冷阱除水与Nafion交换膜除水

随着国家对大气环境质量管控力度的加大，挥发性有机物监测与管控的加强，对环保设施稳定运行的要求越来越高。大量的工程应用以及实验室反复测试表明，在超低排放改造后，如果不能在烟气进入氮氧化物、二氧化硫的测量仪表前，除去烟气中的水分，将严重影响烟气系统测量的准确性、真实性和稳定性。同时，近些年对温室气体的连续监测，样气里的水汽成分对温室气体监测造成不同程度的干扰，因此需要进行降低水汽含量的样气自动除水前处理操作。

常见除水方式有两种：半渗透膜吸附、冷阱吸附后升温解吸。

Nafion交换膜是对水气具有高度选择性的半渗透膜。Nafion交换膜除湿的驱动力是管内外的水汽压力梯度（即湿度差），而非压力差或温度差。即使Nafion管内压力低于其周围的压力，Nafion交换膜照样能对样气进行干燥。只要管内外湿度差存在，水蒸气的迁移就始终进行，因此需要干燥、洁净、连续的反吹气在Nafion交换膜的外侧进行反吹，Nafion交换膜壁吸收的水份，蒸发到干燥的反吹气中被带走。

由于Nafion交换膜没有机械运动部件，气态除湿且无冷凝水析出，所以比常见的冷凝器有许多优点。与传统的样气除湿处理部件相比，在连续的除湿过程中，Nafion交换膜是具有气态除湿并保持待测烟气组分不流失优点的独特技术。

Nafion交换膜在使用中的优点：反应快速（<0.1秒）、耐温、耐压、选择性好、过程简单、体积小巧，没有可拆分的零部件，一般无需维护以及无能耗等。

Nafion交换膜在使用中的局限性：一是必须使用露点很低的洁净仪表空气或氮气；二是不能有大量颗粒污染物或油类聚集。通常建议Nafion管前的过滤精度<1μm，颗粒物聚集在 Nafion管表面，影响除湿效果；三是不能有液态水，否则 Nafion发生的自催化反应会导致 Nafion管变冷，从而失去干燥功能。为确保 Nafion交换膜平稳、高效除湿，样气和反吹气体必须除油、除尘，并提高 Nafion管的运行温度，保证其高于烟气露点温度，确保无液态水析出。

低温冷阱cold trap，常用作气体冷阱浓缩仪，应用于大气样品前处理，样品在低温状态下被吸附在捕集管内，捕集结束后，迅速升温，将捕集管内吸附物质脱附后送入色谱仪进行分析。这是冷阱低温浓缩技术的一个应用分支。

低温冷阱的另一个重要应用，是作为气体除水装置。 选择不同温度的冷阱，可以实现不同技术要求的除水能力。在样气前处理过程中，冷阱除水，可以达到极低的水气含量。在气体露点温度达到-50℃以下的除水应用里，水汽含量明显优于Nafion交换膜的指标。

长流仪器低温冷阱，冷阱温度可达-50℃、-65℃、-80℃、-100℃、-120℃，或更低温度，采用进口品牌制冷压缩机，冷阱性能稳定可靠，可在很宽的环境温度下长期连续运行。-50℃、-65℃、-80℃低温冷阱，是大气CO2连续监测的成熟可靠的除水方案。

以往技术中，对大气温室气体进行除水处理的方式，是将冷凝管置于-50℃酒精低温槽内，并向冷凝管内通入气体，气体经过低温冷凝管时，空气中的水凝结在冷凝管内，达到除水的目的。但是在冷凝管使用较长时间后，冷凝管内壁上会累积很多的冰，将影响冷凝管内气体的通过量；在冷凝管内壁结冰较多后，则冷凝管内气体流通困难甚至堵塞，此时需要人工更换冷凝管，导致人力成本增加。也由于更换冷凝管时会使得原来气路断开，造成检测的数据不连续，影响检测效果，并且会对气路造成污染，影响后续气体检测的准确性。

示例：长流仪器-50℃样气除水冷阱，型号：CT4-50

简介：在大气环境二氧化碳连续监测的设备里，水汽成分对CO2监测造成严重的干扰，因此需要对样气除水，以达到水汽含量低于500ppm、100ppm、10ppm以下。低温冷阱的主要作用就是除去样气里的水分。其中的低温部件，具备较大的低温表面积，利用低温表面冷凝吸附，除去样气里的水分，即可实现样气除水。

在低温冷阱里，增加气路阀门等部件后，就是一台气体自动除水系统，一种自动低温除水冷阱。比如布置2套气路，一套除水，另一套间歇性除冰，交替使用，就可以实现连续的样气前处理除水操作，满足大气环境CO2连续监测的要求。

大气环境CO2监测的水汽捕集冷阱，也称为大气CO2监测的除水冷阱。上图所示的低温除水冷阱，已批量应用于大气环境CO2监测的样气前处理。长流仪器低温冷阱主要技术参数如下表：

在大气环境VOCs监测领域，色谱仪的样品前处理中的冷聚焦和热解析应用中，最低温度为-135℃专用冷阱装置，得到了批量应用。在大气环境温室气体CO2连续监测里，最低温度-50℃、-65℃、-80℃的可控温型低温冷阱和低温冷板，在样气除水方面，很好满足了不同场景的应用需求。