Nafion管干燥器（Nafion Dryer）是Perma Pure公司开发的一种除湿干燥装置，其结构如图2.14所示。在一个不锈钢、聚丙烯或橡胶外壳中装有多根Nafion管，样品气从管内流过，净化气从管外流过，样品气中的水分子选择性地穿过Nafion管半透膜被净化气带走，从而达到除湿目的；而待测气体，如NOx、SOx、CO、CO2、O2、HCl、HF、H2S等无机气体和多数有机气体，都可以保留在Nafion管中。
图2.14 Nafion管干燥器示意图
（1）Nafion管干燥器的工作原理
Nafion管的干燥原理完全不同于多微孔材料的渗透管，渗透管基于气体分子的大小来迁移气体，而Nafion管本身并没有孔，它是以水合作用的吸收为基础来进行工作的。水合作用是一种与水的特殊的化学反应，它不吸收或传送其他化合物。
具体地说，Nafion管中气体分子的迁移是以其对硫酸的化学亲和力为基础的。Nafion管是以Teflon为基体，在Teflon矩阵域内嵌入了大量的离子基——磺酸基制成的。磺酸基（—SO3H）是硫酸（HO—SO2—OH）分子中除去一个羟基（—OH）后残余的原子团（—SO2—OH）。磺酸基很容易与烃基或卤素原子连接，Teflon中引如磺酸基后，会增强其酸性和水溶性。由于磺酸基具有很高的亲水性，水分子一旦被吸收进入Nafion管壁，它就会从一个磺酸基向另一个磺酸基渗透，直到最终到达管的外壁，即水分子会全部穿过Nafion管到达管壁外的净化气中。
这里的驱动力是水蒸气的分压，而不是样品的总压。事实上，即使Nafion管内的压力低于管外的压力，Nafion管照样能对气体进行干燥。关键在于是Nafion管内部的湿度大，还是外部的湿度大。如果Nafion管内气体所含的水分比管外气体所含的水分多（即具有更高的水汽分压），则水汽将会向外移动；反之，水汽则会向里移动（即充当加湿器，而不是干燥器）。
除了水分之外，任何与硫酸具有极强结合力的气体分子都会穿过Nafion管。碱和酸具有极强的结合力，但大多数碱在常温下都是固体，碱性气体主要是一部分含有氢氧基（—OH）或水（H—OH）的有机碱醇（一般形式为R—OH）及NH3（当NH3中有水时就会形成氢氧化铵，即NH3+H2O=NH4OH），它们能够穿过Nafion管。环境监测和过程分析中需要测量的大多数的气体，都无法穿过Nafion管，或者穿过速度相当慢。因此，当所损失的组分含量可以忽略不计时，可以用Nafion管干燥器来去除这些样气中的水分。
（2）Nafion管干燥器的特点和优点
①除湿能力强：常温常压下，样气经Nafion管干燥后可达到的最大露点温度是-45℃，相当于含水量为100μL/L，其除湿效果取决于反吹气的干燥程度（或露点）。对于Nafion管来说，这是一个极限露点，即使用含水量为2μL/L、露点为-71℃的N2作为净气，样品的露点也不会变得更低。(www.xing528.com)
②除湿速度快：水合作用的吸收是一个一级化学反应，这个过程会在瞬间完成。所以，Nafion管干燥气体的速度非常快。
③样气经干燥后其组成和含量基本不变：气态水分子可以随意通过Nafion管，而其他分子基本上都不能通过。因此，可以确保目标监测气体的含量不变。
④Nafion管和聚四氟乙烯一样，具有极强的耐腐蚀性能，即使是氢氟酸、硫酸或别的凝结酸，Nafion管都可以承受。
⑤耐温、耐压能力较好：Nafion管可以承受的最高温度为190℃，最高压力为1 MPaG。
⑥Nafion管干燥器无可移动部件，一般无须维护。
由于Nafion管干燥器没有机械可动部件，所以比制冷器有许多优点。在实验室用湿热发生系统产生已知含H2O 15%和30%及SO2浓度分别为20μmol/mol、50μmol/mol和100μmol/mol的气体，分别通过电热冷却器干燥系统和Nafion管干燥器后用UV和FTIR分光计检测，结果见表2.1。结果表明，通过电热冷却器干燥系统除湿后相对于通过Nafion管干燥器除湿后SO2的损失较大。考虑到Nafion管干燥器因管径小而易发生颗粒物堵塞或盐结晶的问题，必须采用去除颗粒物、去除氨气等可行性的工程手段，避免以上问题在Nafion管干燥器内发生。
表2.1 两种干燥除湿技术对SO2溶解损失影响的比较
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