CN112630373A - 一种气体负载量测定装置及其应用、co2负载量的测定方法 - Google Patents

一种气体负载量测定装置及其应用、co2负载量的测定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气体负载量测定装置及其应用、CO2负载量的测定方法，涉及分析测试技术领域，以简化气体负载量的分析与操作过程。该气体负载量测定装置包括滴定组件、气体测量组件和用于容纳CO2吸收剂的反应瓶，滴定组件用于向反应瓶内滴定与所述气体吸收剂反应的溶液，气体测量组件具有第一接口和第二接口，第一接口与反应瓶连通，第二接口与滴定组件连通，第二接口用于将反应瓶和气体测量组件内部的气体转移到滴定组件内，以使滴定组件、气体测量组件和反应瓶三者构成压力平衡体系，其中，气体的转移量等于滴定组件滴定的溶液的滴定量。本发明用于气体负载量的测定。

Description

一种气体负载量测定装置及其应用、CO2负载量的测定方法
技术领域
本发明涉及分析测试技术领域，尤其涉及一种气体负载量测定装置及其应用、CO2负载量的测定方法。
背景技术
近年来，温室气体(主要为二氧化碳)的大量排放使得全球的气候逐渐变暖，导致了冰川融化、海平面上升和土地沙漠化等一系列的生态问题。因此，为了遏制全球气候变暖，控制温室气体的排放具有极其重要的意义。
目前，常规的二氧化碳(carbon dioxide，缩写为CO2)的减排方案是捕集和封存技术(carbon capture and storage，缩写为CCS)，即将CO2捕集下来，然后封存到海底或地下等与大气隔绝的地方。其中，在CO2捕集过程中，通常采用有机或无机碱液吸收CO2，然后再利用强酸将CO2释放出来。但是，在上述捕集的过程中，CO2负载量的分析与操作过程十分复杂。
发明内容
本发明目的在于提供一种气体负载量测定装置及其应用、CO2负载量的测定方法，以简化气体负载量的分析与操作过程。
为达到上述目的，本发明提供一种气体负载量测定装置。该气体负载量测定装置包括滴定组件、气体测量组件和用于容纳气体吸收剂的反应瓶，所述滴定组件用于向所述反应瓶内滴定与所述气体吸收剂反应的溶液，所述气体测量组件具有第一接口和第二接口，所述第一接口与所述反应瓶连通，所述第二接口与所述滴定组件连通，所述第二接口用于将所述反应瓶和所述气体测量组件内部的气体转移到所述滴定组件内，以使所述滴定组件、所述气体测量组件和所述反应瓶三者构成压力平衡体系，其中，所述气体的转移量等于所述滴定组件滴定的溶液的滴定量。
与现有技术相比，本发明提供的气体负载量测定装置，由于气体测量组件的第一接口与反应瓶连通，气体测量组件的第二接口与滴定组件连通，使得滴定组件、气体测量组件和反应瓶三者构成压力平衡体系，因此，当滴定组件向反应瓶内滴定与气体吸收剂反应的溶液时，该溶液的进入反应瓶内，占用一定的空间体积，使得反应瓶内部原来的一部分气体通过气体测量组件的第一接口和第二接口转移至滴定组件内。换句话说，滴定组件由于滴定所耗损的溶液体积实质等于进入滴定组件内的气体体积，其并不会破坏滴定组件、气体测量组件和反应瓶三者所构成的压力平衡体系，因此，反应瓶的内部因为滴定组件滴定的溶液所排出的气体并不会对气体测量组件检测气体的释放量产生影响，便于获取气体的释放量，进而简化气体负载量的分析与操作过程。当本发明提供的气体负载量测定装置用于测定CO2负载量时，滴定组件的滴定过程具有第一滴定阶段和第二滴定阶段，第一滴定阶段时，滴定组件用于滴定用以中和CO2吸收剂的第一类酸性溶液；第二滴定阶段时，滴定组件用以脱除CO2吸收剂所负载的CO2的第二类酸性溶液。此时测定CO2负载量时，只需在滴定组件的滴定过程的第一滴定阶段，获得中和CO2吸收剂的第一类酸性溶液的体积，进一步在滴定组件的滴定过程的第二滴定阶段，直到CO2吸收剂停止释放CO2时，利用气体测量组件测定CO2吸收剂所释放的CO2的体积，这样就能够根据第一类酸性溶液的体积、第一类酸性溶液摩尔浓度以及释放的CO2的体积获得CO2负载量，因此，本发明提供的气体负载量测定装置在测定CO2负载量的方法过程中，并不需要知道第二滴定阶段中第二类酸性溶液的滴定量，从而使得CO2负载量的分析操作更简单，计算更简洁，而且还能够避免第二类酸性溶液的滴定量的读取误差，从而使得测定的CO2负载量的误差也明显降低。
本发明还提供了一种CO2负载量的测定方法，该CO2负载量的测定方法包括：将负载有CO2的CO2吸收剂置于反应瓶内；利用滴定组件向所述反应瓶内滴定第一类酸性溶液，直到所述负载有CO2的CO2吸收剂与所述第一类酸性溶液反应至中性；根据所述第一类酸性溶液的滴定体积、所述第一类酸性溶液的摩尔浓度，获得CO2吸收剂的摩尔量；利用所述滴定组件向所述反应瓶内添加第二类酸性溶液，直到所述负载有CO2的CO2吸收剂停止释放CO2；利用气体测量组件获取CO2释放量；根据所述CO2吸收剂的摩尔量和所述CO2释放量，获得所述负载有CO2的CO2吸收剂的CO2负载量。
与现有技术相比，本发明提供的CO2负载量的测定方法的有益效果与上述技术方案提供气体负载量测定装置的有益效果相同，在此不做赘述。
本发明还提供了一种上述气体负载量测定装置在测定可溶性气体负载量中的应用。
与现有技术相比，本发明提供的气体负载量测定装置在测定可溶性气体负载量中的应用的有益效果与上述技术方案提供气体负载量测定装置的有益效果相同，在此不做赘述。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为现有技术中的滴定仪的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的气体负载量测定装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的CO2负载量测定方法的步骤流程图一；
图4为本发明实施例提供的CO2负载量测定方法的步骤流程图二；
图5为本发明实施例提供的CO2负载量测定方法的步骤流程图三。
其中，
01-酸式滴定管； 02-锥形瓶；
03-气体收集管； 04-测量管；
05-水位调节瓶； 1-滴定组件；
11-滴定管； 12-广口瓶；
2-气体测量组件； 21-通气管；
210-排气阀； 211-主管；
212-第一支管； 213-第二支管；
22-气体测量管； 23-集水瓶；
24-软管； 3-反应瓶；
4-磁力搅拌装置； 5-支撑架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，CO2负载量的测定仪器通常采用如图1所示的滴定仪，该滴定仪包括酸式滴定管01、锥形瓶02、气体收集管03、测量管04和水位调节瓶05，酸式滴定管01的滴定口与锥形瓶02的瓶口相对，锥形瓶02通过气体收集管03与测量管04连通，测量管04通过软管与水位调节瓶05连通。以负载有CO2的乙醇胺(monoethanolamine，MEA)溶液为例，其CO2负载量的分析方法具体步骤如下：
第一步：将负载有CO2的MEA溶液放置于锥形瓶02内。
第二步：向锥形瓶02内加入酚酞作为反应指示剂。
第三步：将测量管04与水位调节瓶05的液位差调整为0，记录测量管04的初始刻度V0。
第四步：记录酸式滴定管01的初始刻度V1后，利用酸式滴定管01开始向锥形瓶02内滴定盐酸。
第五步：当锥形瓶02内的MEA溶液转变为无色后，表示负载有CO2的MEA溶液反应至中性，停止滴定，记录酸式滴定管01的刻度V2。
第六步：向锥形瓶02内加入甲基橙作为反应指示剂。
第七步：继续向锥形瓶02内滴定盐酸，当锥形瓶02内的MEA溶液转变为红色时，表示负载有CO2的MEA溶液与盐酸反应结束，停止释放CO2，停止滴定，记录酸式滴定管01的刻度V3。
第八步：将测量管04与水位调节瓶05的液位差调整为0，记录测量管04的初始刻度V4。此时，溶液中CO2负载量α的具体运算如下：
Figure BDA0002225702320000051
其中，nMEA为MEA的摩尔量，其计算公式如下：
nMEA＝CHCL×VHCL
CHCL为盐酸的摩尔浓度，VHCL为盐酸消耗的体积，VHCL＝V2-V1。
Figure BDA0002225702320000052
为反应瓶02内释放的CO2体积，其计算公式如下：
Figure BDA0002225702320000053
A为气体体积转换为气体物质的量的转换系数，具体为A＝22.41L/mol。
由上述分析操作过程可知，参照图1，由于滴定仪的酸式滴定管01和气体收集管03分离，导致CO2负载量计算过程中的CO2的体积的获取需要同时知道酸式滴定管01和收集管04体积的变化，分析操作过程对盐酸体积耗量的依赖性较强，因此，CO2负载量的分析与操作过程十分复杂。
针对上述问题，本发明实施例提供一种气体负载量测定装置及其方法，以简化CO2负载量分析与操作过程，减少CO2负载量计算过程对盐酸体积耗量的依赖。
实施例一
本发明实施例提供一种气体负载量测定装置，参照图2，该气体负载量测定装置包括滴定组件1、气体测量组件2和用于容纳气体吸收剂的反应瓶3，滴定组件1用于向反应瓶3内滴定与气体吸收剂反应的溶液，气体测量组件2具有第一接口和第二接口，第一接口与反应瓶3连通，第二接口与滴定组件1连通，第二接口用于将反应瓶3和气体测量组件2内部的气体转移到滴定组件1内，以使滴定组件1、气体测量组件2和反应瓶3三者构成压力平衡体系，其中，气体的转移量等于滴定组件1滴定的溶液的滴定量。
由上述气体负载量测定装置可知，参照图2，本发明提供的气体负载量测定装置，在气体负载量测定过程中，由于气体测量组件2的第一接口与反应瓶3连通，气体测量组件2的第二接口与滴定组件1连通，使得滴定组件1、气体测量组件2和反应瓶3三者内部的气体压力平衡。因此，当滴定组件1向反应瓶3内滴定与气体吸收剂反应的溶液时，该溶液的进入反应瓶3内，占用一定的空间体积，使得反应瓶3内部原来的一部分气体通过气体测量组件2的第一接口和第二接口转移至滴定组件1内。换句话说，滴定组件1由于滴定所耗损的溶液体积实质等于进入滴定组件1内的气体体积，其并不会破坏滴定组件1、气体测量组件2和反应瓶3三者所构成的压力平衡体系，因此，反应瓶3的内部因为滴定组件1滴定的溶液所排出的气体并不会对气体测量组件2检测气体的释放量产生影响，便于获取气体的释放量，进而简化气体负载量的分析与操作过程。。
需要说明的是，上述气体负载量测定装置可用于测定气体的种类并不唯一，例如：CO2、NH3、H2S、SO2等。其中，为了更加清晰的说明本发明实施例，以下CO2为示例进行描述，目的在于更加清晰的说明本发明实施例，并不能构成对本发明实施范围的限定。
其中，上述气体负载量测定装置的测定CO2负载量的过程包括：首先，利用滴定组件1向容纳CO2吸收剂的反应瓶3内滴定第一类酸性溶液，直至CO2吸收剂呈中性(第一滴定阶段)；其次，利用滴定组件1向容纳CO2吸收剂的反应瓶3内滴定第二类酸性溶液，直至CO2吸收剂停止释放CO2气体(第二滴定阶段)；然后，利用气体测量组件2获取CO2气体的释放量；最后，根据第一类酸性溶液的滴定量、第一类酸性溶液的摩尔浓度和CO2气体的释放量获得CO2负载量。
由上述可知，本发明提供的气体负载量测定装置在测定CO2负载量时，只需在滴定组件1的滴定过程的第一滴定阶段，获得中和CO2吸收剂的第一类酸性溶液的体积，进一步在滴定组件1的滴定过程的第二滴定阶段，直到CO2吸收剂停止释放CO2时，利用气体测量组件2测定CO2吸收剂所释放的CO2的体积，这样就能够根据第一类酸性溶液的体积、第一类酸性溶液摩尔浓度以及释放的CO2的体积获得CO2负载量，因此，本发明提供的气体负载量测定装置在测定CO2负载量的方法过程中，并不需要知道第二滴定阶段中第二类酸性溶液的滴定量，从而使得CO2负载量的分析操作更简单，计算更简洁；而且还能够避免第二类酸性溶液的滴定量的读取误差，从而使得测定的CO2负载量的误差也明显降低。
另外，当使用上述气体负载量测定装置测定CO2吸收剂的CO2负载量时，利用滴定组件1向容纳有负载CO2的CO2吸收剂的反应瓶3内滴定酸性溶液，由于气体测量组件2的第一接口与反应瓶3连通，气体测量组件2的第二接口与滴定组件1连通，滴定的酸性溶液只是发生了位置的变化，对气体测量组件2检测的总气体量并没有增加。此时，利用气体测量组件2测定气体增加量，该气体增加量即为CO2吸收剂所释放的CO2释放量，故测量CO2吸收剂所释放的CO2释放量并不需要知道第二阶段酸性溶液的滴定量，从而使得CO2负载量的分析操作更简单，计算更简洁。
需要说明的时，为了简化CO2负载量的分析与操作过程，上述第一类酸性溶液与上述第二类酸性溶液可以采用同一种酸性溶液，例如盐酸、硫酸等。其中，为了清楚简便的表述本发明的实施例，下文中无特别说明，所提及的酸性溶液即第一类酸性溶液和第二类酸性溶液均采用同一种酸性溶液的情况。
如图2所示，上述滴定组件1至少包括滴定管11。应理解，滴定管11的管壁上分布有刻度，以方便观察滴定管内液位变化。其中，滴定组件1用于向反应瓶3内滴定酸性溶液，故滴定管11的滴定口应朝向反应瓶3。同时，由于反应瓶3内的CO2吸收剂会释放CO2，因此反应瓶3的上端需要设有胶塞，为了保证反应瓶的密封性且滴定管11可以向反应瓶3内滴定酸性溶液，故滴定管11的滴定口伸入反应瓶3内。
另外，滴定管11的管壁上设有与第二接口连通的通气孔，一般来说，为了充分利用滴定管11内部的体积以及避免酸性溶液进入通气孔，通气孔设置在滴定管11未设有刻度的顶部管段的管壁上。
应理解的是，在滴定的过程中，滴定管11的上端应进行封闭，滴定管11、反应瓶3以及气体测量组件2形成封闭的空间，使得内部的气体不会从滴定管11的上端溢出到空气中，从而保证气体测量组件2可以准确的测定反应瓶3内的CO2吸收剂释放的CO2的气体体积。
由于上述气体负载量测定装置会多次重复使用，为了便于向上述滴定管11内添加酸性溶液，滴定组件1还包括用于容纳酸性溶液的广口瓶12，广口瓶12与滴定管11连通。基于此，在每次CO2负载量的测定结束后，通过广口瓶12向滴定管11内补充酸性溶液，以便于下一次CO2负载量的测定的进行，操作简单便捷。其中，广口瓶12向滴定管11内补充酸性溶液可以通过阀门控制，在进行CO2负载量的测定之前，打开阀门使得广口瓶12内的酸性溶液流入滴定管11内，当滴定管11内部的酸性溶液达到预期的液位时，关闭阀门。另外，广口瓶12存放的酸性溶液将滴定管11上端与外部环境隔离，保证滴定管11上端封闭。
在一些实施例中，如图2所示，上述气体测量组件2包括通气管21、气体测量管22和集水瓶23，通气管21的第一端与滴定组件1连通，使得第二接口位于通气管21的第一端，连通滴定组件1，通气管21的第二端与反应瓶3连通，使得第一接口位于通气管21的第二端，连通反应瓶3，通气管21的第三端与气体测量管22的第一端连通，气体测量管22的第二端通过软管24与集水瓶23连通。应理解，气体测量管22以及软管24和集水瓶23内填有一定的水，以便于测定气体的增加量，通过调整气体测量管22与集水瓶23的相对位置，令通气管21内部气压与外部环境气压相同，并使气体测量管22的内部的水与集水瓶23的内部的水之间的液位差为0，获得气体测量管22内的初始液位刻度。
在这种情况下，利用滴定组件1向反应瓶3内滴定酸性溶液，使得反应瓶3内的CO2吸收剂释放的CO2；当CO2吸收剂停止释放CO2时，将通气管21内部气压与外部环境气压调整到相等状态后，通气管21、反应瓶3以及滴定组件1内部的总气体量不变，气体测量管22内气体的体积量的变化即为CO2释放量。即调整集水瓶23与气体测量管22之间的相对位置，使气体测量管22的内部的水与集水瓶23的内部的水之间的液位差为0，获得气体测量管22内的终点液位刻度，此时利用终点液位刻度减去初始液位刻度即可获得CO2释放量。
具体的，如图2所示，上述通气管21包括主管211、第一支管212和第二支管213，主管211与气体测量管22的第一端连通，滴定组件1通过第一支管212与主管211连通，反应瓶3通过第二支管213与主管211连通。基于此，当滴定组件1向反应瓶3内滴定酸性溶液时，滴定组件1上端的气压降低，反应瓶3内部的气压升高，使得反应瓶3的内部的气体通过第一支管212和第二支管213进入滴定组件1上，由此可见，通气管21、反应瓶3以及滴定组件1内部的总气体量没有发生变化。
而由于采用上述结构的通气管21，其主管211直接连接在气体测量管22的第一端，通过两个支管分别与滴定组件1以及反应瓶3连通，使得上述气体交换过程进行的更快，同时结构较为简单，实现成本低。
现有技术中，在CO2负载量测定过程中，若通气管21上未设有排气装置，在滴定组件1向反应瓶3滴定酸性溶液之前，通气管21内部气压与外部环境气压需要调整到相等状态，且滴定组件1向反应瓶3滴定酸性溶液时，滴定组件1、反应瓶3以及气体测量组件2应形成密封空间。这样的话，在滴定组件1向反应瓶3滴定酸性溶液之前，为了使通气管21内部气压与外部环境气压保持一致，首先需要在滴定组件1内部添加酸性溶液以及气体测量管22和集水瓶23内添加水之后，再将滴定组件1和气体测量组件2与反应瓶3组装起来，组装过程十分复杂，且难度较大，同时通气管21内部的气压也经常难以保证与外部环境的气压一致，影响CO2释放量测定的精确度。因此，参照图2，为了便于将通气管21内部气压调整到与外部环境气压相等的状态，通气管21上设有排气阀210，排气阀210与外界连通，排气阀210用于控制通气管21的内部与外部环境的连通与关闭。具体的，在滴定组件1向反应瓶3滴定酸性溶液之前，打开排气阀210，使得通气管21的内部与外部环境连通，以保证通气管21的内部的气压与外部环境的气压相同，调整气体测量管22与集水瓶23的相对位置，使气体测量管22的内部的水与集水瓶23的内部的水之间的液位差为0；然后关闭排气阀210，将通气管21的内部与外部环境隔离，开始利用滴定组件1向反应瓶3滴定酸性溶液。由上述可知，通气管21上设有排气阀210时，通过对排气阀210的控制，在滴定组件1向反应瓶3滴定酸性溶液之前，便于将通气管21内部的气压与外部环境的气压调整到相等的状态，保证了CO2释放量测定的精确度。
应理解的是，为了加快反应速率，且使得反应瓶3的内部的CO2吸收剂充分的与酸性溶液进行充分的反应，如图2所示，本发明实施例的气体负载量测定装置还包括位于反应瓶3底部的磁力搅拌装置4。
当滴定组件1向反应瓶3滴定酸性溶液时，启动磁力搅拌装置4，在磁力搅拌装置4的作用下，酸性溶液与反应瓶3的内部的CO2吸收剂充分的接触，增加酸性溶液与CO2吸收剂的接触面积，从而加快了反应的速率，从而保证CO2吸收剂与酸性溶液充分反应。其中，磁力搅拌装置4的转速通常为100rpm～600rpm，不仅可以保证反应瓶3的内部的溶液不会产生飞溅而导致部分CO2吸收剂无法与酸性溶液发生反应，从而导致测定结果误差较大；而且可以将酸性溶液与CO2吸收剂进行充分的混合；
另外，采用磁力搅拌装置4只需在反应瓶3内部添加磁子，在反应瓶3外部设置磁力搅拌装置4，与设置在反应瓶3内部的搅拌器相比，便于实施，且不易损坏。
需要说明的是，参照图2，本发明实施例的气体负载量测定装置还包括支撑架5，支撑架5用于承载上述滴定组件气件1、气体测量组件2和反应瓶3。支撑架5一般为常用的铁架台等。
实施例二
本发明实施例还提供一种CO2负载量的测定方法。如图2和图3所示，该CO2负载量的测定方法包括：
步骤S100：将负载有CO2的CO2吸收剂置于反应瓶3内，获得CO2吸收剂的摩尔量。其中，CO2吸收剂的选择多种多样，可以为醇胺类吸收剂，例如CO2吸收剂为乙醇胺、二乙醇胺、N-甲基二乙醇胺中的一种或多种组合；也可以为氢氧化物，例如氢氧化钙、氢氧化钠等。鉴于乙醇胺具有吸收速率快、价格廉价的特点，通常选用乙醇胺作为CO2吸收剂。
其中，将负载有CO2的CO2吸收剂置于反应瓶3内，获得CO2吸收剂的摩尔量，参照图4，具体包括:
步骤S110：将负载有CO2的CO2吸收剂置于反应瓶3内；其中，CO2吸收剂的选择多种多样，可以为醇胺类吸收剂，例如CO2吸收剂为乙醇胺、二乙醇胺、N-甲基二乙醇胺中的一种或多种组合；也可以为氢氧化物，例如氢氧化钙、氢氧化钠等。鉴于乙醇胺具有吸收速率快、价格廉价的特点，通常选用乙醇胺作为CO2吸收剂。
步骤S150：利用滴定组件1向反应瓶3内滴定酸性溶液，直到负载有CO2的CO2吸收剂与酸性溶液反应至中性；根据酸性溶液的滴定体积、酸性溶液的摩尔浓度，获得CO2吸收剂的摩尔量。具体的，以乙醇胺作为CO2吸收剂为例，CO2吸收剂的摩尔量的具体运算如下:
nMEA＝CHCL×VHCL
步骤S200：利用滴定组件1向反应瓶3内滴定第二类酸性溶液，直到负载有CO2的CO2吸收剂停止释放CO2；利用气体测量组件2获取CO2释放量。其中，滴定组件1向反应瓶3内滴定第二类酸性溶液，CO2吸收剂会与第二类酸性溶液发生反应生成CO2，且由于滴定组件1向反应瓶3内添加第二类酸性溶液不会影响气体测量组件2检测到的气体增加量，因此，气体测量组件2测定的气体增加量即为反应瓶3内CO2吸收剂所释放的CO2释放量。
步骤S300：根据CO2吸收剂的摩尔量和CO2释放量，获得负载有CO2的CO2吸收剂的CO2负载量。具体的，以乙醇胺作为CO2吸收剂为例，CO2吸收剂的摩尔量的具体运算如下:
Figure BDA0002225702320000111
其中，α即为CO2吸收剂的CO2的负载量；A为气体体积转换为气体物质的量的转换系数，具体为A＝22.41L/mol；为毫升。另外，为了简化CO2负载量的分析与操作过程，上述第一类酸性溶液与上述第二类酸性溶液通常采用同一种酸性溶液，例如盐酸、硫酸等。
与现有技术相比，本发明提供的CO2负载量的测定方法的有益效果与上述技术方案提供气体负载量测定装置的有益效果相同，在此不做赘述。
可以理解的是，上述步骤S150中负载有CO2的CO2吸收剂与第一类酸性溶液反应至中性的判定方法并不唯一，鉴于反应指示剂能够通过颜色的变化直观的显示出CO2吸收剂是否转变为中性的状态，因此，通常采用反应指示剂来判断负载有CO2的CO2吸收剂是否呈中性，具体的，在利用滴定组件1向反应瓶3内滴定第一类酸性溶液之前，本发明实施例的CO2负载量的测定方法还包括：
步骤S130：向反应瓶3内添加反应指示剂。其中，反应指示剂可以为酚酞；此时，反应瓶3内的负载有CO2的CO2吸收剂转变为无色状态，表示步骤S500中负载有CO2的CO2吸收剂与第一类酸性溶液反应至中性。
为了加快反应速率，且使得反应瓶3的内部的CO2吸收剂充分的与酸性溶液进行充分的反应，在利用滴定组件1向所述反应瓶3内滴定酸性溶液之前，本发明实施例的CO2载量的测定方法还包括：
步骤140：利用磁力搅拌装置4搅拌反应瓶3内的负载有CO2的CO2吸收剂。具体的，磁力搅拌装置4位于反应瓶3的下方，在利用滴定组件1向所述反应瓶3内滴定酸性溶液之前，向反应瓶3内部加入磁子，然后启动磁力搅拌装置4，磁子在磁场的作用下在反应瓶3内运动，以搅拌反应瓶3内的负载有CO2的CO2吸收剂。其中，在第一滴定阶段，磁力搅拌装置4的转速优选为100rpm～300rpm；在第二滴定阶段，磁力搅拌装置的转速优选为300rpm～600rpm。
若反应瓶3内容纳的负载有CO2的CO2吸收剂较少，利用磁力搅拌装置搅拌反应瓶3内的CO2吸收剂时，容易导致CO2吸收剂飞溅。为了避免搅拌时反应瓶3内的CO2吸收剂出现飞溅的现象，反应瓶3内容纳较多的负载有CO2的CO2吸收剂，但这样会导致酸性溶液的消耗量较大，比较浪费，消耗成本较多。因此，为了避免搅拌时反应瓶3内的CO2吸收剂出现飞溅的现象，且尽量使用少的酸性溶液，在利用磁力搅拌装置4搅拌反应瓶3内的负载有CO2的CO2吸收剂前，本发明实施例的CO2负载量的测定方法还包括：
步骤S120：向反应瓶3内添加水。其中，水可以为去离子水，也可以根据实际情况选择。由于去离子水是指除去了呈离子形式杂质后的纯水，不会对CO2吸收剂的CO2负载量的测定产生影响，故通常选用去离子水。在这种情况下，磁力搅拌装置4可以对反应瓶3内的CO2吸收剂进行充分的搅拌，且不会导致反应瓶3内的CO2吸收剂出现飞溅的现象，同时，消耗的酸性溶液的量较少，成本较低。
当气体测量组件2包括通气管21、气体测量管22和集水瓶23时，参照图2和图5，上述步骤S200，包括：
步骤S210：调整集水瓶23与气体测量管22的相对位置，使气体测量管22与集水瓶23之间的液位差为0，获得气体测量管22内的初始液位刻度。利用滴定组件1向反应瓶3滴定第二类酸性溶液，直到气体测量管22中的液位停止变化。其中，调整集水瓶23与气体测量管22的相对位置，使气体测量管22与集水瓶23之间的液位差为0，此时读取的气体测量管22内的初始液位刻度代表了滴定组件1、反应瓶3和气体测量组件2内部的气体在外部环境的气压下的第一总体积刻度。可以理解的是，利用滴定组件1向反应瓶3滴定第二类酸性溶液，反应瓶3内的CO2吸收剂释放出CO2气体，导致通气管21内部的气压不断增加，从而推动气体测量管22内部的液体向下运动，气体测量管22内部的液位不断下降。因此，气体测量管22中的液位停止变化即代表CO2吸收剂停止释放CO2。
需要说明的是，由于本发明实施例提供的CO2负载量测定方法应用于实施例一中的气体负载量测定装置，其获取CO2释放量并不需要知道酸性溶液的滴定量。因此，上述步骤S610中调整集水瓶23与气体测量管22的相对位置，使气体测量管22与集水瓶23之间的液位差为0，获得气体测量管22内的初始液位刻度，可以在步骤S500之前进行，也可以在步骤S500之后进行。调整集水瓶23与气体测量管22的相对位置在步骤S500之前进行，相比于在步骤S500之后进行，其滴定的操作集中进行，CO2负载量的分析与操作过程更加便捷。
步骤S220：调整集水瓶23与气体测量管22的相对位置，使气体测量管22与集水瓶23之间的液位差为0，获得气体测量管22内的终点液位刻度。其中，调整集水瓶23与气体测量管22的相对位置，使气体测量管22与集水瓶23之间的液位差为0，此时读取的气体测量管22内的终点液位刻度代表了滴定组件1、反应瓶3和气体测量组件2内部的气体在外部环境的气压下的第二总体积刻度。
步骤S230：根据气体测量管22内的初始液位刻度和气体测量管22内的终点液位刻度，获得CO2释放量。由上述第一总体积刻度和第二总体积刻度可知，初始液位刻度和终点液位刻度的差值即为CO2的释放量。具体的，以乙醇胺作为CO2吸收剂为例，CO2的释放量的具体运算如下：
Figure BDA0002225702320000141
其中，
Figure BDA0002225702320000142
即为CO2释放量，V0为气体测量管22的初始液位刻度，V4为气体测量管22的终点液位刻度。与现有技术相比，气体测量管22内的终点液位刻度与初始液位刻度之差即为CO2的释放量，无需再剔除滴定组件1滴定的溶液的体积。
需要说明的是，本发明实施例的CO2负载量的测定方法，适用于各种气体负载量的测定，除了CO2，还可以是NH3、H2S，在利用上述气体负载量测定装置的情况下，将滴定溶液与反应瓶内的溶液进行有效的替换，均可简化对应气体负载量的分析与操作过程。
本发明实施例还提供了一种上述气体负载量测定装置在测定可溶性气体负载量中的应用。
与现有技术相比，本发明实施例提供的气体负载量测定装置在测定可溶性气体负载量中的应用的有益效果与上述技术方案提供气体负载量测定装置的有益效果相同，在此不做赘述。
其中，上述可溶性气体的种类并不唯一，例如：可溶性气体为CO2、NH3、H2S、SO2中的一种或多种组合，但并不仅限于此。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种气体负载量测定装置，包括滴定组件、气体测量组件和用于容纳气体吸收剂的反应瓶，所述滴定组件用于向所述反应瓶内滴定与所述气体吸收剂反应的溶液，其特征在于，所述气体测量组件具有第一接口和第二接口，所述第一接口与所述反应瓶连通，所述第二接口与所述滴定组件连通，所述第二接口用于将所述反应瓶和所述气体测量组件内部的气体转移到所述滴定组件内，以使所述滴定组件、所述气体测量组件和所述反应瓶三者构成压力平衡体系，其中，所述气体的转移量等于所述滴定组件滴定的溶液的滴定量。
2.根据权利要求1所述的气体负载量测定装置，其特征在于，所述滴定组件至少包括滴定管，所述滴定管的滴定端伸入所述反应瓶内，所述滴定管的管壁上设有与所述第二接口连通的通气孔。
3.根据权利要求2所述的气体负载量测定装置，其特征在于，所述滴定组件还包括用于容纳所述酸性溶液的广口瓶，所述广口瓶与所述滴定管连通。
4.根据权利要求1所述的气体负载量测定装置，其特征在于，所述气体测量组件包括通气管、气体测量管和集水瓶，所述通气管的第一端与所述滴定组件连通，所述通气管的第二端与所述反应瓶连通，所述通气管的第三端与所述气体测量管的第一端连通，所述气体测量管的第二端通过软管与所述集水瓶连通。
5.根据权利要求4所述的气体负载量测定装置，其特征在于，所述气体测量组件还包括设在所述通气管上的排气阀，所述排气阀与外界连通；和/或，
所述通气管包括主管、第一支管和第二支管，所述主管与所述气体测量管的第一端连通，所述滴定组件通过所述第一支管与所述主管连通，所述反应瓶通过所述第二支管与所述主管连通。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的气体负载量测定装置，其特征在于，还包括位于所述反应瓶底部的磁力搅拌装置。
7.一种CO2负载量的测定方法，其特征在于，应用权利要求1～6中任一项所述的气体负载量测定装置，包括：
将负载有CO2的CO2吸收剂置于反应瓶内，获得CO2吸收剂的摩尔量；
利用所述滴定组件向所述反应瓶内滴定第二类酸性溶液，直到所述负载有CO2的CO2吸收剂停止释放CO2；
利用气体测量组件获取CO2释放量；
根据所述CO2吸收剂的摩尔量和所述CO2释放量，获得所述负载有CO2的CO2吸收剂的CO2负载量。
8.根据权利要求7所述的CO2负载量的测定方法，其特征在于，将负载有CO2的CO2吸收剂置于反应瓶内，获得CO2吸收剂的摩尔量包括：
将负载有CO2的CO2吸收剂置于反应瓶内；
利用滴定组件向所述反应瓶内滴定第一类酸性溶液，直到负载有CO2的CO2吸收剂与所述第一类酸性溶液反应至中性；
根据所述第一类酸性溶液的滴定体积、所述第一类酸性溶液的摩尔浓度，获得CO2吸收剂的摩尔量。
9.根据权利要求8所述的CO2负载量的测定方法，其特征在于，在利用滴定组件向所述反应瓶内滴定第一类酸性溶液之前，还包括：向所述反应瓶内添加反应指示剂。
10.根据权利要求7所述的CO2负载量的测定方法，其特征在于，当所述气体测量组件包括通气管、气体测量管和集水瓶时，所述利用所述滴定组件向所述反应瓶内滴定第二类酸性溶液，直到所述负载有CO2的CO2吸收剂停止释放CO2包括：
调整所述集水瓶与所述气体测量管的相对位置，使所述气体测量管与所述集水瓶之间的液位差为0，获得气体测量管内的初始液位刻度；
利用所述滴定组件向所述反应瓶滴定第二类酸性溶液，直到所述气体测量管中的液位停止变化；
所述利用气体测量组件获取CO2释放量包括：
调整所述集水瓶与所述气体测量管的相对位置，使所述气体测量管与所述集水瓶之间的液位差为0，获得气体测量管内的终点液位刻度；
根据所述气体测量管内的初始液位刻度和所述气体测量管内的终点液位刻度，获得CO2释放量。
11.根据权利要求8所述的CO2负载量的测定方法，其特征在于，当所述CO2吸收剂的气体负载量测定装置包括磁力搅拌装置时，在利用滴定组件向所述反应瓶内滴定第一类酸性溶液之前，还包括：
利用所述磁力搅拌装置搅拌所述反应瓶内的负载有CO2的CO2吸收剂。
12.根据权利要求11所述的CO2负载量的测定方法，其特征在于，在利用所述磁力搅拌装置搅拌所述反应瓶内的负载有CO2的CO2吸收剂前，还包括：向所述反应瓶内添加水。
13.一种权利要求1～6中任一项所述的气体负载量测定装置在测定可溶性气体负载量中的应用。
14.根据权利要求13所述的气体负载量测定装置在测定可溶性气体负载量中的应用，其特征在于，所述可溶性气体为CO2、NH3、H2S、SO2中的一种或多种组合。
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