CN104181076A - 一种真空状态下材料动态吸附系数测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料物化性能测量技术领域，具体涉及一种真空状态下材料动态吸附系数测量方法。本发明的方法包括以下步骤：a.混合载气和待吸附气体，并进行温度调节和湿度调节；b.使调温加湿后的混合气分别通过无吸附材料、有吸附材料的吸附材料床，之后对其进行除湿处理；对除湿后的气体进行气相色谱、质谱检测，记录混合气体中待吸附气体浓度达到峰值时间；c.计算动态吸附系数。本发明的方法解决了现有技术难以直接测量负压状态下活性炭对于惰性气体动态吸附系数的技术问题；并通过真空调节和温湿度调节等手段，实现了不同环境条件中吸附材料动态吸附系数的测量。

Description

一种真空状态下材料动态吸附系数测量方法

技术领域

本发明属于材料物化性能测量技术领域，具体涉及一种真空状态下材料动态吸附系数测量方法。

背景技术

使用活性炭吸附Ar、Kr、Xe和Rn等放射性惰性气体是一种行之有效的方法，特别是在核电站中，使用活性炭床对放射性惰性气体进行吸附滞留，可以达到有效去除其放射性，保护工作人员身体健康和环境免受污染的目的。

核电站中活性炭床的运行状态多为负压状态，以免系统中的放射性由于正压原因泄漏进入外界环境，造成环境的放射性污染。目前，测量活性炭吸附性能的装置分为两大类，一类为静态吸附测量仪，可以获得活性炭的吸附等温线等参数；另一类为动态吸附测量仪，多为气相色谱、质谱等。这两类仪器都不能直接测量负压状态下活性炭对于惰性气体的动态吸附系数。

而通过在真空状态下测量活性炭等吸附材料对于气态物质的动态吸附系数，能够获得材料在装载系统中运行的真实性能参数，对于装载系统的设计、建造和运行具有重要指导意义和价值，能够为新材料的开放以及优化提供重要实验数据，是本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题为：现有技术的方法难以直接测量负压状态下活性炭对于惰性气体的动态吸附系数。

本发明的技术方案如下所述：

本发明的方法包括以下步骤：

步骤1

混合载气和待吸附气体，二者混合气体体积流量为f；对二者混合气体进行温度调节和湿度调节；

步骤2

使步骤1调温加湿后的混合气通过无吸附材料的吸附材料床；之后对其进行除湿处理；对除湿后的气体进行气相色谱、质谱检测，记录混合气体中待吸附气体浓度达到峰值时间t₁；

步骤3

使步骤1调温加湿后的混合气通过装有吸附材料的吸附材料床，吸附材料质量为m；之后对其进行除湿处理；对除湿后的气体进行气相色谱、质谱检测，记录混合气体中待吸附气体浓度达到峰值时间t₂；

步骤4

通过下式计算动态吸附系数k：

$\left\{\begin{array}{c}k=\mathrm{\Δt}*f/m\\ \mathrm{\Δt}=t_2-t_1\end{array}\right..$

作为优选技术方案，

步骤1中，所述湿度调节分为两种情况：当混合气体相对湿度较低时，将干燥的混合气体与水蒸气相混合进行加湿操作；当混合气体相对湿度较高时，将干燥的混合气体直接通入水中进行加湿。

步骤1中，温度调节过程中可以采用铂电阻进行温度测量，湿度调节过程中可以采用露点仪进行相对湿度测量；步骤3中，可以采用TCD检测器对除湿后的气体进行气相色谱、质谱检测；整个操作过程中，可以采用真空调节装置对操作环境进行压力调节。

步骤3中，优选采用多次检测取平均值的方法确定t₂。

本发明的有益效果为：

本发明的真空状态下材料动态吸附系数测量方法，能够直接测量负压状态下活性炭对于惰性气体的动态吸附系数；并通过真空调节和温湿度调节等手段，实现了不同环境条件中吸附材料动态吸附系数的测量。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的一种真空状态下材料动态吸附系数测量方法进行详细说明。

本发明的方法包括以下步骤：

步骤1

混合载气和待吸附气体，二者混合气体体积流量为f；对二者混合气体进行温度调节和湿度调节。

其中，所述温度调节可以通过恒温加热装置实现，此为本领域技术人员公知常识；所述湿度调节分为两种情况：当混合气体相对湿度较低时，将干燥的混合气体与水蒸气相混合进行加湿操作；当混合气体相对湿度较高时，将干燥的混合气体直接通入水中进行加湿。

本实施例中，温度调节过程中采用铂电阻进行温度测量；湿度调节过程中采用露点仪进行相对湿度测量。

步骤2

使步骤1调温加湿后的混合气通过无吸附材料的吸附材料床；之后对其进行除湿处理；对除湿后的气体进行气相色谱、质谱检测，记录混合气体中待吸附气体浓度达到峰值时间t₁。

本实施例中，采用TCD检测器对除湿后的气体进行气相色谱、质谱检测。

步骤3

使步骤1调温加湿后的混合气通过装有吸附材料的吸附材料床，吸附材料质量为m；之后对其进行除湿处理；对除湿后的气体进行气相色谱、质谱检测，记录混合气体中待吸附气体浓度达到峰值时间t₂。

本实施例中，采用多次检测取平均值的方法确定t₂。

步骤4

通过下式计算动态吸附系数k：

k=△t*f/m。

式中，△t=t₂-t₁，表示待吸附气体在吸附材料内的滞留时间。

此外，作为优选技术方案，可以采用真空调节装置对本方法的操作环境进行压力调节，确保待检测吸附材料所处环境的绝对压力保持不变。

实施例1

步骤1

混合载气和待吸附气体Kr，混合气体体积流量f为18.2cm³/min；对混合气体进行温度调节和湿度调节。

步骤2

使步骤1调温加湿后的混合气通过无吸附材料的吸附材料床；之后对其进行除湿处理；对除湿后的气体进行气相色谱、质谱检测，记录混合气体的峰值时间t₁=175s。

步骤3

使步骤1调温加湿后的混合气通过装有吸附材料的吸附材料床，吸附材料为活性炭，质量m=0.8162g；之后对其进行除湿处理；对除湿后的气体进行气相色谱、质谱检测，记录混合气体的峰值时间：两次测量时间分别为265s和270s，则t₂取平均值267.5s。

步骤4

计算吸附材料活性炭动态吸附系数，在测试工况为306.15K和90kPa的条件下：

$k=\mathrm{\Δt}*f/m=\frac{18.2*(267.5-175)}{60*0.8162}=34.38{\mathrm{cm}}^3/g.$

在此基础上，还可以采用现有技术对动态吸附系数进行温度压力修正，修正后的动态吸附系数为27.61cm³/g。

Claims (4)

1.一种真空状态下材料动态吸附系数测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1

混合载气和待吸附气体，二者混合气体体积流量为f；对二者混合气体进行温度调节和湿度调节；

步骤2

使步骤1调温加湿后的混合气通过无吸附材料的吸附材料床；之后对其进行除湿处理；对除湿后的气体进行气相色谱、质谱检测，记录混合气体中待吸附气体浓度达到峰值时间t₁；

步骤3

使步骤1调温加湿后的混合气通过装有吸附材料的吸附材料床，吸附材料质量为m；之后对其进行除湿处理；对除湿后的气体进行气相色谱、质谱检测，记录混合气体中待吸附气体浓度达到峰值时间t₂；

步骤4

通过下式计算动态吸附系数k：

$\left\{\begin{array}{c}k=\mathrm{\Δt}*f/m\\ \mathrm{\Δt}=t_2-t_1\end{array}\right..$

2.根据权利要求1所述的真空状态下材料动态吸附系数测量方法，其特征在于：步骤1中，所述湿度调节分为两种情况：当混合气体相对湿度较低时，将干燥的混合气体与水蒸气相混合进行加湿操作；当混合气体相对湿度较高时，将干燥的混合气体直接通入水中进行加湿。

3.根据权利要求1或2所述的真空状态下材料动态吸附系数测量方法，其特征在于：步骤1中，温度调节过程中采用铂电阻进行温度测量，湿度调节过程中采用露点仪进行相对湿度测量；步骤3中，采用TCD检测器对除湿后的气体进行气相色谱、质谱检测；整个操作过程中，采用真空调节装置对操作环境进行压力调节。

4.根据权利要求1或2所述的真空状态下材料动态吸附系数测量方法，其特征在于：步骤3中，采用多次检测取平均值的方法确定t₂。