一种气态亚硝酸发生装置及其工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于化工材料制备技术领域，涉及一种含氮痕量气体的制备装置，具体涉 及一种气态亚硝酸发生装置及其工艺。
【背景技术】
[0002] 气态亚硝酸（HONO)是一种重要的痕量气态污染物，因作为OH自由基的主要初级 来源而成为大气化学研宄的热点。近年来科学家在气态亚硝酸测量技术、气态亚硝酸生成 和反应机理等方面都进行了大量的研宄工作，这些工作迫切需要一种可靠的气态亚硝酸来 源。
[0003] 由于气态亚硝酸的化学活性强，可在各种表面反应或吸附，常规的气体制备方法 如渗透管和扩散管技术都难以应用，实验室通常用亚硝酸盐和酸反应现场制备。在国外最 早采用高纯氮向亚硝酸钠和硫酸的混合溶液中鼓泡的方法来产生气态亚硝酸，该方法浓度 较不稳定，杂质含量高。后经过改进，发展出一种流动反应器作为气态亚硝酸制备装置，并 降低亚硝酸钠和硫酸溶液的浓度，将这两种反应溶液持续通入该反应器并曝气。该方法大 幅缩短了反应液混合后的停留时间，有效降低了杂质含量，但该方法对产生气体的浓度控 制较为复杂，不适用于仪器梯度校准等需要快速更换气体浓度的场合。
[0004] 除此之外，固体亚硝酸盐和酸性气体的反应也被用于制备气态亚硝酸。如利用颗 粒与草酸蒸汽反应，该方法要求严格控制湿度等实验条件，重复性和稳定性都不理想。类似 方法还有用亚硝酸盐和盐酸酸雾反应，NH4NO2涂层与N2反应等，这类利用气固反应制备气 态亚硝酸的方法对实验条件的控制和密封性的要求比较高，固体试剂的消耗和更换都会对 气体稳定性带来干扰，因此应用较少。
[0005] 总的来说，现有的制备气态亚硝酸的装置及其工艺在技术的复杂程度、浓度控制 的方式、气体的纯度以及稳定性等方面或多或少存在问题，针对这些缺陷，亟需提出更好的 解决办法
【发明内容】
[0006] 为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种气态亚硝酸发生装 置，该装置在保证气体高纯度和浓度的稳定性的基础上，能快速、准确的控制气体浓度，产 生的气态亚硝酸纯度高，浓度稳定，重现性好，可以满足生产、各类测试和研宄的需求，解决 了现有制备气态亚硝酸技术存在的上述问题。
[0007] 本发明所采用的技术方案是，一种气态亚硝酸发生装置，包括与压缩钢瓶相连的 质量流量控制器及输气管路，所述质量流量控制器输出端连接一个螺旋管气体发生器，所 述的螺旋管气体发生器经气体输入管与其内一体成型的玻璃螺旋管和气液分离瓶依次相 连，所述玻璃螺旋管的气体输入管路上，成型一旁路输入管，旁路输入管经连接的三通阀和 三通阀两端的输液管路及蠕动泵分别连接稀硫酸试剂瓶和亚硝酸钠溶液试剂瓶；所述气液 分离瓶的上端设有气体输出口，气液分离瓶下端的输液端口经输液管路及蠕动泵与设置的 废液瓶连接。
[0008] 本发明所述的气态亚硝酸发生装置，其特征还在于，
[0009] 所述的螺旋管气体发生器外型为玻璃圆柱罐体，罐体上下分别设有错开的进水端 口和出水端口，通过进出水端口分别与恒温水浴槽的出水管路和进水管路相连。
[0010] 所述螺旋管气体发生器外壁采用棕色玻璃制作，螺旋管气体发生器外所有输气、 输液连接管路均用铝箔或避光材料包覆。
[0011] 所述玻璃螺旋管采用内径2~4mm的玻璃管逆时针紧密排列盘绕5~10圈制成， 每圈螺旋直径为20~40mm，所述气液分离瓶内径为10~20mm。
[0012] 本发明还提供了一种应用气态亚硝酸发生装置制备气态亚硝酸工艺，该制备工艺 包括以下步骤：
[0013] 步骤一，向螺旋管气体发生器输入气体、液体：
[0014] 将压缩钢瓶中的气体作为载气经质量流量控制器输气管路输出，由螺旋管气体发 生器的气体输入管送入玻璃螺旋管；将稀硫酸试剂瓶和亚硝酸钠溶液试剂瓶中的溶液通过 蠕动泵以一定流速于三通阀合、由螺旋管气体发生器的旁路输入管送入玻璃螺旋管；
[0015] 载气输入流量为：l_5L/min ;
[0016] 稀硫酸、亚硝酸钠溶液输入流量为：0. 1~2ml/min ;
[0017] 连接恒温水浴槽的螺旋管气体发生器内恒温水温度控制在15~25°C范围内；
[0018] 步骤二，于螺旋管气体发生器玻璃螺旋管段进行气液混合：
[0019] 以质量流量控制器输出载气为动力，于螺旋管气体发生器内推动稀硫酸、亚硝酸 钠混合溶液向前，使气液以湍流的形式充分混合流动，通过玻璃螺旋管段；
[0020] 步骤三，于螺旋管气体发生器气液分离瓶内进行气液分离：
[0021] 由玻璃螺旋管段充分混合的稀硫酸、亚硝酸钠溶液流入气液分离瓶，使混合溶液 中亚硝酸分子扩散到气相中，在重力作用下于气液分离瓶中实现气液分离，产生高纯度的 气态亚硝酸，由气体输出口送出提供使用，产生的废液由气液分离瓶下端的输液端口送至 废液瓶，完成气态亚硝酸制备。
[0022] 本发明所述制备气态亚硝酸工艺，其特征还在于，
[0023] 所述压缩钢瓶中作为载气的气体为高纯度氮气或零空气。
[0024] 本发明气态亚硝酸发生装置，它通过螺旋管气体发生器玻璃螺旋管将载气带动的 混合溶液流经路径加长，延长了气液混合的流经时间，使气液以湍流的形式充分混合，并使 混合溶液中亚硝酸分子扩散到气相中；在重力作用下于气液分离瓶中实现气液分离，产生 出高纯度的气态亚硝酸，以供检测或进一步稀释使用。本发明装置发生气态亚硝酸工艺稳 定，重现性好，气体浓度与溶液浓度和流速呈严格线性关系，因此能够快速准确的控制气体 的浓度，满足生产、测试和科研的需求。
[0025] 本发明气态亚硝酸制备工艺操作简单可靠，制备气体的纯度和稳定性都很好，并 能快速切换气体浓度，具有很好的实用价值和制备其他挥发性气体的潜力。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明气态亚硝酸发生装置结构示意图；
[0027] 图2是用本发明装置和工艺制备气态亚硝酸的气态亚硝酸浓度和溶液流速的关 系图。
[0028] 图中，1.压缩钢瓶，2.质量流量控制器，3.螺旋管气体发生器，4.玻璃螺旋管， 5.气液分离瓶，6.气体输入管，7.旁路输入管，8.三通阀，9.蠕动泵，10.稀硫酸试剂瓶， 11.亚硝酸钠溶液试剂瓶，12.气体输出口，13.输液端口，14.废液瓶，15.进水端口，16.出 水端口，17.恒温水浴槽，18.出水管路，19.进水管路，20.气态亚硝酸检测器，21. NOx检测 器。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0030] 本发明气态亚硝酸发生装置，如图1所示，包括与压缩钢瓶1相连的质量流量控制 器2及输气管路，所述质量流量控制器2输出端连接一个螺旋管气体发生器3,所述的螺旋 管气体发生器3经气体输入管6与其内一体成型的玻璃螺旋管4和气液分离瓶5依次相连， 所述玻璃螺旋管4的气体输入管6路上，成型一旁路输入管7,旁路输入管7经连接的三通 阀8和三通阀8两端的输液管路及蠕动泵9分别连接稀硫酸试剂瓶10和亚硝酸钠溶液试 剂瓶11 ;所述气液分离瓶5的上端设有气体输出口 12,气液分离瓶5下端的输液端口 13经 输液管路及蠕动泵9与设置的废液瓶14连接。
[0031] 本发明的螺旋管气体发生器3外型为玻璃圆柱罐体，罐体上下分别设有错开的进 水端口 15和出水端口 16,通过进出水端口 15、16分别与恒温水浴槽17的出水管路18和进 水管路19相连。
[0032] 本发明螺旋管气体发生器3外壁采用棕色玻璃制作，螺旋管气体发生器3外所有 输气、输液连接管路均用铝箔或避光材料包覆，为的是能有效避免亚硝酸分子光解产生杂 质；所述玻璃螺旋管4采用内径2~4mm的玻璃管逆时针紧密排列盘绕5~10圈制成，每 圈螺旋直径为20