博纯的Nafion™聚合物因其有将水分从膜的一侧转移到另一侧的独特能力而常被称为神奇材料。 这种转移是作为一级动力学反应发生的，因此具有很高的选择性，非常适合需要去除水分而又不会损失分析物的分析应用。
什么是Nafion™聚合物
Nafion™聚合物是Walther Groth在1960年代后期发明的。 Nafion™是全氟-3,6-二环氧-4-甲基-7辛烯磺酸和四氟乙烯(Teflon®)的共聚物。简单来说，Nafion™是Teflon®主链，并带有另一种碳氟化合物的临时侧链。 侧链终止于磺酸（-SO 3 H）。
Nafion™ 聚合物的化学式
除了磺酸基团外，Nafion™聚合物是碳氟化合物。如同大多数含氟聚合物一样，它具有极强的耐化学侵蚀性（耐腐蚀）。 磺酸基团固定在主体的碳氟化合物基中，无法移除，但与碳氟化合物基不同，磺酸基团会参与化学反应。 磺酸基的存在为Nafion增加了三个重要的特性：
- 由于磺酸基团的强酸性，Nafion™聚合物可作为酸催化剂。
- 当接触溶液时，Nafion™聚合物起到离子交换树脂的作用。
- Nafion™聚合物很容易从气相或液相中吸收水。 每个磺酸基团最多吸收13个分子的水。 磺酸基通过大量疏水性聚合物形成离子通道，水也很容易通过这些通道被传输。 Nafion™聚合物的功能就像对水蒸气有选择性的半渗透膜一样。
Nafion™聚合物的物理性质与其他含氟聚合物相似。 它是半透明的塑料。 当用作离子交换膜时，它可以在高达190°C的温度下运行。 当用作干燥管时，它可以在高达150°C的温度下运行。 Nafion™管的破裂压力通常大于200 psig（超过13 bar），但会随直径和壁厚而变化。 Nafion的一个不寻常的特性是它在物理尺寸上的倾向变化。 由于Nafion™吸收水，其溶胀率高达22％。 当它接触到酒精时，其尺寸会膨胀多达88％。
Nafion™聚合物的工作原理
Nafion™聚合物通过一级动力学反应将水分子从膜的一侧转移到另一侧。 这与多孔膜不同，多孔膜依赖于分子的物理大小。 Nafion™聚合物的选择性基于化学反应性，而不是分子的大小，因此它不是传统意义的渗透原理。 Nafion™聚合物选择性地转移水蒸气，而气流中的大多数分析物保持不变。
Nafion™聚合物转移水分子的驱动力是其膜两侧的湿度水平之差。 Nafion™聚合物试图在其膜的任一侧达到水蒸气的分压平衡。
Nafion™ 聚合物的渗透性
| Nafion™ 聚合物可移除 | |
|---|---|
| 大气气体 | 水汽 |
| 无机物 | 氨气 |
| 有机物 | 醇类、DMSO、THF |
| 可变损失 | |
| 有机物 | 酸、醛、胺、酮、腈 |
Nafion™ 聚合物抗渗性
| 可完全保留在样气中 | |
|---|---|
| 大气气体 | Ar, He, H2, N2, O2, O3 |
| 卤素 | Br2, Cl2, F2, l2 |
| 碳氢化合物 | 简单形态（烷烃） |
| 无机酸 | AHCL, HF, HNO3, H2SO4 |
| 其它有机物 | 芳烃、酯类、醚类 |
| 氧化物 | CO, CO2, SOX, NOX |
| 硫化物 | COS, H2S, 硫醇 |
| 有毒气体 | COCL2, HCN, NOCl |
Nafion™聚合物和水的气体渗透率
我们经常被问到相对于普通气体，Nafion™聚合物中水的相对选择性。 请参阅该图，了解通过Nafion的水与某些常见气体的相对气体渗透率。 如您所见，Nafion在仅传输水而保持其他气体分离的情况下非常有效。
例如，对于H2S和CO2，水的亲和力为1000：1，而O2和N2的亲和力为1,000,000：1
Nafion™聚合物的抗菌特性
呼吸治疗和呼吸监测可能导致多种并发症。您需要应对医院内获得性肺炎和其他感染的可能性。
除了具有生物相容性以外，我们还测试了Nafion™管在加湿环境中防止污染物通过材料的能力。您会很高兴知道，Nafion™聚合物在防止细菌污染方面效果显著。我们通过将Nafion管放置在被铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌污染的水浴中并重新干燥清洁的空气来重新进行加湿测试。 24小时后在管路出口未发现可检测的细菌。事实证明，Nafion™管道可作为屏障，不会将细菌穿过膜壁。这些结果表明，我们的管材有望用于临床，无论是患者的呼吸气体或是可能输送给患者的加湿医用气体，都不会有污染任何分析物的风险。
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