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在環境治理研究中,會有需要氣體以流動形式參與反應,主要包括光熱催化CO2加氫反應、光熱催化甲烷重整反應和光催化氣體污染物降解反應等。
在流動相反應過程中,由于反應氣體始終處于流動狀態,因此,實驗反應過程中需要精準調節氣體流量穩定參與反應。
目前,泊菲萊科技在售產品中,涉及氣體參與的流動相反應裝置的主要產品有以下三種:
1. PLR-PTSR Ⅱ光熱催化反應儀,主要適用于流動相氣固光熱催化反應,如光熱催化CO2加氫、光熱催化甲烷重整和光熱催化CO2還原反應;
2. PLR-GSPR常壓氣固相光催化反應系統,主要適用于流動相氣體污染降解反應,如光催化NOx的降解、光催化VOCs的降解反應;
3. PLD-DGCS05多組分動態配氣儀,主要適用于多種氣體的混合和氣體流量的精準控制。

圖1. 流動相光催化反應裝置
PLR-PTSR Ⅱ光熱催化反應儀、PLR-GSPR常壓氣固相光催化反應系統和PLD-DGCS05多組分動態配氣儀的流量控制單元均采用質量流量控制器。
質量流量控制器(Mass Flow Controller,MFC)是一種能夠精確測量并控制氣體流量的裝置,不僅具有質量流量計的測量流量功能,更重要的是,可以根據需要通過流量設定來自動控制氣體流量,測量值不需要溫度壓力補償。
質量流量控制器的流量單位一般以sccm(Standard Cubic Centimeter Per Minute)和slm(Standard Liter per Minute)來表示,即每分鐘標準毫升或每分鐘標準升。
在不同的使用條件下,指示的流量均為0℃、101.325 kPa下的流量。
質量流量控制器出廠前會進行標定,一般以N2作為標定氣體。然而,在實驗過程中,原料氣體可能是其他氣體,此時,設定流量與真實流量之間會存在偏差,影響實驗結果。
例如實驗原料氣體為CO2,質量流量控制器標定氣體為N2,實驗所需流量為100 sccm,若此時設定流量仍舊選擇100 sccm,其真實CO2流量則為73.7 sccm,小于實驗所需流量。
可通過公式(1)進行設定流量與真實流量的轉換:

常見氣體校正系數見表1

實驗前,務必查看質量流量計的標定氣體類型,查閱表1,將實驗所用流量代入公式(1),計算出設定流量。
在實驗過程中,原料氣體為純氣則可使用公式(1)計算,如原料氣體為混合氣體,則需先借助公式(2)計算出混合氣體的校正系數,再代入公式(1)進行計算。

其中C1、C2、C3指混合氣體中氣體體積百分含量。
例如:混合氣體為20% H2和80% CO2,質量流量控制器標定氣體為Ar,實驗所需流量200 sccm,實驗設定流量計算如下:

設定流量為361.2 sccm。
注:串聯催化反應講解部分是筆者根據參考文獻進行翻譯和匯總,筆者水平有限,如有錯誤,請大家指正!