瑞典化學家卡爾·謝勒(Carl Scheele)和蘇格蘭植物學家丹尼爾·盧瑟福(Daniel Rutherford)在1772年分別發(fā)現(xiàn)了氮。牧師卡文迪許和拉瓦錫也在差不多的同一時間立地獲得了氮。Rutherford在他的老師Joseph Black的啟發(fā)下,研究含碳物質(zhì)在有的空氣中燃燒后所留下的殘余“空氣”的性質(zhì)時,他用KOH除去CO2,從而獲得了氮。他認為這是從已燃燒的物質(zhì)中吸收了燃素的普通空氣。有些人不顧A. L. Lavoisier的研究成果,直到1840年還在爭論關于氮氣的基本性質(zhì)。
液態(tài)空氣分餾法
氮氣主要是從大氣中分離或含氮化合物的分解制得的。每年通過液化空氣生產(chǎn)超過3,300萬噸的氮氣,然后使用分餾的方法在大氣中生產(chǎn)氮氣以及其他氣體。
凈化后的壓縮空氣經(jīng)過緩沖罐,聯(lián)合過濾器后由膜組一端進入,氣體分子在壓力作用下在膜的高壓側接觸?;旌蠚怏w在膜的高壓側表面以不同的溶解度溶于膜內(nèi),然后在膜兩側壓力差的推動下,混合氣體的分子以不同的速度向膜的低壓側擴散。經(jīng)過溶解和擴散兩個過程的選擇,終混合氣體被分離成各個組分。例如:空氣、氧氣的透過速度大于氮氣,經(jīng)過膜分離之后,高壓側留下的氣體富氮,而透過去的氣體富氧
該方法是以壓縮空氣為原料,一般以分子篩為吸附劑,在一定的壓力下,利用空氣中氧氣和氮氣分子在不同分子篩表面吸附量的差異,在一定時間內(nèi)氧在吸附相富集,氮在氣體相富集,實現(xiàn)氧、氮分離;而卸壓后分子篩吸附劑解析再生,循環(huán)使用。 [3]吸附劑除了分子篩之外,還可應用活性氧化鋁、硅膠等。
氨分解法
在高溫且有鎳的催化下,氨逐漸分解為氮氣與氫氣:
然后把混合氣在燃燒室內(nèi)燃燒并控制空氣比例,讓氫氣不完全燃燒,其燃燒生成物通過除氧,干燥則可得到不同氮氫混合比的保護性氣體(其氫含量可控制在1%~25%)被使用于銅材的光亮退火(此方法僅適用于氮氣氫氣來源困難而氨價格又較低廉的情況時)。
2、高純氮氣在金屬熔鑄工藝中被用于對金屬熔體精煉處理,以提高鑄坯質(zhì)量,例如以高純氮氣為主摻合部分氫、氣在銅加工中作為光亮退火熱處理的保護性氣體,它有效地防止銅材的高溫氧化,保持銅材表面的光亮,廢除了酸洗工序。以氮氣為基本的木炭爐煤氣(其成分為:64.1%N2,34.7%CO,1.2%H2和少量CO2)在銅熔鑄時作為保護性氣體,使銅熔體在澆鑄面免受氧化,了產(chǎn)品質(zhì)量。
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