了工業(yè)生產(chǎn)。1970年，PSA技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用取得了突破性的進(jìn)展，Zxian應(yīng)用于空氣干燥與凈化。80年代，PSA技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用取得了突破性的進(jìn)展，主要應(yīng)用在氮氧分離、空氣干燥等。其中，氮氧分離的技術(shù)進(jìn)展是把新型吸附劑碳分子篩與變壓吸附結(jié)合起來，將空氣中的氧氣和氮氣加以分離，從而獲得氮氣。
PSA制氮核心部件就是碳分子篩。碳分子篩在上世紀(jì)70年代興起的一種新型吸附劑，主要成分為元素碳，外觀為黑色柱狀固體。
它利用篩分的特性來達(dá)到分離O2 、N2的目的。在分子篩吸附雜質(zhì)氣體時，大孔和中孔只起到通道的作用，將被吸附的分子運送到微孔和亞微孔中，微孔和亞微孔才是真正起吸附作用的容積。碳分子篩內(nèi)部包含有大量的微孔，這些微孔允許動力學(xué)尺寸小的分子快速擴(kuò)散到孔內(nèi)，同時限制大直徑分子的進(jìn)入。由于這些氣體分子相對擴(kuò)散速率的不同，因此它們可以被有效的分離。同時，在制造碳分子篩時，根據(jù)分子尺寸的大小，碳分子篩內(nèi)部微孔分布應(yīng)在0.28～0.38nm。在該微孔尺寸范圍內(nèi)，氧氣可以快速通過微孔孔口擴(kuò)散到孔內(nèi)，而氮氣卻很難通過微孔孔口，從而達(dá)到氧、氮分離。
采用PSA方法的氮氣發(fā)生器可以根據(jù)用戶個人需要，制備不同純度的氮氣，Z高可達(dá)99.999%。
2. 空氣壓縮機(jī)式氮氣發(fā)生器
在壓縮機(jī)的工作過程中，通過對空氣壓縮處理，將氮氣和氧氣壓縮到相同的壓強(qiáng)下，然后利用分子篩分離工藝分離出氮氣。它通常應(yīng)用于各種民用應(yīng)用中，如氣象、口腔治療、氣體氣泡、人工呼吸等。
3. 膜分離式氮氣發(fā)生器
膜分離式氮氣發(fā)生器是利用具有吸附性能的特殊膜技術(shù)實現(xiàn)氧氣和氮氣的分離。它常用于制備高純度氮氣，如半導(dǎo)體制造、食品包裝材料、化學(xué)品、氣氣體氧化反應(yīng)等。
三、氮氣發(fā)生器的應(yīng)用領(lǐng)域
氮氣發(fā)生器在各個工業(yè)領(lǐng)域中，得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在高科技工業(yè)方面。它的應(yīng)用領(lǐng)域如下：
1. 半導(dǎo)體制造業(yè)
制造半導(dǎo)體過程中，需要用大量的高純度氮氣。氮氣發(fā)生器可以在不使用氣瓶的情況下，產(chǎn)生高純度氮氣，適用于半導(dǎo)體制造中的壓制、光刻、清洗和治療等過程。
2. 化學(xué)品制造業(yè)
在化學(xué)制造過程中，需要制備具有特殊用途的化學(xué)品，需要純度高、質(zhì)量穩(wěn)定的氮氣。氮氣發(fā)生器可以在較短時間內(nèi)，提供大量的高質(zhì)量氮氣，適用于溶劑回收、化學(xué)反應(yīng)、脫水等過程。
3. 食品包裝業(yè)
食品儲存、保鮮和包裝均需要高純度氮氣。氮氣發(fā)生器可以使氧氣充分排除出包裝袋內(nèi)，有效地延長食物的保鮮期。使用高純度氮氣，可以將食品包裝氧氣含量降至一定水平，從而使得食品并不會變質(zhì)。
4. 果園、畜牧業(yè)及花卉產(chǎn)業(yè)
在果園、畜牧業(yè)及花卉產(chǎn)業(yè)，需要用到大量空氣來水分和處理空氣中的有害物質(zhì)，如甲醛、二氧化碳等。氮氣發(fā)生器可以很好地處理空氣中的這些成分，保障作物的正常生長。
四、氮氣發(fā)生器的優(yōu)勢
1. 安全性高：氮氣發(fā)生器可以從空氣中產(chǎn)生高純度氮氣，避免了使用氣瓶的危險性和化學(xué)品的危險性。
2. 便于操作：氮氣發(fā)生器操作簡單，不需要專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行管理和維護(hù)。
3. 經(jīng)濟(jì)實惠：與傳統(tǒng)氣瓶制氮比較，氮氣發(fā)生器在長期使用中具有更明顯的成本優(yōu)勢。
4. 響應(yīng)快捷：氮氣發(fā)生器能夠在短時間內(nèi)提供大量的高純度氮氣，響應(yīng)速度快，適用于多種需求。
5. 較少環(huán)境影響：氮氣發(fā)生器具有綠色環(huán)保的特點，對環(huán)境影響較小。
五、氮氣發(fā)生器的發(fā)展趨勢
1. 智能化：隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，氮氣發(fā)生器也將實現(xiàn)智能化管控。智能化控制有助于提高操作效率和質(zhì)量水平，從而滿足不同行業(yè)的需求。
2. 多功能化：氮氣發(fā)生器還將不斷加強(qiáng)多功能實現(xiàn)，開發(fā)創(chuàng)新性的應(yīng)用方法，滿足多樣化、個性化的行業(yè)需求。
3. 小型化和便攜化：氮氣發(fā)生器的小型化和便攜化已成為行業(yè)發(fā)展趨勢。越來越多的行業(yè)應(yīng)用需要小型或便攜的設(shè)備來提供所需的氣體，氮氣發(fā)生器將應(yīng)運而生。
4. 高精度：對于一些嚴(yán)格要求氣體純度的行業(yè)，在氮氣發(fā)生器的開發(fā)過程中，需要提供更高的精度，以滿足不同企業(yè)的需求。
總之，氮氣發(fā)生器在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。隨著技術(shù)的不斷升級和發(fā)展，其性能也將得到不斷提升。因此，氮氣發(fā)生器未來將在生產(chǎn)工藝、性能穩(wěn)定性、能源效率和響應(yīng)速度上發(fā)揮更重要的作用，從而不斷推動工業(yè)的發(fā)展。
英國普拉勒科技有限公司提供的氮氣發(fā)生器系列產(chǎn)品展示：
零級高純氮氣發(fā)生器（氣相色譜專用)
2.零級高純氮氣發(fā)生器（氣相色譜專用)：NITROGEN-1200
零級高純氮氣發(fā)生器（氣相色譜專用)
3.氮氣發(fā)生器NITROGEN-B-45(液質(zhì)專用)
氮氣發(fā)生器NITROGEN-B-45(液質(zhì)專用)
4.液相質(zhì)譜聯(lián)用儀專用氮氣發(fā)生器（中空纖維膜)NITROGEN-M-30/60
液相質(zhì)譜聯(lián)用儀專用氮氣發(fā)生器（中空纖維膜)
5.質(zhì)譜專用氮氣發(fā)生器(變壓吸附)
NITROGEN-B-5 NITROGEN-B-10 NITROGEN-B-30
NITROGEN-B-60 NITROGEN-B-100 NITROGEN-B-200
質(zhì)譜專用氮氣發(fā)生器(變壓吸附)
6.氮氣發(fā)生器(氮吹儀專用)
NITROGEN-M-5/NITROGEN-M-10/NITROGEN-M-30
NITROGEN-M-60/NITROGEN-M-100/NITROGEN-M-200
氮氣發(fā)生器(氮吹儀專用)
7.半導(dǎo)體行業(yè)專用氮氣發(fā)生器（腔體保護(hù)氣,干泵吹掃氣)NITROGEN-M-100/200
半導(dǎo)體行業(yè)專用氮氣發(fā)生器（腔體保護(hù)氣,干泵吹掃氣)
8.HPLC(ELSD、CAD檢測器)專用氮氣發(fā)生器NITROGEN-B-5/10
HPLC(ELSD、CAD檢測器)專用氮氣發(fā)生器NITROGEN-B-5/10
更新時間：2024-11-22
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