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氫氣

鎖定
氫氣(Hydrogen)是元素形成的一種單質,化學式H2,分子量為2.01588。常温常壓下氫氣是一種無色無味極易燃燒且難溶於水的氣體。氫氣的密度為0.089g/L(101.325kpa,0°C),只有空氣的1/14,是世界上已知的密度最小的氣體。 [6]  所以氫氣可作為飛艇、氫氣球的填充氣體(由於氫氣具有可燃性,安全性不高,飛艇現多用氦氣填充)。氫氣與電負性大的非金屬反應顯示還原性,與活潑金屬反應顯示氧化性 [5] 
氫氣(H2)最早於16世紀初被人工製備,當時使用的方法是將金屬置於強酸中。1766–1781年,亨利·卡文迪許(Henry Cavendish,1731-1810)發現氫元素,氫氣燃燒生成水,拉瓦錫(Antoine-Laurent de Lavoisier,1743-1794)根據這一性質將該元素命名為“hydrogenium”(“生成水的物質”之意,“hydro”是“水”,“gen”是“生成”,”ium"是元素通用後綴)。19世紀50年代英國醫生合信(B.Hobson)編寫《博物新編》(1855年)時,把“hydrogen”翻譯為“輕氣”,意為最輕氣體。
工業上一般從天然氣或水煤氣制氫氣,而不採用高耗能的電解水的方法。製得的氫氣大量用於石化行業裂化反應和生產氨氣。氫氣分子可以進入許多金屬的晶格中,造成“氫脆”現象,使得氫氣的存儲罐和管道需要使用特殊材料(如蒙乃爾合金),設計也更加複雜。 [1]  2018年2月,中國實現氫氣的低温製備和存儲,獲得科技部2017年度中國科學十大進展。 [2] 
氫氣被列入《危險化學品名錄》 [7] 並按照《危險化學品安全管理條例》管控 [8] 
中文名
氫氣
外文名
hydrogen
化學式
H2
分子量
2.01588 [6] 
CAS登錄號
1333-74-0
EINECS登錄號
215-605-7
熔    點
-259.2 ℃(101 kPa)
沸    點
-252.87 ℃(101 kPa)
水溶性
難溶於水
密    度
0.0899 kg/m³(101.325 kpa, 0°C) [4] 
外    觀
無色透明 [9] 
應    用
工業燃料、金屬冶煉、有機合成等
安全性描述
S9;S16;S33
危險性符號
F+
危險性描述
R12
UN危險貨物編號
1950

氫氣研究簡史

在化學史上,人們把氫元素的發現與“發現和證明了水是氫和氧的化合物而非元素”這兩項重大成就,主要歸功於英國化學家和物理學家亨利·卡文迪許
在18世紀末以前,曾經有不少人做過製取氫氣的實驗,所以實際上很難説是誰發現了氫,即使公認對氫的發現和研究有過很大貢獻的卡文迪許本人也認為氫的發現不只是他的功勞。早在16世紀,瑞士著名醫生帕拉塞斯就描述過鐵屑與酸接觸時有一種氣體產生;17世紀時,比利時著名的醫療化學派學者揚·巴普蒂斯塔·範·海爾蒙特(Jan Baptista van Helmont,1580-1644)曾偶然接觸過這種氣體,但沒有把它離析、收集起來;波義耳(Robert Boyle,1627-1691)雖偶然收集過這種氣體,但並未進行研究。他們只知道它可燃,此外就很少了解;1700年,法國藥劑師勒梅里(Lemery, N. 1645-1715)在巴黎科學院的《報告》上也提到過它。
但是,最早把氫氣收集起來,並對它的性質仔細加以研究的是卡文迪許。1766年卡文迪許向英國皇家學會提交了一篇研究報告《人造空氣實驗》,講了他用鐵、鋅等與稀硫酸稀鹽酸作用製得“易燃空氣”(即氫氣),並用普利斯特里(J.Joseph Priestley,1733-1804)發明的排水集氣法把它收集起來,進行研究。他發現一定量的某種金屬分別與足量的各種酸作用,所產生的這種氣體的量是固定的,與酸的種類、濃度都無關。他還發現氫氣與空氣混合後點燃會發生爆炸;又發現氫氣與氧氣化合生成水,從而認識到這種氣體和其它已知的各種氣體都不同。但是,由於他是燃素説的虔誠信徒,按照他的理解:這種氣體燃燒起來這麼猛烈,一定富含燃素; [6]  硫磺燃燒後成為硫酸,那麼硫酸中是沒有燃素的;而按照燃素説金屬也是含燃素的。所以他認為這種氣體是從金屬中分解出來的,而不是來自酸中。他設想金屬在酸中溶解時,“它們所含的燃素便釋放出來,形成了這種可燃空氣”。他甚至曾一度設想氫氣就是燃素,這種推測很快就得以當時的一些傑出化學家舍勒·基爾萬(Kirwan, R. 1735-1812)等的贊同。由於把氫氣充到氣球中,氣球便會徐徐上升,這種現象當時曾被一些燃素學説的信奉者們用來作為他們“論證”燃素具有負重量的根據。但卡文迪許究竟是一位非凡的科學家,後來他弄清楚了氣球在空氣中所受浮力問題,通過精確研究,證明氫氣是有重量的,只是比空氣輕很多。他是這樣做實驗的:先把金屬和裝有酸的燒瓶稱重,然後將金屬投入酸中,用排水集氣法收集氫氣並測體積,再稱量反應後燒瓶及內裝物的總量。這樣他確定了氫氣的比重只是空氣的9%.但這些化學家仍不肯輕易放棄舊説,鑑於氫氣燃燒後會產生水,於是他們改説氫氣是燃素和水的化合物。
水的合成否定了水是元素的錯誤觀念,在古希臘:恩培多克勒提出,宇宙間只存在火、氣、水、土四種元素,它們組成萬物。從那時起直到18世紀70年代,人們一直認為水是一種元素。1781年,普利斯特里將氫氣和空氣放在閉口玻璃瓶中,用電火花引爆,發現瓶的內壁有露珠出現。同年卡文迪許也用不同比例的氫氣與空氣的混合物反覆進行這項實驗,確認這種露滴是純淨的水,表明氫是水的一種成分。這時氧氣也已發現,卡文迪許又用純氧代替空氣進行試驗,不僅證明氫和氧化合成水,而且確認大約2份體積的氫與1份體積的氧恰好化合成水(發表於1784年)。這些實驗結果本已毫無異議地證明了水是氫和氧的化合物,而不是一種元素,但卡文迪許卻和普利斯特里一樣,仍堅持認為水是一種元素,氧是失去燃素的水,氫則是含有過多燃素的水。他用下式表示“易燃空氣”(氫)的燃燒:
(水+燃素)+(水-燃素)→水
1782年,拉瓦錫重複了他們的實驗,並用紅熱的槍筒分解了水蒸氣,明確提出正確的結論:水不是元素而是氫和氧的化合物,糾正了兩千多年來把水當做元素的錯誤概念。1787年,他把過去稱作“易燃空氣”的這種氣體命名為“Hydrogen”(氫),意思是“產生水的”,並確認它是一種元素。 [6] 

氫氣物質結構

氫原子結構 氫原子結構
氫氣是一種雙原子氣體分子,由兩個氫原子通過共用一對電子構成。氫氣是自然界中最小的分子。氫原子具有獨特的電子構型1s1,所以它既可能獲得一個電子成為H-(具有氦構型1s2),也可能失去一個電子變成質子H+。因此它表面上不但很像鹵素能獲得一個電子成為一種惰性氣結構ns2np6,而且很像鹼金屬能失去一個電子成為M+(ns2np6)。然而,由於氫在其結構中沒有別的電子,故它與這兩族中的每一族都有足夠的差別,這説明將氫放在這兩族之外是正確的。 [9] 

氫氣物理性質

氫氣是無色並且密度比空氣小的氣體(在各種氣體中,氫氣的密度最小。標準狀況下,1升氫氣的質量是0.089克,相同體積比空氣輕得多)。因為氫氣難溶於水,所以可以用排水集氣法收集氫氣。另外,在一個標準大氣壓下,温度-252.87℃時,氫氣可轉變成無色的液體;-259.1℃時,變成雪狀固體。
氫氣的一些物理性質
沸點
-252.8 ℃(101 kPa) [6] 
熔點
-259.2 ℃(101 kPa)
密度
0.089 g/L(101.325 kpa, 0°C) [6] 
氣液容積比
974 L/L(15℃,101 kPa)
相對分子質量
2.01588 [6] 
臨界密度
66.8 kg/m3
三相點
-254.4 ℃
臨界壓力
1.313 MPa
熔化熱
48.84 kJ/kg(-254.5℃,平衡態)
表面張力
3.72 mN/m(平衡態,-252.8℃)
熱值
1.4×108 J/kg(2.82×105 J/mol)
折射係數
1.0001265(1 atm,25℃)
比熱比
Cp/Cv=1.40(1 atm,25℃,氣體)
易燃性級別
4
比熱容 (cp)
14.30 kJ/(kg·K), (1 atm,25℃)
比熱容 (cv)
10.21 kJ/(kg·K), (1 atm,25℃)
汽化熱
305 kJ/kg(△H ,-249.5℃)
臨界温度
-239.97℃ [3] 
比容
11.12 m3/kg(1 atm,21.2℃)
蒸汽壓力
53.33 kPa(正常態,21.621 K)
119.99 kPa(正常態,24.249 K)
粘度
0.010 mPa·S(1 atm,0 ℃)
導熱係數
0.1289 W/(m·K)(1 atm,0 ℃)
金屬態氫
金屬氫,是液態或固態氫在上百萬大氣壓的高壓下變成的導電體。導電性類似於金屬,故稱金屬氫。金屬氫是一種高密度、高儲能材料。 [15] 
2017年1月26日,《科學》雜誌報道哈佛大學實驗室成功製造出金屬氫。 [18] 

氫氣化學性質

氫氣綜述

常温下,氫氣的性質很穩定,不容易跟其它物質發生化學反應。但當條件改變時(如點燃、加熱、使用催化劑等),情況就不同了。如氫氣被等金屬吸附後具有較強的活性(特別是被鈀吸附)。金屬鈀對氫氣的吸附作用最強。氫氣與電負性大的元素反應顯示還原性,與活潑金屬單質常顯示氧化性。氫氣在催化劑的存在下能與大部分有機物進行加成反應。 [6] 

氫氣還原性

可燃性
氫氣是一種極易燃的氣體,燃點只有574℃,在空氣中的體積分數為4%至75%時都能燃燒。氫氣燃燒的焓變為−286kJ/mol:
2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l),ΔH = -572 kJ/mol
當空氣中氫氣濃度在4.1%至74.8%時,遇明火即可引起爆炸。氫氣的着火點為500°C。純淨的氫氣與氧氣的混合物燃燒時放出紫外線。
在帶尖嘴的導管口點燃純淨的氫氣,純淨的氫氣在空氣裏安靜地燃燒,產生淡藍色的火焰(氫氣在玻璃導管口燃燒時,火焰常略帶黃色)。用燒杯罩在火焰的上方時,燒杯壁上有水珠生成,接觸燒杯的手能感到發燙。
氫氣在空氣裏燃燒,實際上是氫氣跟空氣裏的氧氣發生了化合反應,生成了水並放出大量的熱。
反過來,氫氣可以用電解水的方式製備。這個反應的化學方程式是:
催化下與氧氣反應
氫氣在氧氣過量和低温有催化劑的條件下可直接生成過氧化氫,副產物為水。(過氧化物中氧元素的化合價為-1) [25] 
與鹵素反應
氫氣可將鹵素還原為負價的離子。如,氫氣在光照條件下可和氯氣反應,生成氯化氫氣體:
在此反應中,氫氣作為還原劑,將氯還原為負一價。
氫氣與氟氣混合,即使在陰暗的條件下,也會立刻爆炸,生成氟化氫氣體: [5] 
與金屬氧化物反應
氫氣具有還原性,能將金屬氧化物還原為金屬單質。如,氫氣能迅速地還原氯化鈀的水溶液:
該反應可用作氫的靈敏檢驗反應。 [9] 
在加熱條件下氫氣能與將氧化銅還原為橙色的金屬銅併產生水。
與二氧化碳反應
二氧化碳與氫在催化劑作用下能生成甲醇:
二氧化碳氫氣在高温高壓下常生成甲烷和水:
與氮氣反應
氮氣與在催化劑存在下與氫氣高温高壓生成氨氣,工業常常採用這種方法制備氨氣。 [5] 
與烯烴反應
在反應過程中要打開烯烴的一個π鍵及一個H-H鍵,生成兩個C-H鍵。反應是放熱的,但即使是一個放熱反應,在無催化劑時,反應也很難進行,這説明反應的活化能很高。在催化作用下烯烴與氫可順利加成。如丙烯與氫氣在催化劑的存在下生成丙烷
顯然,催化劑的作用是降低了反應的活化能,簡單地説,催化劑將氫與烯烴都吸附在其表面,從而促進反應的進行。
與炔烴反應
一般炔烴在用鉑、鈀等催化氫化時,通常得到烷烴。如乙炔在鉑的存在下與氫氣反應乙烷
但在特殊催化劑如Lindlar催化劑(用醋酸鉛喹啉處理過的金屬鈀)作用下,炔烴與氫氣反應可以製得烯烴。如乙炔與氫氣在催化下生成乙烯:
與苯反應
在鎳的存在下與氫氣加熱,能與氫發生加成反應,生成環己烷
苯與氫氣反應 苯與氫氣反應
還原羰基化合物
羰基化合物能被氫氣還原。如,經催化氫化可分別還原為伯醇仲醇
油脂的氫化
含不飽和脂肪酸的油脂,在催化劑作用下可以加氫,加氫的結果是液態的油轉化為半固態的脂肪,因此油脂的氫化也叫“油脂的硬化”。 [17] 
油酸甘油酯的氫化反應 油酸甘油酯的氫化反應
Rosenmund還原反應
Rosenmund還原反應就是酰氯在部分失活的鈀催化劑(Pd/BaSO4)作用下與氫氣進行還原得到醛。如,乙酰氯與氫氣在催化下生成乙醛與氯化氫。 [24] 
與硫縮酮反應
氫氣在雷尼鎳的催化下能將硫縮酮脱硫生成烴類。 [21] 
氫氣在雷尼鎳存在下與硫縮酮反應 氫氣在雷尼鎳存在下與硫縮酮反應
還原酰胺
氫氣在催化劑存在下能將酰胺還原成,如乙酰胺在催化下與氫氣反應生成乙胺 [22] 
還原硝基
硝基可以被氫氣還原為氨基,如硝基苯在鈀碳催化劑下能被氫氣還原為氨基苯: [23] 

氫氣氧化性

與活潑金屬反應
氫氣對活潑的金屬常顯示氧化性,因為氫氣是由氫原子共價形成的雙原子分子,而每個氫原子可以分別獲得一個電子形成負氫離子。如氫氣與金屬鋰在加熱條件下生成氫化鋰
在此反應中氫氣作為氧化劑,氫氣從鋰原子中獲得一個電子而被還原為負離子。 [5] 

氫氣應用領域

氫氣工業用途

1、氫氣是一種良好的化工原料,耗用氫氣量最大的是合成氨,世界上約百分之六十的氫氣用於合成氨,中國的比例更高。其次是經合成氣(H2/CO2)制甲醇。氫與氯可合成氯化氫而製得鹽酸。 [13]  除能制氨和合成鹽酸外,氫氣還能還原有機物的硝基為氨基,如硝基苯氫化還原可制苯胺。用酮或醛和氫氣還原烷化能制各種有機產品,例N-烷基-N苯基對苯二胺、防老劑4010防老劑4020等。
2、由於氫氣具有良好的還原性,且無污染,因此氫可代替碳作還原劑用於金屬冶煉;此外,氫氣還可用於光導纖維生產,金屬的切割焊接,氫燃料電池汽車,分佈式發電等。
3、在一般情況下,氫極易與氧結合。這種特性使其成為天然的還原劑使用於防止出現氧化的生產中。在玻璃製造的高温加工過程及電子微芯片的製造中,在氮氣保護氣中加入氫以去除殘餘的氧。在石化工業中,需加氫通過去硫和氫化裂解來提煉原油。氫的另一個重要的用途是對人造黃油、食用油、洗髮精、潤滑劑、家庭清潔劑及其它產品中的脂肪氫化。
4、氫氣還可用作工業燃料,氫氣作燃料用的優點之一就是分子量最低,而氫和氧的燃燒熱值高,可達28670千卡/千克,比液氧和煤油的熱值(10000千卡/千克左右)高得多,液氫是優良的火箭發動燃料,也可用於航天飛機的推進劑。據報導,中國從六十年代以來,已能生產液氫用於國防工業,先後建造了150、200、1500L/h的液氫生產設備,日總生產能力達數噸。除此以外,還擁有容積為60m³、70m³的液氫槽車和多種規格的液氫公路槽車,以及貯運中的相關技術裝備。中國1984年4月8日發射的第一顆試驗通信衞星,使用的就是液氫和液氧推進劑。 [12] 
氫能源在工業中的優缺點
氫氣無毒,不像有些燃料,如甲醇、一氧化碳毒性很大。並且氫氣在開放的大氣中,很容易快速逃逸,而不像汽油蒸汽揮發後滯留在空氣中不易疏散(這使得事故發生時它的影響範圍要小得多)。氫氣燃燒不冒煙,只生成水,不會污染環境。
但氫能源的利用也有其不利因素。氫是易燃氣體、着火點能量很小,在空氣中氫的最小着火能量僅為0.019mJ,在氧氣中的最小着火能量更小,僅為0.007mJ。氫的另一個危險性是它和空氣混合後的燃燒濃度極限的範圍很寬,按體積比計算其範圍為4%一75%,因此不能因為氫的擴散能力很大而對氫的爆炸危險放鬆警惕。 [19] 

氫氣醫療用途

已有研究發現,氫氣對於抗氧化、抗衰老、增強免疫力、對於人體自身修復、改善過敏體質、促進新陳代謝都有良好的功效。 [14] 
但是,將氫分子融入飲用水中,其有效性和安全性並沒有數據支持。而且人體本身就可以由腸內細菌產生氫分子,其產生量隨食物纖維等的攝取量而變高。 [16] 
因此,飲用富氫水是否能真正起作用還沒有定論。

氫氣安全措施

氫氣環境危害

氫氣極易燃,和氟氣、氯氣、氧氣、一氧化碳以及空氣混合均有爆炸的危險,其中,氫氣與氟氣的混合物在低温和黑暗環境就能發生自發性爆炸,與氯氣的混合體積比為1:1時,在光照下也可爆炸。氫氣由於無色無味,燃燒時火焰是透明的,因此其存在不易被感官發現,在許多情況下向氫氣中加入有臭味的乙硫醇,以便使嗅覺察覺,並可同時賦予火焰以顏色。氣體比空氣輕,在室內使用和儲存時,漏氣上升滯留屋頂不易排出,遇火源即會引起爆炸。 [10] 

氫氣健康危害

不同接觸對人體危害
[11]  接觸類型
危害
預防
急救
吸入
氫氣無毒,但吸入過量氫氣會導致頭暈、頭痛、昏睡、窒息
保持室內通風
呼吸新鮮空氣,休息
皮膚接觸
接觸液化氫氣會導致皮膚凍傷
戴手套,穿防護服
凍傷時用大量水沖洗,不要脱去衣服,立即給予醫療護理
眼睛接觸
接觸液化氫氣會導致眼睛凍傷,視線模糊
戴防護眼罩或佩戴面具
凍傷時,用大量水沖洗。立即給予醫療護理。

氫氣危害防治

密閉操作,加強通風。操作人員必須經過專門培訓,嚴格遵守操作規程。建議操作人員穿防靜電工作服。遠離火種、熱源,工作場所嚴禁吸煙。使用防爆型的通風系統和設備。防止氣體泄漏到工作場所空氣中。避免與氧化劑、鹵素接觸。在傳送過程中,鋼瓶和容器必須接地和跨接,防止產生靜電。搬運時輕裝輕卸,防止鋼瓶及附件破損。配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。
應急處理:迅速撤離泄漏污染區人員至上風處,並進行隔離,嚴格限制出入。切斷火源。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器,穿防靜電工作服。儘可能切斷泄漏源。合理通風,加速擴散。如有可能,將漏出氣用排風機送至空曠地方或裝設適當噴頭燒掉。漏氣容器要妥善處理,修復、檢驗後再用。
滅火方法:切斷氣源。若不能切斷氣源,則不允許熄滅泄漏處的火焰。噴水冷卻容器,可能的話將容器從火場移至空曠處。滅火劑:霧狀水、泡沫、二氧化碳、乾粉。 [10] 

氫氣儲存運輸

氫氣儲存方法

氣氫儲存
氫氣因為是易燃壓縮氣體,故應儲存於陰涼、通風的倉間內。倉內温度不宜超過30℃。遠離火種、熱源。防止陽光直射。應與氧氣、壓縮空氣、鹵素(氟氣、氯氣、溴)、氧化劑等分開存放。儲存間內的照明、通風等設施應採用防爆型,開關設在倉外,配備相應品種和數量的消防器材。禁止使用易產生火花的機械設備工具。驗收時要注意品名,注意驗瓶日期,先進倉的先發用。搬運時輕裝輕卸,防止鋼瓶及附件破損。 [10] 
氣態高壓儲氫是最普通和最直接的儲存方式。目前中國使用水容積為40升的鋼瓶在15MPa高壓儲存氫氣。這樣的鋼瓶只能儲存6m³標準氫氣,還不到高壓鋼瓶重量的1%。很明顯它的缺點是儲氫量小,運輸成本過高。
液氫儲存
通過氫氣絕熱膨脹而生成的液氫也可以作為氫的儲存方式。液氫沸點僅20.38K,氣化潛熱小,僅0.91kJ·mol/L,因此液氫的温度與外界的温度存在巨大的温差,稍有熱量從外界滲人容器,即可快速沸騰而導致損失。液氫的理論體積密度也只有70kg/m³,考慮到容器和附件的體積,液氫系統的儲氫密度還不到40kg/m³。
液氫方式儲運的優點是質量儲氫密度高,但同樣存在成本問題和液氫蒸發損失的問題 [19] 

氫氣運輸方法

氣氫輸送
氫氣的密度特別小,為了提高輸送能力,一般將氫氣加壓,使體積大大縮小,然後裝在高壓容器中、用船舶或牽引忙車進行較長距離的輸送。在技術上,這種運輸方法已經相當成熟。
液氫輸送
當液氫生產廠離用户距離較遠對,可以把液氫裝在專用低温絕熱槽罐內。放在機車、卡車、船舶或者飛機上運輸,這是一種既能滿足較大輸氫量,又是比較經濟、快速的運氫療式。
固氫運輸
用金屬儲氫材料儲存與輸送氧比較簡單,即用儲氫合金儲存氫氣,然後運輸裝有儲氫合金的容器。固氫輸送有如下優點:體積儲氫密度高;容器工作條件温和,不需要隔熱容器和高壓容器系統安全性好,避免爆炸危險。但最大的缺點是運輸效率太低(小到1%)。 [19] 

氫氣檢測方法

氫氣的檢驗 氫氣的檢驗
1.氫含量的測定
氫氣的體積百分含量(c)用差減法計算求得,按式(1)計算:
(1)
c1--氧氣的體積含量,ppm;
式中:
c3--一氧化碳的體積含量,ppm;
c2--氮氣的體積含量;ppm;
c5--甲烷的體積含量,ppm。
c4--二氧化碳的體積含量,ppm;
採用變温濃縮色譜技術,以熱導檢測器檢測。首先使被測組分在液氮温度下的濃縮柱上定量吸附,然後升温定量脱附,再經色譜柱分離後檢測。被測組分進入熱導檢測器引起橋路阻值的變化與氧、氮含量成比例,由此可定氧、氮含量。
2.氧和氮含量的測定
氣相色譜儀與熱解吸儀連接示意圖 氣相色譜儀與熱解吸儀連接示意圖
氣相色譜儀及配套的濃縮進樣裝置,要求儀器對氧、氮的最低檢測濃度分別不高於4ppm、8ppm。色譜儀的安裝和調試及濃縮操作按規定要求進行。 [20] 

氫氣儀器

便攜式氫氣泄漏檢測儀可連續檢測作業環境中氫氣濃度。氫氣泄漏檢測儀為自然擴散方式檢測氣體濃度,採用電化學傳感器,具有較好的靈敏度和出色的重複性;氫氣檢測儀採用嵌入式微控制技術,菜單操作簡單,功能齊全,可靠性高,整機性能優良。檢測儀外殼採用高強度工程材料、複合彈性橡膠材料精製而成,強度高、手感好。
2、泵吸式氫氣檢測儀
泵吸式氫氣檢測儀採用內置吸氣泵,可快速檢測工作環境中氫氣濃度。泵吸式氫氣檢測儀採用電化學傳感器,具有非常清晰的大液晶顯示屏,閃光報警提示,保證在非常不利的工作環境下也可以檢測危險氣體並及時提示操作人員預防。
3、在線式氫氣檢測報警器
在線式氫氣檢測報警器由氣體檢測報警控制器和固定式氫氣檢測器組成,氣體檢測報警控制器可放置於值班室內,對各監測點進行監測控制,氫氣檢測器安裝於氣體最易泄露的地點,其核心部件為氣體傳感器。氫氣檢測器將傳感器檢測到的氫氣濃度轉換成電信號,通過線纜傳輸到氣體檢測報警控制器,氣體濃度越高,電信號越強,當氣體濃度達到或超過報警控制器設置的報警點時,氣體檢測報警控制器發出報警信號,並可啓動電磁閥、排氣扇等外聯設備,自動排除隱患。在線式氫氣檢測報警器廣泛應用於石油、化工、冶金、電力、煤礦、水廠等環境,有效防止爆炸事故的發生。

氫氣測定條件

載氣純度
不低於99.999%的高純氫,應符合《純氫、高純氫和超純氫》(GB/T 7445-1995)要求
橋路電流
150~200mA
濃縮時樣品流速
1.0~1.5mL/min
載氣流速
40~60mL/min
濃縮柱
長750px,內徑4mm,內裝活化後的40~60目5分子篩,吸附温度為-196℃(液氮浴),脱附温度為室温(水浴)
色譜柱
長2500px,內徑3mm,內裝活化後的40~60目5分子篩,柱温為室温

氫氣測定步驟

1.色譜儀啓動 [20] 
2.測定
按氣相色譜儀使用説明書啓動儀器。開啓載氣,充分置換色譜系統,純化載氣,調整流速至規定值,接通熱導池電源,調整儀器各部位達測定條件,待儀器工作穩定。
置換:將樣品氣鋼瓶經採樣閥及管道與儀器相連,然後3次升降壓並用約20倍以上管道體積的樣品氣充分置換進入濃縮柱前的連接管和閥體,使所取樣品具有代表性。
空白:關閉濃縮柱,套上液氮浴5min後,取下液氨浴,在室温下浴下令載氣通過濃縮柱,以記錄儀上無色譜峯出現為正常:再令載氣通過濃縮,在小心嚴防空氣倒吸的情況下,濃縮載氣5min,測定色譜系統空白值符合要求為正常。
樣品氣的濃縮體積數積數由被測組分含量和儀器靈敏度決定。
濃縮:令樣品氣以1.0~1.5L/min流速通過濃縮柱,置換2~3min後關閉濃縮柱出口,然後將濃縮柱緩慢套上液氮浴,待墊氣結束後打開濃縮柱出口,樣品氣流經濕式流量計後放空。
測量:記錄各被測組分的色譜流出曲線,分別測量各組分峯面積A1。
進樣:濃縮完畢,關閉濃縮柱入口,取下液氨浴後在室温下浴下放掉解吸的氫,關閉濃縮柱出口,迅速轉動六通閥。令載氣通過濃縮柱將被測組分帶入色譜柱,在濕式流量計上讀到樣品體積數。
用指數稀釋法配製的標準氣定標。定標方法見GB4815-84《氦氣檢驗方法》附錄C。
定標
標準氣是以99.999%的氫為底氣,用空氣經稀釋配製而成的,定標時各組分的已知濃度應與樣品氣濃縮後各相尖組分濃度相近。
將標準氣直接進樣測定出標準氣中氧和氮的色譜峯面積A2。
純氫中氮的測定,無需進行濃縮操作,其他步驟同上。採用1~5mL定體積量管接進樣即可計算方法式(2)中的V1和V2分別代表樣品氣和標準氣的進樣體積,氧的測定按GB 6285-86《氣體中微量氧的測定電化學法》進行 [20] 

氫氣純氫測定

以兩次平行測定的算術平均值為測定結果,平行測定的相對偏差:超純氫、高純氫、純氫分別不大於50%、20%、10%。
結果處理
氫中被測組分的含量按式(2)計算:
(2)
式中:c1--樣品氣中被測組分的含量,ppm;
A1--樣品氣中被測組分的峯面積,mm2
c2--標準氣中被測組分的含量,ppm;
V1--樣品氣濃縮體積,mL;
A2--標準氣中被測組分的峯面積,mm2 [20] 
參考資料
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