Способ определения изотерм адсорбции Советский патент 1990 года по МПК G01N30/08 

Изобретение относится к физико-химическим методам анализа и может быть использовано при анализе технологических процессов адсорбционной очистки промьппленных и природных газов, а также вьщеления из этих смесей ценных целевых компонентов.

Цель изобретения - упрощение и ускорение способа снятия изотерм адсорбции и десорбции в широком диапазоне температур и давлений.

На фиг.1 показана зависимость концентраций c(t) в газовой фазе и зависимость (), пропорциональная концентрации я адсорбированной фазе; на фиг.2 - зависимость

распределения концентраций с Я (t), (t) для двухкомпонентной смеси на выходе из хроматографической колонки.

Способ осуществляется следующим

образом.

Для измерения изотерм адсорбции и десорбции при заданной температуре Т хроматографическая колонка длиной L и детектор пьезомикровзвешивания помещаются в термостат при температуре Т. Исследуемая газовая смесь при давлении Р и температуре Т° из баллона через редуктор подается на вход хроматографической колонки. Фрон- -тальная вьпсодная хроматограмма изСП

:о

4 4

эо

м еряется с помощью калиброванного детектора хроматографа, т.е. измеряется зависимость c(L,t) (t - текущее; время измерения концентраций). Фрон- тальная хроматограмма ивдивидуаль- Иого вещества .показана на фиг.1. Одновременно на выходе из хроматогра- фической колонки с помощью детектора цьзомикровзвешивания измеряется за- вИсимость Glf / f)(t), которая про- пЬрциональна величине адсорбции a(t) Ц пористых зернах адсорбента, прикле- eJHHoro к поверхнсти пьезокристалла. Для детектора микровзвешивания с по- мощью пьезокристалла имеет место линейная зависимость между величиной адсорбции о в пористых зернах и изменением относительной собственной ч астотой колебаний (гЗ / f), т.е. за- вйсимость (f /.f) (g - const). Численное значение коэффициента g а|пя заданного адсорбента и пьезокрис- находится следующим образом. Для газовой смеси выбирается величина давления Р , при которой изотерма адсорбции индивидуального вещества йыпуклая. Для.известной концентрации q индивидуального вещества из зкспе- Р иментальной фронтальной выходной Динамической кривой находится величи- Иа t с учетом величины адсорбции а. С помощью детектора пьезомик рвзве- Шивания определяют величину С3 / f), О учетом которой рассчитывают кокс- фанту g. Для каждого фиксированного

Момента времени t , как показано на фиг.1, находится значение концентрации c,c(t) и соответственно величина (/jf / f) (t, ), для которой рассчитывается величина адсорбции a(t.j) tg (Лf /f )Xt-)f (с ). Для момента времени tj, как показано на фиг.1, на- зйодится величина (tj) .и соответственно величина адсорбции a(t) g(4f /f)(t2)f (c,j) . Таким способом находится зависимость (c) для каждого значения концентраций с в интервале о с j Сц . Хроматографическая колонка, как показано на фиг.1, позволяет растянуть во времени экспериментальную фронтальную выходную кри- ауюв интервале значений концентраций адсорбируемого вещества с от нуля до максимального значения Сд. Пьезометрический детектор с малым временем релаксации 1 позволяет с достаточной точ Иостью измерить величину адсорбции, которая соответствует в заданньй мо0 5 п

5

0

5

0

5

мент времени концентрации адсорбируемого вещества на выходе из хрома- тографической колонки. Величину 1 регулируют выбором соответствующих размеров пористых зерен адсорбата и выбарают таким образом, чтобы за время и, концентрация адсорбируемого вещества на выходе из хроматографи- ческой колонки изменялась незначительно.

.Способ снятия изотерм п озволяет измерить изотермы адсорбции и десорбции в щироком интервале температур: от 4 (д;емпература кипения жидкого гелия) до 600 К (верхний предел температуры определяется термостабильностью клея) и широком интервале давлений от 10-2 до (верхний предел определяется KOHCTpyKipiOHHbn M элементами хроматографической колонки и детектора пьезомикровзвешивания). Пример. Сняты изотермы из одной смеси азота (5об.%) в гелии при давлении 20 КПа и температуре 77 К на мелкопористом силикагеле. Изотерма представлена на фиг.2. Для области повьшенных значений концентраций с 9 с имеет место полимолекулярная конденсация и в этой области изотерму адсорбции нельзя снять хро- матографическим способом из-за значительного влияния размывающих факторов.

Способ позволяет снять изотермы адсорбции и десорбции для многоком- понетных газовых-смесей, так как пропуска1ше газовой смеси через хро- матографическую колонку позволяет растянуть во времени экспериментальные выходные фронтальные кривые для казкдого адсорбируемого компонента смеси с (1 п, п - число адсорбируемых компонентов смеси в исследуемой газовой смеси) и получить в различные моменты времени t на выходе хроматографической колонки различные комбинации концентраций адсорбируемых компонентов смеси с (L, t). Экспериментальные выходные фронтальные кривые (L, t) для каждого адсорбируемого компонента смеси п(1 п ; п) измеряются с помощью работающего в импульсном режиме калиброванного хроматографического детектора, для хромато.графической колонки длиной L измеряют зависимости (L,t) для различных моментов.времени t. Объем импульсной пробы исследуемой адсорбируемой газовой смеси, подаваемой в течение времени t на хроматографияеский детектор, должен быть достаточна малым, чтобы за время концентрации адсорбируемых компонентов смеси на выходе из хрома- тографической колонки изменились незначительно.

В качестве примера рассмотрим двухкомпонентную () адсорбируемую газовую смесь. Для каждого фикси- рованно о момента времени t (фиг,2) с помощью хроматографического детектора на выходе из хроматографической колонки L, находятся значения концентраций с f с ( (L ,, t), с(2/.

Из-за взаимного вытеснения второго слабо адсорбируемого компонента первым сильно адсорбируемые компонентом концентрации второго компонента на выходе из колонки может быть больше подаваемой на вход колонки концентрации, т.е. max с

(2J

с

Для

момента времени tj (фиг.2) на выходе из колонки L, концентрации компонентов соответственно равны с

f«)

с (LP tj), с .в хроматографической колонке длиной Lj распределе-. I кие концент1 аций компонентов смеси на I выходе из колонки из-за существенного влияния размывающих факторов (фиг;2) будет отличным от распределения ко-нцен- ; траций на выходе колонки длиной L,. Это позволяет получить в различные моменты времени t,, t, t и т.д. на выходе из хроматографических колонок длиной LJ, LJ различные взаимные значения концентраций компонентов смеси

(1)

(1)

что позволяет с помощью

пьезомикровзвещивания определить величину адсорбции в пористых зернах ад- сорбата для различных значений концентраций адсорбируемых компонентов смеси, которые удается реализовать при числе хроматографических колонок

Не менее удвоенного числа компонентов смеси, т.е. снять изотермы адсорбiции смесей в исследуемой области значений концентраций компонентов смеси.

Таким образом, предлагаемый способом позволяет упростить технологию снятия изотерм адсорбции, так как исключает приготовление многочисленных газовых смесей (см.пример), позволяет снять изотермы десорбции и изотермы адсорбции в области полимолекулярной конденсации (см.пример), а также снять изотермы адсорбции и

.изотермы десорбции индивидуальных веществ и многокомпонентных смесей , в широком интервале давлений (10 - fO MIIa) и температур (4 600 К).

Формула изобретения

1 о Способ определения изотерм адсорбции, заключающийся в непрерыв25 ном пропускании газовой смеси через хроматографическую колонку с адсорбентом, и детектор, пропорциональный концентрации компонентов смеси в га&о -вой фазе, отличающийся тем, что, с целью упрощения и уско- рения, а также расщирения диапазона определений адсорбционных характерис- тик в область экстремальных температур и давлений, дополнительно -пропускают компоненты смеси через пьезо35 микродетектор, измеряющий величину, пропорциональную адсорбции на поверхности адсорбента, определяют изотермц адсорбции и десорбции.

2. Способ поп.1,отличаю40 щ и и с я тем, что проводят дополнительные измерения на колонках большей дпины с числом измерений, равньм не менее чем удвоенному числу адсорбируемых компонентов, если число ком45 понентов смеси больше одного.

Изобретение относится к физико-химическим методам анализа и может быть использовано при анализе технологических процессов адсорбционной очистки промышленных и природных газов, а также выделения из этих смесей ценных целевых компонентов. Целью изобретения является упрощение и ускорение способа, а также расширение диапазона определения адсорбционных характеристик в область экстремальных температур и давлений. Газовую смесь на выходе их хроматографической колонки пропускают через пьезомикродетектор, определяющий адсорбцию на поверхности, и через газовый детектор, определяющий концентрацию вещества в газовой фазе. По полученным данным строят кривые адсорбции и десорбции для многокомпонентных смесей. Число измерений для сложных смесей увеличивают за счет использования нескольких колонок разной длины. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

.(t)

-o

c,

c(t)

I I

c,

Редактор С.Пекарь

Составитель В.Помазанов

Техред М.Ходанич Корректор М.Максимишинец