专利名称：一种二氧化碳吸附等温线精确测试方法
技术领域：
本发明涉及一种材料性能的测试方法，特别是一种用于材料的二氧化碳吸附等温线的精确测试方法。
背景技术：
人类活动所造成的温室气体增加是造成气候变暖的主要原因，因此“减排，即减少温室气体排放”有着重要意义。二氧化碳是一种主要的温室气体，而化石燃料燃烧产生和排放出大量的CO2气体是造成全球气候变暖的最主要原因，它对全球气候变化的贡献率已经超过了 60%。同时CO2也是一种潜在的碳资源。目前地球上的资源日益紧张，许多国家致力于CO2捕获和封存及利用的研究。为此很多用于吸附CO2的材料被开发出来，但是无论是应用还是研究，弄清吸附材料的CO2吸附性能必须首先要获得它的等温吸附曲线。常用的CO2吸附等温线的测试方法有容量法和重量法。容量法就是连续测定定容积的样品室和储气室的CO2气体压力变化，其中样品室的温度保持恒温，根据理想气体状态方程就可以得到被测材料的CO2吸附等温线。该方法测试比较方便，且设备投资较小，但是目前能够测试的压力不高，因为测试压力一旦较高时，所测的吸附等温线误差较大，没有参考价值。而重量法则是通过连续记录材料的吸附或解吸CO2过程质量变化及相应的平衡压力变化，从而得到吸附等温线。重量法的优点就是它是直接测量，能够动态或静态地测量吸附等温线，但是，该方法设备投资巨大，需要有高分辨率的石英振荡微天平或者磁悬浮天平。

发明内容
技术问题:为了克服以 往基于容量法进行材料的二氧化碳吸附曲线在高压吸附时结果误差大，可靠性低的缺点，本发明的目的在于提供一种适用范围宽、高效的CO2吸附曲线的精确测试方法。技术方案:本发明的二氧化碳吸附等温线精确测试方法包括如下步骤:I)称取质量m的吸附材料，放入样品室；2)通过温度传感器测定储气室和样品室温度，压力传感器测定储气室和样品室的实验压力，样品室保持恒温；3)将样品室置于温度为100-500°C下，打开阀门，对整个CO2吸附等温线精确测试系统抽真空持续60-120分钟；停止抽真空，关闭阀门，此时样品的CO2吸附量为0，样品室的气体压力O ;4)向储气室中充入CO2使其压力保持在0.001_20MPa，测定并记录此时储气室的温度Tc1、压力Pc1，打开阀门，储气室中的CO2通过连接管道进入样品室同时材料开始吸附CO2,当压力传感器显示的压力值在10-20分钟内没有变化，即认为在该压力下材料吸附饱和，记录此时整个CO2吸附等温线精确测试系统平衡压力Pb1以及此时储气室的温度Tb1 ；5)关闭阀门，向储气室中充入压力为lkPa_20MPa的CO2，测定并记录此时储气室的温度Tc2、压力Pc2，打开阀门，储气室中的CO2进入样品室同时材料开始吸附CO2,当压力传感器显示的压力值在10-20分钟内没有变化，即认为在该压力下材料吸附饱和，记录此时系统的平衡压力记录Pb2以及此时储气室的温度Tb2 ；6)重复上述步骤3、4过程，直到材料彻底吸附饱和；7)关闭阀门，储气室放出le_5 0.0lmol的CO2后，测定此时储气室的温度TC1、压力Pci,打开阀门，样品室的CO2进入储气室同时材料放出CO2,当压力传感器显示的压力值在10-20分钟内没有变化即认为在该压力下材料充分释放CO2,记录此时系统平衡压力Pbi以及此时储气室的温度Tbi ；8)重复上述步骤6进行CO2释放过程多次，直到材料中的CO2充分释放出来，记录最后一次系统平衡压力和储气室的温度；9)以Helmholtz方程计算相应温度及压力状态下的CO2真实密度P (P，T)，然后根据公式n=P (P，T) V计算出平衡前后气态CO2的摩尔量，计算其差值数列{Λη}，具
体为[An1, Δη2, Δη3, Δη4, Δη5, An6,......]，对该数列求出累加和数列cumsum{ Δη},
具体为[An1, Δ Ii1+ Δ η2, Δ Ii1+ Δ η2+ Δ η3, Δ Ii1+Δ η2+Δ η3+Δ η4, Δ Ii1+Δ η2+Δ η3+Δ η4+Δ η5,
Δ Ii1+ Δ η2+ Δ η3+ Δ η4+ Δ η5+ Δ η6,......]然后以平衡压力Pb为y轴,以材料中CO2浓度
cumsum{An} X44.0095/mX 100%为x轴绘出CO2等温吸附曲线；其中，R为气体常数，T为绝对温度，P为CO2的压力；10)根据以上的数据局可以计算及绘图。所述计算及绘图过程由以下程序完成，整个程序包含3个函数:refpix)pm_C02函数、C02n函数、C02pi函数；其中refpropm_C02函数用于计算CO2的真实密度，输入变量为CO2的压力和温度，输出变量为CO2的真实密度，所用数值计算方法为割线法；C02n函数用于计算CO2的摩尔量，其输入变量为容器的体积、气体的温度和压力，输出变量为CO2的摩尔量；C02pi函数用于计算材料对CO2的吸附量和释放量，并作出等温吸附曲线，其输入变量为储气室压力、样品室压力、储气室温度、样品室温度、储气室体积、连接管道的体积、样品室的死体积、样品的质量，其输出变量为吸放CO2与材料的质量比增量的累加和数列、CO2吸放过程平衡压数列、CO2最大吸附量和最大解吸量。所述步骤3中抽真空，使真空度达到KT1-KT2Pat5所述步骤8中重复进行CO2释放过程为10-40次。CO2真实密度是采用Helmholtz方程通过割线法计算获得，具体为，将CO2的
Helmholtz方程
权利要求
1.一种二氧化碳吸附等温线精确测试方法，其特征在于该方法包括如下步骤: 1)称取质量m的吸附材料，放入样品室； 2)通过温度传感器测定储气室和样品室温度，压力传感器测定储气室和样品室的实验压力，样品室保持恒温； 3)将样品室置于温度为100-500°C下，打开阀门，对整个CO2吸附等温线精确测试系统抽真空持续60-120分钟；停止抽真空，关闭阀门，此时样品的CO2吸附量为0，样品室的气体压力O ; 4)向储气室中充入CO2使其压力保持在0.001-20MPa，测定并记录此时储气室的温度Tc1、压力Pc1,打开阀门，储气室中的CO2通过连接管道进入样品室同时材料开始吸附CO2,当压力传感器显示的压力值在10-20分钟内没有变化，即认为在该压力下材料吸附饱和，记录此时整个CO2吸附等温线精确测试系统平衡压力Pb1以及此时储气室的温度Tb1 ； 5)关闭阀门，向储气室中充入压力为lkPa-20MPa的CO2，测定并记录此时储气室的温度Tc2、压力Pc2,打开阀门，储气室中的CO2进入样品室同时材料开始吸附CO2,当压力传感器显示的压力值在10-20分钟内没有变化，即认为在该压力下材料吸附饱和，记录此时系统的平衡压力记录Pb2以及此时储气室的温度Tb2 ； 6)重复上述步骤3、4过程，直到材料彻底吸附饱和； 7)关闭阀门，储气室放出Ie-5^0.0ImoI的CO2后，测定此时储气室的温度Tc1、压力Pci，打开阀门，样品室的CO2进入储气室同时材料放出CO2,当压力传感器显示的压力值在10-20分钟内没有变化即认为在该压力下材料充分释放CO2，记录此时系统平衡压力Pbi以及此时储气室的温度Tbi ； 8)重复上述步骤6进行CO2释放过程多次，直到材料中的CO2充分释放出来，记录最后一次系统平衡压力和储气室的温度； 9)以Helmholtz方程计算相应温度及压力状态下的CO2真实密度P(P，T)，然后根据公式η=Ρ (P，Τ) V计算出平衡前后气态CO2的摩尔量，计算其差值数列{Λη}，具体为[An1, Δη2, Δη3, Δη4, Δη5, An6,......]，对该数列求出累加和数列cumsum{ Δ η},具体为[An1, Δ Ii1+ Δ η2, Δ Ii1+ Δ η2+ Δ η3, Δ Ii1+Δ η2+Δ η3+Δ η4, Δ Ii1+Δ η2+Δ η3+Δ η4+Δ η5,Δ Ii1+ Δ η2+ Δ η3+ Δ η4+ Δ η5+ Δ η6,......]然后以平衡压力Pb为y轴,以材料中CO2浓度cumsum{An} X44.0095/mX 100%为x轴绘出CO2等温吸附曲线；其中，R为气体常数，T为绝对温度，P为CO2的压力； 10)根据以上的数据局可以计算及绘图。
2.按照权利要求1所述的二氧化碳吸附等温线精确测试方法，其特征在于:所述计算及绘图过程由以下程序完成，整个程序包含3个函数:refpropm_C02函数、C02n函数、C02pi函数；其中refpix)pm_C02函数用于计算CO2的真实密度，输入变量为CO2的压力和温度，输出变量为CO2的真实密度，所用数值计算方法为割线法；C02n函数用于计算CO2的摩尔量，其输入变量为容器的体积、气体的温度和压力，输出变量为CO2的摩尔量；C02pi函数用于计算材料对CO2的吸附量和释放量，并作出等温吸附曲线，其输入变量为储气室压力、样品室压力、储气室温度、样品室温度、储气室体积、连接管道的体积、样品室的死体积、样品的质量，其输出变量为吸放CO2与材料的质量比增量的累加和数列、CO2吸放过程平衡压数列、CO2最大吸附量和最大解吸量。
3.按照权利要求1所述的二氧化碳吸附等温线精确测试方法，其特征在于:所述步骤3中抽真空，使真空度达到KT-K^Pa。
4.按照权利要求1所述的二氧化碳吸附等温线精确测试方法，其特征在于:所述步骤8中重复进行CO2释放过程为10-40次。
5.按照权利要求1所述的二氧化碳吸附等温线精确测试方法，其特征在于:C02真实密度是采用Helmholtz方程通过割线法计算获得，具体为，将CO2的Helmholtz方程
全文摘要
本发明涉及一种材料性能的测试方法，特别是一种用于材料的二氧化碳吸附等温线的精确测试方法。本发明是基于容量法，即通过连续记录材料的吸附或者释放过程的各部分气体压力及温度根据Helmholtz方程推算出对应不同CO2气体压力材料的吸附量，来获得CO2吸附等温线，并通过计算机编程实现CO2真实密度的整个计算及绘图过程。本发明由于在程序中考虑了储气室温度波动对实验结果的影响，所以即使设备的储气室部分不能实现恒温，其测试获得的CO2吸附等温线仍是真实可靠的。本发明具有很好的实用价值，使设备变得简单而易于操作，同时在测试材料的高压CO2吸附等温线具有较高的可信度。
文档编号G01N7/04GK103234860SQ20131015689
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月28日 优先权日2013年4月28日
发明者程宏辉 申请人:扬州大学