介紹一下VICI氣體純化器的工作原理

更新時(shí)間：2025-11-04

點(diǎn)擊次數(shù)：305

鄭州云湛科技VICI 氣體純化器的核心工作原理是通過特定的純化介質(zhì)與氣體中的雜質(zhì)發(fā)生物理吸附或化學(xué)反應(yīng)，將雜質(zhì)截留或轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，從而得到高純度氣體。其設(shè)計(jì)會根據(jù)目標(biāo)去除的雜質(zhì)類型（如水分、氧氣、碳?xì)浠衔锏龋┖蜌怏w種類（如載氣、反應(yīng)氣），匹配針對性的純化技術(shù)，確保雜質(zhì)被精準(zhǔn)、高效去除（通常可將雜質(zhì)含量降至 ppb 級，即 10??級別以下）。以下是其主流純化技術(shù)的具體工作原理，按常見雜質(zhì)類型分類說明：

一、針對 “水分（H?O）" 的純化原理：物理吸附

氣體中的微量水分是最常見的雜質(zhì)之一，VICI 主要通過高選擇性吸附劑實(shí)現(xiàn)脫水，核心是 “物理吸附"（利用吸附劑表面的孔隙結(jié)構(gòu)與水分子的分子間作用力，將水分截留），常用吸附劑包括：

分子篩（Molecular Sieve）：如 3?、4? 型分子篩，其晶體結(jié)構(gòu)具有均勻的微孔（孔徑約 0.3-0.4nm），僅允許水分子（直徑約 0.28nm）進(jìn)入孔道，而其他氣體分子（如 N?、He、H?等，直徑通常＞0.3nm）無法進(jìn)入，從而實(shí)現(xiàn) “分子篩分" 式脫水。
優(yōu)勢：吸附容量大、脫水效率高，可將氣體含水量降至**＜1ppb**，且在常溫下即可穩(wěn)定工作，適合大多數(shù)載氣（如 GC 載氣 He、N?）的脫水。
無水氯化鈣 / 硫酸鎂：部分入門級型號會使用這類干燥劑，通過自身的強(qiáng)吸水性（化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不與目標(biāo)氣體反應(yīng)）吸附水分，但吸附容量和精度低于分子篩，更適合對水分要求稍低的場景。

工作過程：待純化氣體從入口進(jìn)入純化器后，首先流經(jīng)分子篩填充層，水分子被分子篩微孔吸附固定，脫水后的氣體則從出口流出；當(dāng)吸附劑達(dá)到飽和后，部分可再生型號可通過 “加熱吹掃"（如通入干燥惰性氣體并升溫至 200-300℃）將吸附的水分脫附，使吸附劑恢復(fù)活性，實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用。

二、針對 “氧氣（O?）" 的純化原理：化學(xué)吸附 / 催化反應(yīng)

氧氣會干擾痕量分析（如 GC-ECD 檢測）、破壞催化劑活性，VICI 主要通過化學(xué)吸附劑或催化反應(yīng)去除氧氣，核心是 “將氧氣轉(zhuǎn)化為固體化合物截留"，常用技術(shù)包括：

金屬基化學(xué)吸附（如銅基、鋯基吸附劑）：
以銅基吸附劑為例，其主要成分為 “活性銅（Cu?或 Cu?）"，在常溫或低溫（＜100℃）下，氧氣會與活性銅發(fā)生氧化反應(yīng)：2Cu + O? → 2CuO，生成的 CuO 為固體，會附著在吸附劑表面，從而將氧氣從氣體中去除。
鋯基吸附劑（如鋯鋁合金）則反應(yīng)活性更高，可在更寬的溫度范圍內(nèi)與 O?反應(yīng)生成 ZrO?，且吸附容量大，能將氧氣含量降至**＜0.1ppb**，適合對氧氣極敏感的場景（如半導(dǎo)體制造、超純氣體純化）。
催化還原反應(yīng)（針對含還原性氣體的場景）：
若待純化氣體本身含還原性成分（如 H?），VICI 會在純化器中設(shè)置 “催化劑層"（如鈀催化劑），在常溫下催化 O?與 H?發(fā)生反應(yīng)：2H? + O? → 2H?O，生成的水分再通過后續(xù)的分子篩脫水模塊去除，實(shí)現(xiàn) “氧氣 + 水分" 的同步純化。
優(yōu)勢：無需額外添加吸附劑，利用氣體自身成分完成除氧，適合 H?、NH?等還原性氣體的純化。
三、針對 “碳?xì)浠衔铮–?H?，如甲烷、乙烷）" 的純化原理：催化氧化

碳?xì)浠衔飼蓴_ GC/GC-MS 的基線（導(dǎo)致雜峰），VICI 主要通過催化氧化技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為無害的 CO?和 H?O，再通過后續(xù)模塊去除產(chǎn)物，具體過程：

催化氧化反應(yīng)：純化器內(nèi)填充 “貴金屬催化劑"（如鉑 Pt、鈀 Pd），在一定溫度（通常 150-300℃，需加熱模塊輔助）下，催化劑會激活碳?xì)浠衔锱c氧氣的反應(yīng)：
C?H? + (n + m/4)O? → nCO? + (m/2)H?O
（注：若氣體中氧氣含量不足，部分型號會內(nèi)置 “微量氧氣補(bǔ)充裝置"，確保反應(yīng)）。
產(chǎn)物去除：反應(yīng)生成的 CO?和 H?O，會流經(jīng)后續(xù)的 “堿性吸附劑（如 NaOH、CaO）" 和 “分子篩"：

堿性吸附劑通過化學(xué)反應(yīng)（CO? + 2NaOH → Na?CO? + H?O）截留 CO?；
分子篩則吸附生成的 H?O，最終得到無碳?xì)浠衔锏募儦怏w。
該技術(shù)可將碳?xì)浠衔锖拷抵?*＜0.1ppb**， GC-MS 痕量分析的需求。
四、針對 “酸性氣體（如 CO?、HCl、SO?）" 的純化原理：化學(xué)吸附

酸性氣體會腐蝕氣路、污染樣品，VICI 主要通過堿性吸附劑的化學(xué)吸附作用去除，核心是 “酸堿中和反應(yīng)"：

常用吸附劑：氫氧化鈉（NaOH）、氫氧化鈣（Ca (OH)?）、活性氧化鋁（Al?O?，兼具吸附與中和作用）；
反應(yīng)示例：

去除 CO?：CO? + 2NaOH → Na?CO? + H?O（生成的 H?O 由后續(xù)分子篩去除）；
去除 HCl：HCl + NaOH → NaCl + H?O（生成的 NaCl 為固體，留在吸附劑中）；

優(yōu)勢：反應(yīng)迅速、選擇性高，可將酸性氣體雜質(zhì)降至**＜1ppb**，適合生物樣品分析、材料合成等酸堿敏感場景。

實(shí)際應(yīng)用中，VICI 氣體純化器通常采用 “多純化模塊串聯(lián)" 設(shè)計(jì)，針對復(fù)雜雜質(zhì)組合實(shí)現(xiàn) “一站式純化"，典型流程如下：

預(yù)處理（可選）：若氣體中含大量粉塵或液態(tài)雜質(zhì)，先經(jīng)過 “過濾模塊"（如 0.22μm 濾芯）去除，避免堵塞后續(xù)純化介質(zhì)；
定向除雜：根據(jù)目標(biāo)雜質(zhì)順序，依次流經(jīng)對應(yīng)純化模塊（如：先除水→再除氧→最后除碳?xì)浠衔?/ 酸性氣體）；
穩(wěn)壓輸出：純化后的高純度氣體流經(jīng) “壓力穩(wěn)定模塊"（如穩(wěn)壓閥），確保出口氣體壓力穩(wěn)定（避免壓力波動影響下游設(shè)備，如 GC 檢測器）；
狀態(tài)監(jiān)測（型號）：部分型號內(nèi)置 “雜質(zhì)傳感器"（如水分傳感器、氧氣傳感器）和顯示屏，實(shí)時(shí)監(jiān)測出口氣體純度，當(dāng)純化介質(zhì)接近飽和時(shí)發(fā)出 “更換 / 再生提示"

VICI 氣體純化器的原理設(shè)計(jì)始終圍繞 “場景適配"：

針對不同氣體（如 He、N?、H?、Ar），選擇不與其反應(yīng)的純化介質(zhì)（如純化 H?時(shí)不使用氧化型吸附劑，避免 H?被消耗）；
針對不同雜質(zhì)組合，靈活調(diào)整模塊順序（如分析用載氣常采用 “除水→除氧→除碳?xì)? 的順序，而工業(yè)保護(hù)氣可能優(yōu)先除氧→除水）；
部分型號支持 “再生功能"（通過加熱、吹掃等方式恢復(fù)吸附劑活性），降低使用成本，同時(shí)保證長期純化穩(wěn)定性。