通过Nafion的甲醛渗透

博纯不具备应用于各种采样气体的分析仪和校准标准,而这些采样问题也许会提交到我们的干燥器这里,所以我们经常依赖于客户和专家的研究,提供最新应用信息。
对许多化学品,我们必须依靠操作原理和化合物的化学性,以确定其在干燥器内的表现。默克指数表明,甲醛是非常易溶于水,且是非常活性的。考虑到这些信息,我们给出以下的意见。

1.Nafion膜是一种超强酸催化剂。当暴露于Nafion材料时,我们期望醛是很容易受到酸催化而进行烯醇化,形成二烯醇。在这种情况下,反应将是: 

HCHO + H2O –> HO-CH-OH

由于含较高含量的醛我们预料这种反应会出现,但对于甲醛我们先前曾提到过,不会出现类似的反应因为有附在中央碳上的是氢而不是碳氢链,这意味着,几乎不可能共享电荷,因此初始的酸催化烯醇化反应(破坏碳氧双键)不会出现。

这种情况为这个酸催化的烯醇化创造了一个机会,很可能会升高温度,提高水的浓度和采样中有可能存在的的化合物。

为此,采样中的水浓度可能会因为参与酸水解而影响甲醛的丢失。 

2.    我们有大量数据显示,某些高度可溶于水的气体(主要是氯化氢,氯气,硝酸)当干燥吹扫气体流量相对采样很低时会丢失,但是如果是高流量的吹扫气体,就不会出现丢失。在与杜邦公司的沟通中,我们总结出(没有证明,但是有大量的经验)以下几条。

a.   我们从杜邦公司了解到通过Nafion膜(也就是我们的管壁)的水渗透会通过三步形成:

1.    首先水结合到Nafion管上的一个活性点(暴露的磺酸基)
2.    第二步是水通过Nafion膜上由磺酸基形成的离子通道快速转移
3.    第三步是水以固定的状态直接渗透水汽至周围气体中

b.    我们了解到限速步骤可以改变,这取决于系统温度、管壁的厚度以及管另一侧的水浓度。

c.     我们和杜邦公司推测,在水分子最初结合到暴露的磺酸基点后,高度可溶于水的气体可能会绑定到水分子的同时仍暴露在管材表面。 
d.    我们继续推测一旦绑定到水分子,这些高度水溶性气体也许仍绑定到水分子,然后和水一起通过Nafion渗透,随后从外部表面释放。
e.    我们推测如果吹扫气体的流量大大增加来驱动这个反应达到最初绑定水的流速限制点,然后一旦结合到水就迅速渗透入Nafion,避免水溶性气体绑定水。
f.     从大量的测试数据我们了解到,当吹扫气流:采样气流为5:1或更少时,氯化氢的丢失是常见的,但是当两者之比增加至10:1或更多时,丢失就消失了。我们相信上述过程解释了这些结果。
如果甲醛表现为相似的情况,那么,吹扫气体流量比采样气体流量会影响它的丢失。同样地,如甲醛能进行酸催化的有限度取决于(温度,水分含量等)确切情况,那么在采样中水分含量因为参与甲醛化学转化为一些其他化合物或作为Nafion表面的绑定点而可能影响它的丢失。