CN113340765B - 一种分子筛材料吸附性能检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分子筛材料吸附性能检测装置及方法,所述装置包括分子筛塔、抽真空机构及供气机构;所述分子筛塔具有一密闭的检测腔,所述检测腔内用于安装待检测的分子筛材料,所述检测腔内设置有第一温度检测器及第一压力检测器;所述抽真空机构包括真空泵,所述真空泵的进口与所述检测腔连通;所述供气机构的出口与所述检测腔连通。本发明提出的技术方案的有益效果是:本发明通过供气机构向检测腔内通入检测气体,通过第一温度检测器及第一压力检测器分别获取检测腔内的检测气体在吸附前及吸附后的温度和压强,从而得到检测气体的吸附量,从而作为判断分子筛塔内的分子筛吸附性能的评价指标,以利于分子筛材料的研究和开发。
Description
技术领域
本发明涉及分子筛性能检测技术领域,尤其是涉及一种分子筛材料吸附性能检测装置及方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高,越来越多的人更加关注自身健康和生活质量,家庭供氧正逐渐走进普通百姓家庭,尤其是患有慢性病的老人、孕妇、长期工作生活在高原缺氧地区的家庭。PSA制氧机具有使用简单、方便灵活的特点,是当前家庭制供氧的主流产品。制氧分子筛材料是PSA制氧机的关键核心材料,对PSA制氧机制氧性能起着决定性作用,对制氧分子筛材料进行研发升级是提升制氧机性能的重要途径。
分子筛材料的研发过程中需要检测研发出的分子筛的吸附性能,然而,现有技术中缺乏类似的检测装置与技术,从而对分子筛材料的研发造成不利的影响。
发明内容
有鉴于此,有必要提供一种分子筛材料吸附性能检测装置及方法,用以解决现有技术中缺乏可检测分子筛吸附性能的装置及技术的问题,从而促进分子筛材料的研发。
为了实现上述目的,第一方面,本发明提供了一种分子筛材料吸附性能检测装置,包括分子筛塔、抽真空机构及供气机构;
所述分子筛塔具有一密闭的检测腔,所述检测腔内用于安装待检测的分子筛材料,所述检测腔内设置有第一温度检测器及第一压力检测器;
所述抽真空机构包括真空泵,所述真空泵的进口与所述检测腔连通;
所述供气机构的出口与所述检测腔连通。
优选地,所述抽真空机构还包括第一气阀,所述第一气阀的一端与所述真空泵的进口连通,所述第一气阀的另一端与所述检测腔连通。
优选地,所述供气机构包括储气罐,所述储气罐具有一密闭的储气腔,所述储气腔与所述检测腔连通。
优选地,所述供气机构还包括减压阀,所述减压阀的一端与所述储气腔连通,所述减压阀的另一端与所述缓冲腔的进口连通。
优选地,所述的分子筛材料吸附性能检测装置还包括标定机构,所述标定机构包括缓冲罐、第二气阀、第三气阀、第二温度检测器及第二压力检测器;所述缓冲罐具有一密闭的缓冲腔,所述缓冲罐上开设有与所述缓冲腔连通的进口及出口,所述缓冲罐的进口与所述供气机构的出口连通,所述缓冲罐的出口与所述检测腔连通;所述第二气阀设置于所述缓冲罐的进口处;所述第三气阀设置于所述缓冲罐的出口处;所述第二温度检测器及所述第二压力检测器均设置于所述缓冲腔内。
优选地,所述的分子筛材料吸附性能检测装置还包括氧浓度检测机构,所述氧浓度检测机构包括氧浓度检测件及第四气阀,所述第四气阀的一端与所述氧浓度检测件的进口连通,所述第四气阀的另一端与所述检测腔连通。
优选地,所述氧浓度检测机构还包括过滤器,所述过滤器的进口与所述检测腔连通,所述过滤器的出口与所述第四气阀连通。
另一方面,本发明还提供了一种基于所述分子筛材料吸附性能检测装置的分子筛材料吸附性能检测方法,包括气体吸附量测试方法,所述气体吸附量测试方法包括:
获取所述测试腔的体积;
向所述测试腔内通入检测气体,其中,所述检测气体为氮气或氧气;
当检测气体完全通入测试腔后,获取此时检测腔内的检测气体的第一温度及第一压强;
等待预设时间后,获取检测腔内的检测气体的第二温度及第二压强;
通过测试腔的体积、第一温度及第一压强获取测试气体完全通入测试腔内的检测气体的第一物质的量;
通过测试腔的体积、第二温度及第二压强获取等待预设时间后测试腔内的检测气体的第二物质的量;
通过所述第一物质的量及所述第二物质的量,获取测试腔内的分子筛吸附的检测气体的物质的量。
优选地,所述获取所述测试腔的体积的方法包括:获取缓冲腔的体积;向缓冲罐内通入标定气体;获取缓冲罐内标定气体的第三温度和第三压强;使缓冲腔与检测腔连通,再获取检测腔内标定气体的第四温度及第四压强;通过缓冲腔的体积、第三温度、第三压强、第四温度及第四压强获取所述测试腔的体积。
优选地,所述的分子筛材料吸附性能检测方法还包括氮氧吸附比测试方法,所述氮氧吸附比测试方法包括:获取所述测试腔的体积;向所述测试腔内通入氮氧混合气体,其中,所述氮氧混合气体中氮气和氧气的第一比例为已知值;当氮氧混合气体完全通入测试腔后,获取此时检测腔内的氮氧混合气体的第五温度及第五压强;等待预设时间后,获取检测腔内的氮氧混合气体的第六温度、第六压强及此时氮气和氧气的第二比例;通过所述第一比例、所述第二比例、第五温度、第五压强、第六温度及第六压强,获取测试腔内的分子筛的氮氧吸附比。
与现有技术相比,本发明提出的技术方案的有益效果是:本发明通过供气机构向检测腔内通入检测气体(氮气或氧气),通过第一温度检测器及第一压力检测器分别获取检测腔内的检测气体在吸附前及吸附后的温度和压强,从而得到检测气体的吸附量,从而作为判断分子筛塔内的分子筛吸附性能的评价指标,以利于分子筛材料的研究和开发。
附图说明
图1是本发明提供的分子筛材料吸附性能检测装置的一实施例的结构示意图;
图2是图1中的分子筛材料吸附性能检测装置的立体结构示意图;
图3是本发明提供的分子筛材料吸附性能检测方法的一实施例中的气体吸附量检测方法的流程示意图;
图4是图3中获取所述测试腔的体积的方法的流程示意图;
图5是图4中的分子筛材料吸附性能检测方法的氮氧吸附比检测方法的流程示意图。
图中:1-分子筛塔、11-第一温度检测器、12-第一压力检测器、2-抽真空机构、21-真空泵、22-第一气阀、3-供气机构、31-储气罐、32-减压阀、4-标定机构、41-缓冲罐、42-第二气阀、43-第三气阀、44-第二温度检测器、45-第二压力检测器、5-氧浓度检测机构、51-氧浓度检测件、52-第四气阀、53-过滤器。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例,其中,附图构成本申请一部分,并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理,并非用于限定本发明的范围。
请参照图1,图1为本发明提供的分子筛材料吸附性能检测装置的结构示意图,所述分子筛材料吸附性能检测装置包括分子筛塔1、抽真空机构2及供气机构3。
请参照图1和图2,所述分子筛塔1具有一密闭的检测腔,所述检测腔内用于安装待检测的分子筛材料,所述检测腔内设置有第一温度检测器11及第一压力检测器12。所述抽真空机构2包括真空泵21,所述真空泵21的进口与所述检测腔连通。所述供气机构3的出口与所述检测腔连通。
本发明通过供气机构3向检测腔内通入检测气体(氮气或氧气),通过第一温度检测器11及第一压力检测器12分别获取检测腔内的检测气体在吸附前及吸附后的温度和压强,从而得到检测气体的吸附量,从而作为判断分子筛塔1内的分子筛吸附性能的评价指标,以利于分子筛材料的研究和开发。
为了控制真空泵21的进口与检测腔的连通或断开,请参照图1,在一优选的实施例中,所述抽真空机构2还包括第一气阀22,所述第一气阀22的一端与所述真空泵21的进口连通,所述第一气阀22的另一端与所述检测腔连通。
为了具体实现供气机构3的功能,请参照图1,在一优选的实施例中,所述供气机构3包括储气罐31,所述储气罐31具有一密闭的储气腔,所述储气腔与所述缓冲腔的进口连通。
为了防止从储气罐31排出的高压气体损坏装置,请参照图1,在一优选的实施例中,所述供气机构3还包括减压阀32,所述减压阀32的一端与所述储气腔连通,所述减压阀32的另一端与所述检测腔连通,本实施例中,减压阀32的设定压力为0.2MPa。
为了测量检测腔的有效容积,请参照图1,在一优选的实施例中,所述分子筛材料吸附性能检测装置还包括标定机构4,所述标定机构4包括缓冲罐41、第二气阀42、第三气阀43、第二温度检测器44及第二压力检测器45;所述缓冲罐41具有一密闭的缓冲腔,所述缓冲罐41上开设有与所述缓冲腔连通的进口及出口,所述缓冲罐41的进口与所述供气机构3的出口连通,所述缓冲罐41的出口与所述检测腔连通;所述第二气阀42设置于所述缓冲罐41的进口处;所述第三气阀43设置于所述缓冲罐41的出口处;所述第二温度检测器44及所述第二压力检测器45均设置于所述缓冲腔内。
为了便于通过本装置测量分子筛的氮氧吸附比,请参照图1,在一优选的实施例中,所述分子筛材料吸附性能检测装置还包括氧浓度检测机构5,所述氧浓度检测机构5包括氧浓度检测件51及第四气阀52,所述第四气阀52的一端与所述氧浓度检测件51的进口连通,所述第四气阀52的另一端与所述检测腔连通,本实施例中,所述氧浓度检测件51为3D离子流传感器。
为了防止杂质进入氧浓度检测件51内,请参照图1,在一优选的实施例中,所述氧浓度检测机构5还包括过滤器53,所述过滤器53的进口与所述检测腔连通,所述过滤器53的出口与所述第四气阀52连通,通过设置过滤器53,可防止杂质进入氧浓度检测件51内。
本发明还提供了一种基于所述分子筛材料吸附性能检测装置的分子筛材料吸附性能检测方法,包括气体吸附量测试方法,请参照图3,所述气体吸附量测试方法包括:
获取所述测试腔的体积;
向所述测试腔内通入检测气体,其中,所述检测气体为氮气或氧气;
当检测气体完全通入测试腔后,获取此时检测腔内的检测气体的第一温度及第一压强;
等待预设时间后,获取检测腔内的检测气体的第二温度及第二压强;
通过测试腔的体积、第一温度及第一压强获取测试气体完全通入测试腔内的检测气体的第一物质的量;
通过测试腔的体积、第二温度及第二压强获取等待预设时间后测试腔内的检测气体的第二物质的量;
通过所述第一物质的量及所述第二物质的量,获取测试腔内的分子筛吸附的检测气体的物质的量。
为了获取测试腔的体积,请参照图4,在一优选的实施例中,所述获取所述测试腔的体积的方法包括:
获取缓冲腔的体积;
向缓冲罐内通入标定气体;
获取缓冲罐内标定气体的第三温度和第三压强;
使缓冲腔与检测腔连通,再获取检测腔内标定气体的第四温度及第四压强;
通过缓冲腔的体积、第三温度、第三压强、第四温度及第四压强获取所述测试腔的体积。
为了通过本装置测量分子筛的氮氧吸附比,请参照图5,在一优选的实施例中,所述的分子筛材料吸附性能检测方法还包括氮氧吸附比测试方法,所述氮氧吸附比测试方法包括:
获取所述测试腔的体积;
向所述测试腔内通入氮氧混合气体,其中,所述氮氧混合气体中氮气和氧气的第一比例为已知值;
当氮氧混合气体完全通入测试腔后,获取此时检测腔内的氮氧混合气体的第五温度及第五压强;
等待预设时间后,获取检测腔内的氮氧混合气体的第六温度、第六压强及此时氮气和氧气的第二比例;
通过所述第一比例、所述第二比例、第五温度、第五压强、第六温度及第六压强,获取测试腔内的分子筛的氮氧吸附比。
为了便于更好地理解本发明,下面对本发明提供的分子筛材料吸附性能检测装置的具体操作步骤进行介绍,具体操作步骤包括:
S1、将待检测的分子筛装入所述检测腔内;
S2、对测试空间的体积进行标定,其中,所述测试空间为由所述第三气阀43、所述第四气阀52及所述第一气阀22限定的体积;
S3、测量获取所述待检测的分子筛的氮气吸附量;
S4、测量获取所述待检测的分子筛的氧气吸附量;
S5、测量获取所述待检测的分子筛的氮氧吸附比。
本发明通过容积已知的缓冲罐41标定测试空间的体积,通过分子筛塔1内设置的第二温度检测器44及第二压力检测器45分别检测得到吸附前及吸附后测试空间的温度值和压力值,再通过克拉伯龙方程计算得到吸附前及吸附后测试空间内的气体的物质的量,从而可得到分子筛吸附的气体的物质的量,以作为检测分子筛吸附性能的指标,有利于分子筛材料的研发。
具体地,所述步骤S2中,对测试空间的体积进行标定的具体方法包括:
S21、关闭第二气阀42及第四气阀52,并开启第三气阀43及第一气阀22,接着开启真空泵21,对缓冲罐41及分子筛塔1进行抽真空,抽真空完成后,记录第一压力检测器12的读数P0及第一温度检测器11的读数T0,根据克拉伯龙方程有:
n0=P0V2/RT0
其中,n0为抽真空完成时,测试空间内残余的气体的物质的量,V2为测试空间的体积。
S22、关闭第三气阀43及第一气阀22,并开启第二气阀42,通过供气机构3向缓冲罐41内通入氩气,再关闭第二气阀42,记录第二压力检测器45的读数P1及第二温度检测器44的读数T1,根据克拉伯龙方程有:
n1=P1V1/RT1
其中,n1为关闭第二气阀42后缓冲罐41内的氩气的物质的量,V1为缓冲罐41的容积,为已知值。
S23、开启第三气阀43,待第二压力检测器45的读数与第一压力检测器12的读数相等后(即气压稳定后),记录第一压力检测器21的读数P2及第一温度检测器11的读数T2,根据克拉伯龙方程有:
n2=P2(V1+V2)/RT2
其中,n2为气压稳定后缓冲罐41及测试空间内的气体的物质的量,且有n2=n1+n0,V1为缓冲罐41的容积,为已知值,V2为测试空间的体积。
S24、获取缓冲罐41的体积V1;
S25、根据P0、T0、P1、T1、P2、T2及V1,计算得到测试空间的体积,具体为:
V2=[T0(T2P1-T1P2)/T1(T0P2-T2P0)]*V1
其中,V2为测试空间的体积,V1为缓冲罐的体积。
通过上述公式,可对测试空间的体积进行标定,需要指出的是,每更换一次分子筛,则需重新标定一次测试空间的体积。测试空间的体积标定后,即可进行后续的检测。
具体地,所述步骤S3中,测量获取所述待检测的分子筛的氮气吸附量,具体包括:
S31、关闭第二气阀42及第四气阀52,并开启第三气阀43及第一气阀22,接着开启真空泵21,对缓冲罐41及分子筛塔1进行抽真空;
S32、抽真空完成后,关闭第三气阀43及第一气阀22,并开启第二气阀42,通过供气机构3向缓冲罐41内通入氮气;
S33、开启第三气阀43后迅速将其关闭,记录此时第一压力检测器12的读数P3及第一温度检测器11的读数T3,根据克拉伯龙方程有:
n3=P3V2/RT3
其中,为关闭第三气阀43后测试空间内的氮气的物质的量,V2为测试空间的体积。
S34、等待第一预设时间(5-20分钟)后,记录第一压力检测器12的读数P4及第一温度检测器11的读数T4;
S35、根据测试空间的体积、P3、T3、P4及T4得到被吸附的氮气的体积,具体为:
VN=nNR(273.2/101.3)
nN=V2/R(P3/T3-P4/T4)
其中,VN为被吸附的氮气的体积,R为气体常数,nN为被吸附的氮气的物质的量,从而可以根据上述公式计算出吸附的氮气的物质的量及体积,以作为检测分子筛吸附性能的一个指标。
步骤S4与步骤S3大致相同,区别在于步骤S4中,通过供气机构向缓冲罐内通入氧气而不是氮气。
具体地,所述步骤S5中,测量获取所述待检测的分子筛的氮氧吸附比,具体包括:
S51、关闭第二气阀42及第四气阀52,并开启第三气阀43及第一气阀22,接着开启真空泵21,对缓冲罐41及分子筛塔1进行抽真空;
S52、抽真空完成后,关闭第三气阀43及第一气阀22,并开启第二气阀42,通过供气机构3向缓冲罐41内通入氮氧含量比值为a的压缩空气;
S53、开启第三气阀43后迅速将其关闭,记录此时第一压力检测器的读数P5及第一温度检测器的读数T5,并得到吸附前氮气的物质的量nN以及氧气的物质的量nO,根据克拉伯龙方程有:
n5=P5V2/RT5
其中,n5为初始状态时测试空间内氮气和氧气的总的物质的量,且有:
nO+nN=n5
nN/nO=a
其中,nN为初始状态时测试空间内氮气的总的物质的量,nO为初始状态时测试空间内氧气的物质的量。
S54、等待第二预设时间后,记录第一压力检测器的读数P6及第一温度检测器的读数T6,根据克拉伯龙方程有:
n6=P6V2/RT+
其中,n6为吸附后残余的氮气和氧气的总的物质的量,
S55、开启第四气阀52,通过氧浓度检测件51检测得到分子筛塔内氮氧含量比值b,得到吸附后剩余的氮气的物质的量nN1及剩余的氧气的物质的量nO1;
nO1+nN1=n6
nN1/nO1=b
其中,nN1为吸附后残余的氮气的物质的量,nO1为吸附后残余的氧气的物质的量。
S56、根据吸附前氮气的物质的量nN及氧气的物质的量nO以及吸附后剩余的氮气的物质的量nN1及剩余的氧气的物质的量nO1,得到被吸附的氮气的物质的量以及被吸附的氧气的物质的量;
nN2=nN-nN1
nO2=nO-nO1
其中,nN2为被吸附的氮气的物质的量,nO2为被吸附的氧气的物质的量。
S57、根据被吸附的氮气的物质的量以及被吸附的氧气的物质的量得到被吸附的氮气与氧气的物质的量之比,具体为:
c=nN2/nO2
其中,c为被吸附的氮气与氧气的物质的量之比,nN2为被吸附的氮气的物质的量,nO2为被吸附的氧气的物质的量。
通过上述公式可计算得到待检测的分子筛的氮氧吸附比,以作为检测分子筛吸附性能的另一指标。
本发明的有益效果如下:
(1)通过容积已知的缓冲罐41标定测试空间的体积,从而便于后续测试试验中计算测试空间内的气体的物质的量;
(2)通过供气机构3向分子筛塔1内通入氮气,并通过第一温度检测器22及第一压力检测器21检测分子筛塔1内气压和温度的变化,从而可计算得到吸附的氮气的物质的量,作为判断分子筛吸附性能的第一个指标;
(3)通过供气机构3向分子筛塔1内通入氧气,并通过第一温度检测器22及第一压力检测器21检测分子筛塔1内气压和温度的变化,从而可计算得到吸附的氧气的物质的量,作为判断分子筛吸附性能的第二个指标;
(4)通过供气机构3向分子筛塔1内通入氮氧含量比值已知的压缩空气,通过第一温度检测器22及第一压力检测器21检测分子筛塔1内气压和温度的变化,并通过氧浓度检测件51检测得到吸附后分子筛塔内剩余的气体的氮氧含量比值,从而可计算得到待检测的分子筛的氮氧吸附比,作为判断分子筛吸附性能的第三个指标;
(5)通过上述三个指标综合判断分子筛的吸附性能,可使分子筛吸附性能判断更为准确,以更好地指导分子筛材料的研究开发。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式,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,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种分子筛材料吸附性能检测方法,其特征在于,该方法对应的分子筛材料吸附性能检测装置包括分子筛塔、抽真空机构及供气机构;
所述分子筛塔具有一密闭的检测腔,所述检测腔内用于安装待检测的分子筛材料,所述检测腔内设置有第一温度检测器及第一压力检测器;
所述抽真空机构包括真空泵,所述真空泵的进口与所述检测腔连通;
所述供气机构的出口与所述检测腔连通;
所述抽真空机构还包括第一气阀,所述第一气阀的一端与所述真空泵的进口连通,所述第一气阀的另一端与所述检测腔连通;
所述供气机构包括储气罐,所述储气罐具有一密闭的储气腔,所述储气腔与所述检测腔连通;
所述供气机构还包括减压阀,所述减压阀的一端与所述储气腔连通,所述减压阀的另一端与缓冲腔的进口连通;
分子筛材料吸附性能检测装置还包括标定机构,所述标定机构包括缓冲罐、第二气阀、第三气阀、第二温度检测器及第二压力检测器;
所述缓冲罐具有一密闭的缓冲腔,所述缓冲罐上开设有与所述缓冲腔连通的进口及出口,所述缓冲罐的进口与所述供气机构的出口连通,所述缓冲罐的出口与所述检测腔连通;
所述第二气阀设置于所述缓冲罐的进口处;
所述第三气阀设置于所述缓冲罐的出口处;
所述第二温度检测器及所述第二压力检测器均设置于所述缓冲腔内;
所述分子筛材料吸附性能检测装置还包括氧浓度检测机构,所述氧浓度检测机构包括氧浓度检测件及第四气阀,所述第四气阀的一端与所述氧浓度检测件的进口连通,所述第四气阀的另一端与所述检测腔连通;
所述分子筛材料吸附性能检测方法包括氮氧吸附比测试方法,所述氮氧吸附比测试方法包括:
(1)关闭第二气阀及第四气阀,并开启第三气阀及第一气阀,接着开启真空泵,对缓冲罐及分子筛塔进行抽真空;
(2)抽真空完成后,关闭第三气阀及第一气阀,并开启第二气阀,通过供气机构向缓冲罐内通入氮氧含量比值为a的压缩空气;
(7)根据被吸附的氮气的物质的量以及被吸附的氧气的物质的量得到被吸附的氮气与氧气的物质的量之比,具体为:
2.根据权利要求1所述的分子筛材料吸附性能检测方法,其特征在于,所述氧浓度检测机构还包括过滤器,所述过滤器的进口与所述检测腔连通,所述过滤器的出口与所述第四气阀连通。
3.根据权利要求1所述的分子筛材料吸附性能检测方法,其特征在于,还包括气体吸附量测试方法,所述气体吸附量测试方法包括:
获取所述检测腔的体积;
向所述检测腔内通入检测气体,其中,所述检测气体为氮气或氧气;
当检测气体完全通入检测腔后,获取此时检测腔内的检测气体的第一温度及第一压强;
等待预设时间后,获取检测腔内的检测气体的第二温度及第二压强;
通过检测腔的体积、第一温度及第一压强获取测试气体完全通入检测腔内的检测气体的第一物质的量;
通过检测腔的体积、第二温度及第二压强获取等待预设时间后检测腔内的检测气体的第二物质的量;
通过所述第一物质的量及所述第二物质的量,获取检测腔内的分子筛吸附的检测气体的物质的量。
4.根据权利要求3所述的分子筛材料吸附性能检测方法,其特征在于,所述获取所述检测腔的体积的方法包括:
获取缓冲腔的体积;
向缓冲罐内通入标定气体;
获取缓冲罐内标定气体的第三温度和第三压强;
使缓冲腔与检测腔连通,再获取检测腔内标定气体的第四温度及第四压强;
通过缓冲腔的体积、第三温度、第三压强、第四温度及第四压强获取所述检测腔的体积。
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