手套箱再生是指对手套箱净化柱内的气体净化材料进行吸附功能恢复的处理过程,以使其重新获得吸附和去除水分和氧气等杂质的能力。这一过程通常涉及加热或通入特定气体(如氢气)来解除净化材料上的吸附物,从而延长其使用寿命并保持手套箱内部环境的高纯度和稳定性,对于维持科研实验和敏感材料生产的高标准至关重要。再生操作需要严格按照设备制造商的指导进行,以确保安全和效果。
净化柱内一般使用分子筛和铜触媒作为吸附材料,那么这些吸附材料的工作原理和再生原理你知道吗?
分子筛的吸附和再生原理:
分子筛是一种具有均匀微孔结构的材料,其内部的微孔可以选择性地吸附分子大小和形状合适的物质,且具有极强的吸湿性,手套箱净化柱内通常使用分子筛吸附水分;其工作原理是通过物理吸附去除水分,即分子间的范德华力。当温度较低时,分子筛的水饱和量较高,可以大量吸水,当手套箱内的气体通过分子筛时,水分被吸附在分子筛的孔隙中,从而达到去除气体中水分的目的;
分子筛吸附饱和后,开启手套箱再生,再生的目的是去除已经吸附在分子筛上的杂质,恢复其吸附性能;再生时温度会升高,被吸附的分子获得足够的能量,克服范德华力的束缚而从分子筛的微孔表面脱附,分子筛的水饱和量降低,吸附的水分会蒸发出去,一般来说,加热温度需要达到一定程度,通常在 150 - 300℃左右,具体温度取决于分子筛的类型。在这个温度范围内,水分等杂质会以水蒸气的形式从分子筛中逸出,随着杂质的脱附,分子筛的微孔又重新变得可供新的杂质分子吸附,从而恢复了其吸附性能。而逸出的水蒸气通过抽真空被排出。
铜触媒的吸附和再生原理:
手套箱净化柱中的铜触媒除氧的工作原理是通过铜触媒催化氧气与某些物质之间的反应,从而吸收和消除氧气。当手套箱内的气体通过净化柱时,铜触媒表面的纳米粒子会吸附氧分子。这些纳米粒子具有高度活性的位点,能够与氧分子发生相互作用。
随着时间的推移,铜触媒的活性可能会因为表面被杂质覆盖(如反应生成的少量氧化物等)或者活性中心被占据而降低。此时就需要进行再生处理,再生时会进行加热和氢气的引入,氢气与铜触媒表面的氧化物发生反应,将氧化铜还原为金属铜,通过这种还原反应,消除了铜触媒表面的氧化物,使活性中心重新暴露出来,恢复铜触媒的催化性能,继续吸附手套箱内的氧气。
分子筛和铜触媒的这种吸附能力和可再生性,不仅让手套箱内的气氛环境保持了纯净与稳定,还降低了手套箱的使用成本,替代了一次性的吸附材料,实现了资源的有效利用和环境的友好保护。
