CN113418822A - 一种气体饱和吸附量测试仪器及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气体饱和吸附量测试仪器，包括保温腔体，所述保温腔体内设有一用于承载吸附材料的容器，所述容器的下部设有一重量传感器，用于测量所述容器内吸附材料的重量变化；所述重量传感器与设置在所述保温腔体外的数据采集处理系统电连接，实时测量所述吸附材料的重量变化；本发明通过设计一种测试仪器，结构简单，可以直接通过测量吸附材料的重量变化从而直接测得吸附材料的饱和吸附量，测试速度快且准备，适合在行业内大规模推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及测试仪器领域，尤其是涉及一种气体饱和吸附量测试仪器及测试方法。
背景技术
随着社会对环境治理的重视，目前环境保护领域的从业人员研发出越来越多可以吸附污染气体的材料。因每种材料的饱和吸附量都有一定的上限，因此对于如何测量材料的饱和吸附量对室内大气污染的治理、气体分离等均具有重要的意义。
目前对气体吸附的测定装置主要是采用基于Langmuir吸附等温方程式的BET法，即测定材料的等温吸附-脱附曲线，然后根据Langmuir吸附等温方程式推导出材料的比表面积，其测试原理是向样品管内连续通入一定比例的载气(He)和吸附质气体(N2)的混合气体，在低温下(液氮浴)使样品吸附平衡，升温，使被样品吸附的N2分子脱附出来，混合气体压力发生变化，被检测器检测，通过变化的压力得到待测样品吸附量；调节载气与吸附质气体的比例得到不同的分压点，反复进行上升、下降液氮杯进行吸附脱附，测得不同分压下的吸附量。因此BET法本质上是静态容量法。这种方法是目前最广泛应用的分析方法，但测定的结果仅仅是材料的比表面积，以此来衡量材料的可能吸附效果，并不是直接测定材料对特定气体的饱和吸附量，且这种方法需要用到液氮和氦气，需要在液氮条件下进行测定，对仪器设备的要求很高。
为测定材料对气体的饱和吸附量，研究者通过设计各种特定的吸附装置，其装置中不断通入待测定的气体，通过称量吸附装置中吸附材料的重量，当吸附材料的重量不再变化时可认为材料对待吸附气体达到饱和。增加的重量即为饱和吸附量。此方法直接用于测定材料的饱和吸附量。在实际应用中，饱和吸附需要的时间很长，许多材料可能需要几天的时间才能达到饱和。
除上面两种吸附测定装置外，有研究者设计特定装置，其包括待吸附气体进气控制器、装有吸附材料的吸附柱、吸附柱的出口连接气相色谱。通过气相色谱连续分析通过吸附柱被吸收后的载气的成分的变化来分析吸附材料对气体的穿透吸附量。本方法测定的是材料对特定气体的穿透吸附量，并不是材料对气体的饱和吸附量，且需要制作复杂的装置和用气相色谱测量。
为了弥补现有技术上的不足，急需提供一种能够经济实惠、操作简单、且能够快速测量出材料饱和吸附量的仪器。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种动态重量法来测量材料对特定气体的饱和吸附量的测试仪器。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种气体饱和吸附量测试仪器，包括保温腔体，所述保温腔体内设有一用于承载吸附材料的容器，所述容器的下部设有一重量传感器，用于测量所述容器内吸附材料的重量变化；所述重量传感器与设置在所述保温腔体外的数据采集处理系统电连接，实时测量所述吸附材料的重量变化。
进一步的技术方案中，所述保温腔体的上方还是设有与保温腔体内部连通的温度表和压力表。
进一步的技术方案中，还包括气体输送组件，所述气体输送组件包括气体管道、气体阀门，所述气体管道的一端连接外部气源，另一端接入到所述保温腔体内，所述气体阀门设置在所述气体管道位于所述保温腔体外面的部分。
进一步的技术方案中，还包括温度控制组件，所述温度控制组件包括热管、温控介质和介质阀门，所述热管的部分设置在所述保温腔体内，其他部分与位于所述保温腔体外，并且与用于装载所述温控介质的介质源连通，所述温控介质在所述热管内循环流通；所述介质阀门安装在所述热管位于所述保温腔体外的部分。
进一步的技术方案中，所述容器为柱状的开口式玻璃器皿。
进一步的技术方案中，所述保温腔体的侧壁上还设有一开合门。
本发明的另一个目的是提供一种饱和吸附量测试仪器的测试方法，步骤包括：开启数据采集处理系统，将需要测试的吸附材料平整放入到保温腔体的容器内，并将开合门关上，确保保温腔体与外部环境隔离；设定好需要的压力值和温度值后，温度控制组件将保温腔体内的温度调节至设定值，气体输送组件根据设定的压力值往保温腔体内输送；通过重量传感器检测待测材料的重量变化，根据数据采集处理系统根据重量变化计算出吸附量m，每过1-5min采集一次数据，当吸附量m与前一次的数据测算出来的吸附量相比变化偏差在0.1％之内，且在之后给定的时间10-15min内变化偏差也稳定在此区间，停止测量，取最后一次的测量数据计算得到的吸附量作为饱和吸附量m0
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过设计一种测试仪器，结构简单，可以直接通过测量吸附材料的重量变化从而直接测得吸附材料的饱和吸附量，测试速度快且准备，适合在行业内大规模推广应用。
附图说明
图1是测试仪器的整体结构示意图。
具体实施方式
以下仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供一种气体饱和吸附量测试仪器，包括保温腔体1，所述保温腔体1的上方还是设有与保温腔体1内部连通的温度表11和压力表12，所述保温腔体1的侧壁上还设有一开合门，所述保温腔体1内设有一用于承载吸附材料21的容器2，所述容器2为柱状的开口式玻璃器皿，所述容器2的下部设有一重量传感器3，用于测量所述容器2内吸附材料21的重量变化；所述重量传感器3与设置在所述保温腔体1外的数据采集处理系统6电连接，实时测量所述吸附材料21的重量变化。
在本实施例中，还包括气体输送组件4，所述气体输送组件4包括气体管道、气体阀门，所述气体管道的一端连接外部气源，另一端接入到所述保温腔体1内，所述气体阀门设置在所述气体管道位于所述保温腔体1外面的部分。
在本实施例中，还包括温度控制组件5，所述温度控制组件5包括热管、温控介质和介质阀门，所述热管的部分设置在所述保温腔体1内，其他部分与位于所述保温腔体1外，并且与用于装载所述温控介质的介质源连通，所述温控介质在所述热管内循环流通；所述介质阀门安装在所述热管位于所述保温腔体1外的部分。
在使用仪器进行测试时，先开启数据采集处理系统，将需要测试的吸附材料平整放入到保温腔体的容器内，并将开合门关上，确保保温腔体与外部环境隔离；设定好需要的压力值和温度值后，温度控制组件将保温腔体内的温度调节至设定值，气体输送组件根据设定的压力值往保温腔体内输送；通过重量传感器检测待测材料的重量变化，根据数据采集处理系统根据重量变化计算出吸附量m，每过1-10min采集一次数据，当吸附量m与前一次的数据测算出来的吸附量相比变化偏差在0.1％之内，且在之后给定的时间10-15min内变化偏差也稳定在此区间，停止测量，取最后一次的测量数据计算得到的吸附量作为饱和吸附量m0。
在进行数据处理时，假设吸附气体有气体a，b，…i，被材料所吸附，则a组分的吸附速率vaad＝kaadpa(1-θ)，a组分的脱附速率vade＝kadeθ，对于组分a，b，…i等，总吸附速率vad＝∑kiadpi(1-θ)，对于组分a，b，…i等，总脱附速率vde＝∑kideθ，总吸附速率v＝vad-vde＝∑kiadpi(1-θ)-∑kideθ。上述公式参数，θ覆盖率、kiadi组分的吸附系数、kidei组分的脱附系数、pi i组分的分压、m0饱和吸附量、m吸附量、t吸附时间。
由于覆盖率
当材料样品的原来重量为1g时，材料的吸附量m＝∫[∑kiadpi(1-θ)-∑kiaeθ]dt，材料对各组分球体的吸附量为mi＝∫[kiadpi(1-θ)-kideθ]dt，即总吸附量m＝∑mi。公式推导得到方程(1)：
当脱附速率相对吸附速率很低时，可近似认为∑kide＝0，则方程(1)可变为方程(2)：
设
则方程(2)可变为方程(3)：
实际测试中，可以通过测试数据动态求得m0，当m0的变化很小时，即可认为拟合结果为饱和吸附量。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种气体饱和吸附量测试仪器，其特征在于：包括保温腔体，所述保温腔体内设有一用于承载吸附材料的容器，所述容器的下部设有一重量传感器，用于测量所述容器内吸附材料的重量变化；所述重量传感器与设置在所述保温腔体外的数据采集处理系统电连接，实时测量所述吸附材料的重量变化。
2.根据权利要求1所述的一种气体饱和吸附量测试仪器，其特征在于：所述保温腔体的上方还是设有与保温腔体内部连通的温度表和压力表。
3.根据权利要求1所述的一种气体饱和吸附量测试仪器，其特征在于：还包括气体输送组件，所述气体输送组件包括气体管道、气体阀门，所述气体管道的一端连接外部气源，另一端接入到所述保温腔体内，所述气体阀门设置在所述气体管道位于所述保温腔体外面的部分。
4.根据权利要求1所述的一种气体饱和吸附量测试仪器，其特征在于：还包括温度控制组件，所述温度控制组件包括热管、温控介质和介质阀门，所述热管的部分设置在所述保温腔体内，其他部分与位于所述保温腔体外，并且与用于装载所述温控介质的介质源连通，所述温控介质在所述热管内循环流通；所述介质阀门安装在所述热管位于所述保温腔体外的部分。
5.根据权利要求1所述的一种气体饱和吸附量测试仪器，其特征在于：所述容器为柱状的开口式玻璃器皿。
6.根据权利要求1所述的一种气体饱和吸附量测试仪器，其特征在于：所述保温腔体的侧壁上还设有一开合门。
7.如权利要求1-6任一所述的测试仪器测试饱和吸附量的方法，其特征在于：开启数据采集处理系统，将需要测试的吸附材料平整放入到保温腔体的容器内，并将开合门关上，确保保温腔体与外部环境隔离；设定好需要的压力值和温度值后，温度控制组件将保温腔体内的温度调节至设定值，气体输送组件根据设定的压力值往保温腔体内输送；通过重量传感器检测待测材料的重量变化，根据数据采集处理系统根据重量变化计算出吸附量m，间隔1-5分钟采集一次数据，当吸附量m与前一次的数据测算出来的吸附量相比变化偏差在0.1％之内，且在之后给定的时间T内变化偏差也稳定在此区间，停止测量，取最后一次的测量数据计算得到的吸附量作为饱和吸附量m0。
8.根据权利要求7所述的测试饱和吸附量的方法，其特征在于：所述给定的时间T为10-15min。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210921 |