RU2174228C2 - Способ определения константы скорости сорбции кислорода - Google Patents
Способ определения константы скорости сорбции кислородаInfo
- Publication number
- RU2174228C2 RU2174228C2 RU99123850A RU99123850A RU2174228C2 RU 2174228 C2 RU2174228 C2 RU 2174228C2 RU 99123850 A RU99123850 A RU 99123850A RU 99123850 A RU99123850 A RU 99123850A RU 2174228 C2 RU2174228 C2 RU 2174228C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxygen
- chromatographic column
- outlet
- air
- inlet
- Prior art date
Links
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 64
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 60
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 12
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 8
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract 1
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 abstract 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 11
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 7
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium(0) Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous Effects 0.000 description 2
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 239000002274 desiccant Substances 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 1
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к физико-химическим методам исследования свойств материалов с помощью газовой хроматографии. Сущность способа: навеску исследуемого материала помещают в хроматографическую колонку и продувают газом-носителем, в поток которого вводят дозу воздуха. На выходе воздух разделяют на кислород и азот. В процессе исследования определяют время сорбции кислорода из воздуха, площади пиков кислорода и азота, а также величины давления на входе и выходе хроматографической колонки. Величину константы скорости сорбции кислорода определяют по математической формуле. Технический результат - повышение точности исследований за счет приближения их к естественным условиям взаимодействия кислорода воздуха с исследуемым материалом.
Description
Изобретение относится к физико-химическим методам исследования свойств материалов с помощью газовой хроматографии и может быть использовано при определении характеристики химической активности углей, углистых пород, сульфидов и подобных материалов, а именно константы скорости хемосорбции кислорода, являющейся одним из основных показателей активности материалов к окислению и самовозгоранию.
Известен объемный способ определения константы скорости сорбции кислорода, заключающийся в том, что исследуемый материал помещают в герметичный сосуд, заполненный воздухом, по истечении определенного времени измеряют убыль кислорода в нем, а затем определяют по математической формуле величину константы и скорость сорбции кислорода (В.С. Веселовский и др. Самовозгорание промышленных материалов. "Наука", М., 1964, с. 57-58).
Основными недостатками известного способа являются длительность процесса (более 7 сут) и трудоемкость. Константа скорости сорбции зависит от многих факторов, особенно от температуры, степени измельчения и увлажнения материала, поэтому смоделировать все условия весьма сложно, что отражается на точности известного способа.
Известен также способ исследования скорости сорбции молекулярного кислорода каменными углями с использованием газовой хроматографии (Ж. "Химия твердого топлива". Наука, М., Академия наук СССР, 1972, N 5, С. 145-147). Сущность известного способа заключается в том, что хроматографическую колонку с навеской исследуемого материала фракции 0,4-0,63 мм помещают в термостат хроматографа с детектором по теплопроводности, продувают колонку заданное время газом-носителем (гелием), в который вводят дозу чистого кислорода в объеме 0,5 мл, и измеряют площадь пика кислорода на входе и выходе хроматографической колонки, а константу скорости сорбции кислорода определяют по математической формуле:
где Qвх/Qвых - отношение объемов нанесенного и проявленного кислорода;
tр - время удерживания кислорода исследуемым материалом, ч.
где Qвх/Qвых - отношение объемов нанесенного и проявленного кислорода;
tр - время удерживания кислорода исследуемым материалом, ч.
Преимуществом известного способа перед объемным способом определения константы скорости сорбции кислорода является значительное сокращение затрат времени на исследование. Недостатки известного способа связаны в основном с использованием в нем чистого кислорода. В естественных условиях кислород сорбируется материалом из воздуха и в определенных случаях присутствие в воздухе других элементов, в частности азота, может оказывать влияние на измеряемые параметры и, в конечном счете, на точность способа, кроме того, использование чистого кислорода связано с повышенной опасностью его воспламенения.
Предложен способ определения константы скорости сорбции кислорода исследуемым материалом с использованием газовой хроматографии, принципиальным отличием которого от известного является использование воздуха вместо чистого кислорода. Способ включает помещение навески исследуемого материала в хроматографическую колонку, продувку ее газом-носителем с вводом в поток кислорода и измерение времени удерживания кислорода и площадей пиков кислорода на входе и выходе хроматографической колонки с последующим определением величины константы скорости сорбции кислорода по математической формуле. Отличием способа является то, что кислород вводят в поток газа-носителя в составе дозы воздуха, причем на выходе из хроматографической колонки воздух разделяют на кислород и азот и дополнительно измеряют площади пиков азота на входе и выходе из колонки, а константу скорости сорбции кислорода определяют по математической формуле:
где K - константа скорости сорбции кислорода, м3кг-1с-1;
V - объем кислорода, введенного с дозой воздуха газом-носителем в хроматографическую колонку, м3;
τ- время сорбции кислорода исследуемым материалом, с;
соответственно площади пика кислорода на входе и выходе хроматографической колонки, см2;
соответственно площади пика азота на входе и выходе хроматографической колонки, см2;
q - масса навески исследуемого материала, кг;
J - поправочный коэффициент, определяемый по формуле:
где Pр, P0 - соответственно давление на входе и выходе хроматографической колонки, Па.
где K - константа скорости сорбции кислорода, м3кг-1с-1;
V - объем кислорода, введенного с дозой воздуха газом-носителем в хроматографическую колонку, м3;
τ- время сорбции кислорода исследуемым материалом, с;
q - масса навески исследуемого материала, кг;
J - поправочный коэффициент, определяемый по формуле:
где Pр, P0 - соответственно давление на входе и выходе хроматографической колонки, Па.
Применение предлагаемого способа позволяет снизить отклонения полученной величины константы в серии замеров для одних и тех же материалов до ±10%, в то время как в способе по прототипу отклонения могут достигать ±18-20%. Наряду с повышением точности определения предлагаемый способ проще и безопаснее в осуществлении.
Сущность способа определения константы скорости сорбции кислорода поясняется примером.
Пример.
Для определения константы скорости сорбции кислорода каменным углем навеску измельченного угля помещают в хроматографическую колонку, которую устанавливают в термостат газового хроматографа с детектором по теплопроводности. Хроматографическую колонку продувают газом-носителем, например гелием при расходе его 30 см3/мин. В поток газа-носителя вводят дозу воздуха в количестве 0,5 мл. Проходя через хроматографическую колонку кислород из воздуха частично сорбируется углем, частично элюируется из колонки. При необходимости, на выходе из колонки газовый поток пропускают через колонку с осушителем, например цеолитом марки КА фракции 0,5-0,25 мм. Разделение выходящего воздуха на кислород и азот производят в разделительной колонке с сорбентом, например цеолитом марки NaКЭ фракции 0,50-0,25 мм. На выходе из хроматографической колонки интегратор регистрирует время удерживания кислорода, а также площади пиков кислорода 
и азота 
. Кроме этого, при помощи датчиков давления, встроенных в хроматограф, фиксируют давление на входе и выходе Pр и выходе P0 хроматографической колонки.
Количество кислорода и азота на входе в хроматографическую колонку является постоянным и равным содержанию этих компонентов в атмосферном воздухе - соответственно 20,95% и 79,05%. Площади пиков кислорода и азота на входе 
определяют путем продувки газа-носителя с дозой воздуха 0,5 мл через пустую хроматографическую колонку с последующим разделением воздуха на кислород и азот. Время сорбции кислорода углем τ определяют по известной методике: измеряют время удерживания кислорода углем 
и уменьшают его на время удерживания несорбирующегося компонента, например водорода 
Константу скорости вычисляют по математической формуле, полученной в результате соответствующей обработки и уточнения формулы по прототипу:
где K - константа скорости сорбции кислорода, м3кг-1с-1;
V - объем кислорода, введенного в хроматографическую колонку с дозой воздуха потоком газа-носителя, м3;
τ - время сорбции кислорода углем, с;
q - масса навески исследуемого угля, кг;
соответственно площади пика кислорода на входе и выходе хроматографической колонки, см2;
соответственно площади пика азота на входе и выходе хроматографической колонки, см2;
J - поправочный коэффициент.
Константу скорости вычисляют по математической формуле, полученной в результате соответствующей обработки и уточнения формулы по прототипу:
где K - константа скорости сорбции кислорода, м3кг-1с-1;
V - объем кислорода, введенного в хроматографическую колонку с дозой воздуха потоком газа-носителя, м3;
τ - время сорбции кислорода углем, с;
q - масса навески исследуемого угля, кг;
J - поправочный коэффициент.
Поправочный коэффициент уточняет эффективный удерживаемый объем введенного с воздухом кислорода в зависимости от разности давления в хроматографической колонке и его определяют по известной по прототипу формуле:
где Pр, P0 - соответственно давление на входе и выходе хроматографической колонки. Па.
где Pр, P0 - соответственно давление на входе и выходе хроматографической колонки. Па.
Исследования проводили для угля пласта Волковский шахты "Южная" АО "Северокузбассуголь".
Масса навески угля q фракции 0,4-0,63 мм составляла 9,8•10-3 кг.
В результате проведенных на газовом хроматографе исследований получены следующие данные:
давление на входе Pр = 1,75•105 Па;
давление на выходе P0 = 1,00•105 Па;
время удерживания кислорода
время удерживания водорода
время сорбции кислорода углем
Площади пика кислорода на входе и выходе хроматографической колонки:
площади пиков азота на входе и выходе хроматографической колонки:
;
объем кислорода, введенного в 0,5 мл воздуха с потоком газа-носителя V = 0,5•10-6•0,2095 = 1,0475•10-7 м3;
поправочный коэффициент
На основании полученных данных определяют константу скорости сорбции кислорода для пробы угля пл. Волковский:
Время на определение константы требуется не более 20 мин, при этом точность определения увеличивается в 2 раза.
давление на входе Pр = 1,75•105 Па;
давление на выходе P0 = 1,00•105 Па;
время удерживания кислорода
время удерживания водорода
время сорбции кислорода углем
Площади пика кислорода на входе и выходе хроматографической колонки:
площади пиков азота на входе и выходе хроматографической колонки:
объем кислорода, введенного в 0,5 мл воздуха с потоком газа-носителя V = 0,5•10-6•0,2095 = 1,0475•10-7 м3;
поправочный коэффициент
На основании полученных данных определяют константу скорости сорбции кислорода для пробы угля пл. Волковский:
Время на определение константы требуется не более 20 мин, при этом точность определения увеличивается в 2 раза.
Claims (1)
- Способ определения константы скорости сорбции кислорода, включающий помещение навески исследуемого материала в хроматографическую колонку и продувку ее газом-носителем с вводом в поток кислорода, а также измерение времени сорбции кислорода исследуемым материалом и площадей пиков кислорода на входе и выходе хроматографической колонки с последующим определением величины константы скорости сорбции кислорода по математической формуле, отличающийся тем, что кислород вводят в поток газа-носителя в составе дозы воздуха, причем на выходе хроматографической колонки воздух разделяют на кислород и азот и дополнительно измеряют площади пиков азота на входе и выходе хроматографической колонки, а константу скорости сорбции кислорода определяют по математической формуле
где К - константа скорости сорбции кислорода, м3•кг-1•c-1;
V - объем кислорода, введенного с дозой воздуха газом - носителем в хроматографическую колонку, м3;
τ - время сорбции кислорода исследуемым материалом, с;
соответственно площади пика кислорода на входе и выходе хроматографической колонки, см2;
соответственно площади пика азота на входе и выходе хроматографической колонки, см2;
q - масса навески исследуемого материла, кг;
J - поправочный коэффициент, определяемый по формуле
где Pp, Po - соответственно давление на входе и выходе хроматографической колонки, Па.
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99123850A RU99123850A (ru) | 2001-09-10 |
| RU2174228C2 true RU2174228C2 (ru) | 2001-09-27 |
Family
ID=
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Химия твердого топлива. - М.: Наука, АН СССР, 1972, № 5, с.145-147. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hintelmann et al. | Measurement of mercury methylation in sediments by using enriched stable mercury isotopes combined with methylmercury determination by gas chromatography–inductively coupled plasma mass spectrometry | |
| Shen et al. | Diffusivities of benzene in HZSM-5, silicalite-I, and NaX determined by frequency-response techniques | |
| Patton et al. | Separation and analysis of gases and volatile liquids by gas chromatography | |
| Kolomnikov et al. | Early stages in the history of gas chromatography | |
| Lehmpuhl et al. | New gas chromatographic-electron-capture detection method for the determination of atmospheric aldehydes and ketones based on cartridge sampling and derivatization with 2, 4, 6-trichlorophenylhydrazine | |
| US3096157A (en) | Method and apparatus for analyzing fuel-air mixtures | |
| Parsons et al. | Gas chromatographic method for concentration and analysis of traces of industrial organic pollutants in environmental air and stacks | |
| Dumke et al. | Determination of stable carbon and hydrogen isotopes of light hydrocarbons | |
| Gebauer et al. | Recent progress in capillary isotachophoresis | |
| Chau et al. | Determination of tetraalkyl lead compounds in the atmosphere | |
| Rodier et al. | Evaluation of ozone and water vapor interferences in the derivatization of atmospheric aldehydes with dansylhydrazine | |
| Pecsar et al. | Automated gas chromatographic analysis of sulfur pollutants | |
| Gaines et al. | Comparison of the SCD and FPD for HRGC determination of atmospheric sulfur gases | |
| Tanaka | Chromatographic characterization of porous polymer adsorbents in a trapping column for trace organic vapor pollutants in air | |
| JPH09236564A (ja) | 微量相互作用性ガスの検出方法 | |
| RU2174228C2 (ru) | Способ определения константы скорости сорбции кислорода | |
| Patton et al. | Gas chromatographic determination of some hydrocarbons in cigarette smoke | |
| Parcher et al. | Cooperative and competitive adsorption of propane and butane on graphitized carbon black | |
| US6174732B1 (en) | Analytical methodology for qualitative and quantitative determination of chemical agent vapor | |
| Shen et al. | Adsorption isotherms for benzene-hexane mixtures | |
| US3545929A (en) | Measurement of trace amounts of carbon monoxide in water solution | |
| Bertoni et al. | Improvement in breakthrough volume evaluation methods for light adsorbent traps employed for volatile organic compounds determination at atmospheric concentration levels | |
| Dubois et al. | The analysis of carbon monoxide in urban air at the ppm level, and the normal carbon monoxide value | |
| Zeldes et al. | Trapping and determination of labile compounds in the gas phase of cigarette smoke | |
| Strubinger et al. | Mobile fluid interaction with the stationary phase in supercritical fluid chromatography |