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通過Nafion的甲醛滲透

博純不具備應用于各種采樣氣體的分析儀和校準標準,而這些采樣問題也許會提交到我們的干燥器這里,所以我們經常依賴于客戶和專家的研究,提供最新應用信息。
對許多化學品,我們必須依靠操作原理和化合物的化學性,以確定其在干燥器內的表現。默克指數表明,甲醛是非常易溶于水,且是非常活性的。考慮到這些信息,我們給出以下的意見。

1.Nafion膜是一種超強酸催化劑。當暴露于Nafion材料時,我們期望醛是很容易受到酸催化而進行烯醇化,形成二烯醇。在這種情況下,反應將是:?

HCHO +?H2O –> HO-CH-OH

由于含較高含量的醛我們預料這種反應會出現,但對于甲醛我們先前曾提到過,不會出現類似的反應因為有附在中央碳上的是氫而不是碳氫鏈,這意味著,幾乎不可能共享電荷,因此初始的酸催化烯醇化反應(破壞碳氧雙鍵)不會出現。

這種情況為這個酸催化的烯醇化創造了一個機會,很可能會升高溫度,提高水的濃度和采樣中有可能存在的的化合物。

為此,采樣中的水濃度可能會因為參與酸水解而影響甲醛的丟失。?

2.??? 我們有大量數據顯示,某些高度可溶于水的氣體(主要是氯化氫,氯氣,硝酸)當干燥吹掃氣體流量相對采樣很低時會丟失,但是如果是高流量的吹掃氣體,就不會出現丟失。在與杜邦公司的溝通中,我們總結出(沒有證明,但是有大量的經驗)以下幾條。

a.?? 我們從杜邦公司了解到通過Nafion膜(也就是我們的管壁)的水滲透會通過三步形成:

1.??? 首先水結合到Nafion管上的一個活性點(暴露的磺酸基)
2.??? 第二步是水通過Nafion膜上由磺酸基形成的離子通道快速轉移
3.??? 第三步是水以固定的狀態直接滲透水汽至周圍氣體中

b.??? 我們了解到限速步驟可以改變,這取決于系統溫度、管壁的厚度以及管另一側的水濃度。

c.???? 我們和杜邦公司推測,在水分子最初結合到暴露的磺酸基點后,高度可溶于水的氣體可能會綁定到水分子的同時仍暴露在管材表面。?
d.??? 我們繼續推測一旦綁定到水分子,這些高度水溶性氣體也許仍綁定到水分子,然后和水一起通過Nafion滲透,隨后從外部表面釋放。
e.??? 我們推測如果吹掃氣體的流量大大增加來驅動這個反應達到最初綁定水的流速限制點,然后一旦結合到水就迅速滲透入Nafion,避免水溶性氣體綁定水。
f.???? 從大量的測試數據我們了解到,當吹掃氣流:采樣氣流為5:1或更少時,氯化氫的丟失是常見的,但是當兩者之比增加至10:1或更多時,丟失就消失了。我們相信上述過程解釋了這些結果。
如果甲醛表現為相似的情況,那么,吹掃氣體流量比采樣氣體流量會影響它的丟失。同樣地,如甲醛能進行酸催化的有限度取決于(溫度,水分含量等)確切情況,那么在采樣中水分含量因為參與甲醛化學轉化為一些其他化合物或作為Nafion表面的綁定點而可能影響它的丟失。
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