PL244295B1 - Sposób redukcji CO2 i układ do redukcji CO2 - Google Patents

Sposób redukcji CO2 i układ do redukcji CO2 Download PDF

Info

Publication number
PL244295B1
PL244295B1 PL442249A PL44224922A PL244295B1 PL 244295 B1 PL244295 B1 PL 244295B1 PL 442249 A PL442249 A PL 442249A PL 44224922 A PL44224922 A PL 44224922A PL 244295 B1 PL244295 B1 PL 244295B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
cuvette
heating
tank
vacuum pump
quartz
Prior art date
Application number
PL442249A
Other languages
English (en)
Other versions
PL442249A1 (pl
Inventor
Konrad Tudyka
Kacper Kłosok
Andrzej Rakowski
Original Assignee
Politechnika Slaska Im Wincent
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Slaska Im Wincent filed Critical Politechnika Slaska Im Wincent
Priority to PL442249A priority Critical patent/PL244295B1/pl
Publication of PL442249A1 publication Critical patent/PL442249A1/pl
Publication of PL244295B1 publication Critical patent/PL244295B1/pl

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/0055Radionuclides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest układ do redukcji CO2 charakteryzujący się tym, że do linii próżniowej ma wpięte dwie kwarcowe kuwety, gdzie kwarcowa kuweta (1) zawiera żelazo w postaci proszku, a kuweta kwarcowa (2) zawiera stop chromu korzystnie ANSI 304 lub ANSI 304L korzystnie w postaci proszku o granulacji poniżej 45 µm, zawory (3) i (4) łączą linię próżniową odpowiednio z pompą próżniową (5) oraz zbiornikiem z CO2 (6) odpowiednio, oraz kuwety osadzone są w układach do grzania i kontroli temperatury (7) i (8) które składają się z elementów grzejnych korzystnie wykonanych z taśm grzejnych w ceramicznych obudowach i mocach z zakresu od 10 do 300 W i termopar korzystnie typu K, oraz połączony z linią próżniową manometr (9). Przedmiotem wynalazku jest także sposób redukcji CO2.

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób redukcji CO2 i układ do redukcji CO2 dla pomiarów izotopu węgla 14C techniką akceleratorowej spektrometrii mas.
W naturalnym środowisku występują trzy izotopy węgla 12C, 13C oraz 14C. Izotop węgla 14C występujący w śladowych ilościach jest niestabilny jednak w naturalnym środowisku 14C jest cały czas produkowany w reakcji 14N(n,p)14C przez neutrony z wtórnego promieniowania kosmicznego. Z tego powodu, w pierwszym przybliżeniu, izotop węgla występuje w atmosferze w stałej koncentracji i ma szerokie zastosowania. Wykorzystywany jest między innymi do określania zawartości biokomponentów czy datowania radiowęglowego. W próbach pochodzących ze współczesnej biosfery zawartość 14C zanika wykładniczo z okresem połowicznego rozpadu 14C wynoszącym 5700 lat. Umożliwia to identyfikację pochodzenia węgla w materiałach oraz datowanie metodą radiowęglową. Wykorzystując akceleratorową spektrometrię mas można zmierzyć śladowe zawartości 14C w badanym materiale. W celu wykonania takiego pomiaru, próbę w postaci CO2 sprowadza się do CO a następnie do C, który osadzony jest na proszku Fe. Tak spreparowana próba przeznaczona jest do pomiarów zawartości 14C w akceleratorowej spektrometrii mas.
Próby CO2 redukuje się do C z wykorzystaniem reakcji z gazem H2 lub metalicznym Zn. Reakcja z gazem H2 może być niebezpieczna i wymaga specjalnie dedykowanych linii oraz przystosowanego laboratorium. Natomiast reakcja z metalicznym Zn przeprowadzona jest zazwyczaj w temperaturze powyżej 690 K, w której Zn sublimuje i osadza się na elementach układu do redukcji CO2.
Znany jest proces korozji stali AISI 304L w wysokiej temperaturze w obecności CO2 (F. Goutier, S. Valette, A. Vardelle, P. Lefort, 2010. Oxidation of stainless steel 304L in carbon dioxide, Corrosion Science, 52(7) 2403-2412, DOI: 10.1016/j.corsci.2010.03.022). CO2 reaguje z powierzchnią stali AISI 304L, tworząc tlenki chromu oraz żelaza, w wyniku czego redukuje się do postaci CO.
Celem wynalazku jest opracowanie takiego układu i sposobu redukcji CO2 dla pomiarów izotopu węgla 14C techniki akceleratorowej spektrometrii mas, który będzie umożliwiał przeprowadzenie reakcji w alternatywny sposób do najszerzej stosowanych metod wykorzystujących gaz H2 lub metaliczny Zn.
Sposób według wynalazku ma zastosowanie w preparatyce prób do pomiarów zawartości izotopu węgla 14C, wykonanych akceleratorową spektrometrią mas dla potrzeb określania zawartości biokomponentów oraz datowania radiowęglowego.
Sposób według wynalazku może być stosowany przez komercyjne laboratoria, specjalizujące się w pomiarach zawartości biokomponentów oraz datowaniu radiowęglowym. Metoda eliminuje konieczność użycia H2 który jest skrajnie łatwopalny i może być wybuchowy oraz eliminuje konieczność użycia cynku, który sublimuje podczas reakcji redukcji.
Istotą wynalazku jest układ do redukcji CO2 gdzie do linii próżniowej ma wpięte dwie kwarcowe kuwety, gdzie jedna kwarcowa kuweta zawiera żelazo w postaci proszku, a druga kuweta kwarcowa zawiera stop chromu korzystnie ANSI 304 lub ANSI 304L korzystnie w postaci proszku o granulacji poniżej 45 μm, zawór pompy próżniowej oraz zawór zbiornika CO2 łączy linię odpowiednio z pompą próżniową oraz zbiornikiem z CO2, kuwety osadzone są w układzie ogrzewania i kontroli temperatury kuwety z żelazem w postacie proszku oraz układzie ogrzewania i kontroli temperatury kuwety zawierającej stop Cr, które składają się z elementów grzejnych korzystnie wykonanych z taśm grzejnych w ceramicznych obudowach i mocach z zakresu od 10 do 300 W i termopar korzystnie typu K, linia próżniowa ma wbudowany manometr do kontroli ciśnienia.
Istotą wynalazku jest także sposób redukcji CO2 polegający na tym, że żelazo korzystnie w ilości od 0,001 do 20 mg umieszczone jest w kwarcowej kuwecie wygrzewa w układzie ogrzewania i kon troli temperatury kuwety z żelazem w postacie proszku w powietrzu atmosferycznym w temperaturze od 300 do 800 K korzystnie 570 K w czasie od 1 do 1000 min korzystnie 60 min, następnie otwiera zawor pompy próżniowej co usuwa powietrze pompą próżniową aż do otrzymania ciśnienia w linii próżniowej od 0 do 102 Pa, zamyka się pompy próżniowej, otwiera zawór zbiornika CO2 i ze zbiornikiem z CO2 wprowadza się porcję CO2 w ilości od 1 do 200 mg, zamyka się zawór zbiornika CO2 odcinając zbiornik z CO2 i podgrzewa kwarcową kuwetę z żelazem w postaci proszku do temperatury od 300 do 1200 K korzystnie 770 K oraz kuwetę ze stopem zawierającym chrom korzystnie ANSI 304 lub ANSI 304L o masie od 0,01 do 5 g, korzystnie w postaci walców, do temperatury od 300 do 1500 K korzystnie 1300 K, co prowadzi do zainicjowania w kwarcowej kuwecie reakcji 3CO2 + 2Cr -^- 3CO + &2O3, a w kuwecie reakcji 2CO ^ CO2 + C, przy czym reakcja przestaje przebiegać w momencie kiedy ciśnienie przestaje się zmniejszać w układzie.
Sposób według wynalazku polega na tym, że redukcja CO2 do CO dokonywana jest z wykorzystaniem stopu chromu zawierającego chrom w zakresie temperatur od 700 do 1300 K pod ciśnieniem z zakresu od 0 do 105 Pa. W wyniku reakcji powstaje CO, który na katalizatorze Fe tworzy C oraz CO2 zgodnie z reakcją Boudouarda. CO2 jest ponownie redukowany i reakcje przebiegają cyklicznie tą samą ścieżką.
Sposób według wynalazku zostanie ujawniony w poniższych przykładach wykonania.
Przykład I.
W kwarcowej kuwecie (1) znajduje się 1 mg Fe w postaci proszku, natomiast w kuwecie kwarcowej (2) znajduje się 0,6 g stali nierdzewnej AISI 304 w postaci walców o długościach 4 cm i średnicach 0,5 mm. Kuwety (1) i (2) wpięte są do linii próżniowej przy zamkniętych zaworach (3) i (4). W linii próżniowej za zaworem (3) znajduje się pompa próżniowa (5). W linii próżniowej za zaworem (4) znajduje się zbiornik CO2 (6).
Kuwety (1) i (2) osadzone są w układach do grzania i kontroli temperatury (7) i (8). Układy (7) i (8) składające się z elementu grzewczego oraz termopary, i są podłączone do układu sterującego, i utrzymującego zadaną temperaturę pieców. Elementy grzewcze i kontroli temperatury (7) i (8) składają się z taśm grzejnych o mocach 200 W każda, umieszczonych w ceramicznej obudowie, zaś kontrola temperatury odbywa się przy pomocy termopary typu K.
Sposób redukcji polega na tym, że żelazo w kuwecie (1) wygrzewa się wstępnie w powietrzu atmosferycznym w temperaturze 570 K w czasie 60 min. Po 60 min otwiera się zawór (3) układu i przy pomocy pompy próżniowej (5) usuwa się powietrze, aż do otrzymania ciśnienia w układzie 102 Pa. Kontrola ciśnienia odbywa się przy pomocy manometru (9). Następnie zamyka się zawór (3), otwiera zawór (4) i wprowadza do układu próbę ze zbiornika CO2 (6). Wprowadza się 8 mg CO2. Następnie zawór (4) zamyka się i podgrzewa kuwety (1) i (2) odpowiednio do temperatur 770 i 1300 K. W kwarcowej kuwecie (2) ze stalą nierdzewną AISI 304 zawierającą chrom w 1300 K następuje reakcja
3CO2 + 2Cr ^ 3CO + Cr2O3, natomiast w kuwecie (1) która zawiera proszek Fe w temperaturze 770 K następuje reakcja
2CO ^ CO2 + C.
Stal AISI 304 zawiera 18-20% Cr, 8-10,5% Ni, max 0,08% C, max 2% Mn, max 0,045 P, max 0,03% S, max 1% Si, resztę stanowi żelazo. Węgiel (C) osadza się na powierzchni żelaza, co w układzie objawia się spadkiem ciśnienia, który można śledzić przy pomocy manometru (9). Po zakończeniu reakcji ciśnienie przestaje spadać i osiąga stałą wartość poniżej 104 Pa.
Ze względu na przeprowadzenie reakcji w zamkniętym obiegu oraz ścieżkę reakcji proces pozwala zredukować powyżej 80% CO2 do C. Węgiel (C) osadzony na żelazie w kuwecie kwarcowej (1) jest przeznaczony do pomiaru w akceleratorowym spektrometrze mas zawartości 14C w próbie.
Przykład II.
Przykład II różni się od przykładu I tym, że w kuwecie kwarcowej (2) znajduje się 0,4 g stali nierdzewnej AISI 304L w postaci walców o długościach 5 cm i średnicach 3 mm.
Kuwety (1) i (2) wpięte są do linii próżniowej przy zamkniętych zaworach (3) i (4). W linii próżniowej za zaworem (3) znajduje się pompa próżniowa (5). W linii próżniowej za zaworem (4) znajduje się zbiornik CO2 (6).
Kuwety (1) i (2) osadzone są w układach do grzania i kontroli temperatury (7) i (8). Układy (7) i (8) składające się z elementu grzewczego oraz termopary są podłączone do układu sterującego, i utrzymującego zadaną temperaturę pieców. Elementy grzewcze i kontroli temperatury (7) i (8) składają się z taśm grzejnych o mocach 300 W każda, umieszczonych w ceramicznej obudowie, zaś kontrola temperatury odbywa się przy pomocy termopary typu K.
Sposób redukcji polega na tym, że żelazo w kuwecie (1) wygrzewa się wstępnie w powietrzu atmosferycznym w temperaturze 570 K w czasie 90 min. Po 60 min otwiera się zawór (3) układu i przy pomocy pompy próżniowej (5) usuwa się powietrze, aż do otrzymania ciśnienia w układzie 102 Pa. Kontrola ciśnienia odbywa się przy pomocy manometru (9). Następnie zamyka się zawór (3), otwiera zawór (4) i wprowadza do układu próbę ze zbiornika CO2 (6). Wprowadza się 4 mg CO2. Następnie zawór (4) zamyka się i podgrzewa kuwety (1) i (2) odpowiednio do temperatur 830 i 1300 K. W kwarcowej kuwecie (2) ze stalą nierdzewną AISI 304L zawierającą chrom w 1300 K następuje reakcja
3CO2 + 2Cr ^ 3CO + Cr2O3, natomiast w kuwecie (1) która zawiera proszek Fe w temperaturze 830 K następuje reakcja
2CO ^ CO2 + C.
Stal AISI 304L zawiera 17-19,5% Cr, 8-10,5% Ni, max 0,03% C, max 2% Mn, max 0,045% P, max 0,03% S, max 1% Si, max 0,11% N, resztę stanowi żelazo.
Węgiel (C) osadza się na powierzchni żelaza, co w układzie objawia się spadkiem ciśnienia, który można śledzić przy pomocy manometru (9). Po zakończeniu reakcji ciśnienie przestaje spadać i osiąga stałą wartość poniżej 104 Pa.
Ze względu na przeprowadzenie reakcji w zamkniętym obiegu oraz ścieżkę reakcji proces pozwala zredukować powyżej 80% CO2 do C. Węgiel (C) osadzony na żelazie w kuwecie kwarcowej (1) jest przeznaczony do pomiaru w akceleratorowym spektrometrze mas zawartości 14C w próbie.
Wykaz oznaczeń:
1. Kwarcowa kuweta z żelazem w postaci proszku
2. Kuweta kwarcowa zawierająca stop chromu
3. Zawór pompy próżniowej
4. Zawór zbiornika z CO2
5. Pompa próżniowa
6. Zbiornik z CO2
7. Układ ogrzewania i kontroli temperatury kuwety z żelazem w postaci proszku
8. Układ ogrzewania i kontroli temperatury kuwety zawierającej stop chromu
9. Manometr

Claims (2)

1. Układ do redukcji CO2 zawierający zawory, pompę próżniową, zbiornik CO2, układ grzania i kontroli temperatury kuwet znamienny tym, że do linii próżniowej ma wpięte dwie kwarcowe kuwety, gdzie kwarcowa kuweta (1) zawiera żelazo w postaci proszku, a kuweta kwarcowa (2) zawiera stop chromu korzystnie ANSI 304 lub ANSI 304L korzystnie w postaci proszku o granulacji poniżej 45 μm, zawory pompy próżniowej (3) i zawory zbiornika z CO2 (4) łączą linię próżniową odpowiednio z pompą próżniową (5) oraz zbiornikiem z CO2 (6) odpowiednio, oraz kuwety osadzone są w układach ogrzewania i kontroli temperatury kuwety z żelazem w postaci proszku (7) i ogrzewania i kontroli temperatury kuwety zawierającej stop chromu (8) które składają się z elementów grzejnych korzystnie wykonanych z taśm grzejnych w ceramicznych obudowach i mocach z zakresu od 10 do 300 W i termopar korzystnie typu K, oraz połączony z linią próżniową manometr (9).
2. Sposób redukcji CO2 znamienny tym, że żelazo korzystnie w ilości od 0,001 do 20 mg umieszczone jest w kwarcowej kuwecie (1) wygrzewa się wstępnie w powietrzu atmosferycznym w temperaturze od 300 do 800 K korzystnie 570 K w czasie od 1 do 1000 min korzystnie 60 min, następnie otwiera zawór pompy próżniowej (3) co usuwa powietrze pompą próżniową (5) aż do otrzymania ciśnienia w linii próżniowej od 0 do 102 Pa, zamyka się zawór pompy próżniowej (3), otwiera zawór zbiornika z CO2 (4) i ze zbiornikiem z CO2 (6) wprowadza się porcję CO2 w ilości od 1 do 200 mg, zamyka się zawór zbiornika z CO2 (4) odcinając zbiornik z CO2 (6) i podgrzewa kuwetę (1) do temperatury od 300 do 1200 K korzystnie 770 K oraz kuwetę (2) ze stopem zawierającym chrom korzystnie ANSI 304 lub ANSI 304L o masie od 0,01 do 5 g, korzystnie w postaci walców, do temperatury od 300 do 1500 K korzystnie 1300 K, co prowadzi do zainicjowania w kwarcowej kuwecie (2) reakcji 3CO2 + 2Cr ^ 3CO + C2O3, a w kuwecie (1) reakcji 2CO ^ CO2 + C, przy czym reakcja przestaje przebiegać w momencie kiedy ciśnienie przestaje się zmniejszać w układzie, przy czym w sposób otrzymuje się w układzie reedukacji CO2 zawierającym zawory, pompę próżniową, zbiornik CO2, układ grzania i kontroli temperatury kuwet gdzie do linii próżniowej są wpięte dwie kwarcowe kuwety, i kwarcowa kuweta (1) zawiera żelazo w postaci proszku, a kuweta kwarcowa (2) zawiera stop chromu korzystnie ANSI 304 lub ANSI 304L korzystnie w postaci proszku o granulacji poniżej 45 μm, zawory pompy próżniowej (3) i zawory zbiornika z CO2 (4) łączą linię próżniową odpowiednio z pompą próżniową (5) oraz zbiornikiem z CO2 (6) odpowiednio, oraz kuwety osadzone są w układach
PL 244295 Β1 ogrzewania i kontroli temperatury kuwety z żelazem w postaci proszku (7) i ogrzewania i kontroli temperatury kuwety zawierającej stop chromu (8) które składają się z elementów grzejnych korzystnie wykonanych z taśm grzejnych w ceramicznych obudowach i mocach z zakresu od 10 do 300 W i termopar korzystnie typu K, oraz połączony z linią próżniową manometr (9).
PL442249A 2022-09-12 2022-09-12 Sposób redukcji CO2 i układ do redukcji CO2 PL244295B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL442249A PL244295B1 (pl) 2022-09-12 2022-09-12 Sposób redukcji CO2 i układ do redukcji CO2

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL442249A PL244295B1 (pl) 2022-09-12 2022-09-12 Sposób redukcji CO2 i układ do redukcji CO2

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL442249A1 PL442249A1 (pl) 2023-06-05
PL244295B1 true PL244295B1 (pl) 2024-01-03

Family

ID=86701173

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL442249A PL244295B1 (pl) 2022-09-12 2022-09-12 Sposób redukcji CO2 i układ do redukcji CO2

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL244295B1 (pl)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL447622A1 (pl) * 2024-01-26 2024-08-12 Politechnika Śląska Układ do redukcji CO2 i sposób redukcji CO2 dla pomiarów izotopu węgla ¹⁴C techniką akceleratorowej spektrometrii mas z użyciem mieszaniny cynku i tlenku cynku
PL448290A1 (pl) * 2024-04-12 2025-10-13 Politechnika Śląska Układ do procesu grafityzacji dla potrzeb pomiarów stosunków izotopów węgla 14C, 13C i 12C przy pomocy spektrometrii mas

Also Published As

Publication number Publication date
PL442249A1 (pl) 2023-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
PL244295B1 (pl) Sposób redukcji CO2 i układ do redukcji CO2
US4288062A (en) Apparatus for control and monitoring of the carbon potential of an atmosphere in a heat-processing furnace
US5907091A (en) Procedure and device for the measurement of water vapor transfer through textiles and other plate-like materials
US4775633A (en) Detection of hydrazine compounds in gaseous samples by their conversion to nitric oxide-yielding derivatives
PL245504B1 (pl) Sposób redukcji CO2 i układ do redukcji CO2
Gourishankar et al. Revision of the enthalpies and Gibbs energies of formation of calcium oxide and magnesium oxide
Robertson The decomposition, boiling and explosion of trinitrotoluene at high temperatures
Rouillard et al. Benefits of gas phase analysis facility using isotopically labelled gases for the understanding of gas–solid reactions: Reactivity of iron and mild steel in O2, CO2 and CO2/O2 environments
US3451256A (en) Apparatus for the determination of carbon in a fluid
Lynch et al. Kinetics of the Oxidation of CaS
Mintz Problems in experimental measurements of dust explosions
Brown Thermogravimetry (TG)
US5628044A (en) Pure iron-zinc intermetallic galvanneal calibration standards
Mrowec et al. A new thermobalance for studying the kinetics of high-temperature sulfidation of metals
RU2814441C1 (ru) Установка для исследований процесса взаимодействия взрывоопасных, и/или токсичных, и/или химически агрессивных газов с металлами, сплавами и материалами
Danielewski et al. Microthermogravimetric studies of the kinetics and thermodynamics of heterogeneous reactions in sulfur-containing atmospheres
US3812718A (en) Cased heat resistant alloy to reduce mercury corrosion
JPS6316264A (ja) ステンレス鋼中の炭素含有量の定量的非破壊鑑別法
Shiels et al. Nitrogen transfer in austenitic sodium heat transport systems
Lohrmann Quality Assurance Method for Gas Nitriding and Nitrocarburizing by Application
Duswalt Novel methods for gas generating reactions
Rusiecki et al. New thermobalance for studying the kinetics of high temperature reactions in sulphur atmospheres
Zhong et al. Henrian activity coefficient of Pb in Cu-Fe mattes and white metal
Gil Methods for Measuring Gaseous Corrosion Rates
Katlinskii et al. Diffusion of hydrogen in molybdenum