[发明专利]一种测定吸附质气体在吸附质上的吸附相密度的方法

摘要

本发明公开了一种测定吸附质气体在吸附质上的吸附相密度的方法。本发明从实验角度对吸附相体积和吸附相密度进行测量，并非从数学优化角度对此而参数进行优化求取。在现有的优化方法中，需要对吸附相体积或者吸附相密度进行一定假设，或者假设吸附相体积不随温度和压力变化，或者假设吸附相密度不随温度和压力变化。而本发明方法无需对吸附相体积或吸附相密度进行假设，而是从实验角度对二者进行直接测定，因此其测定结果相对与优化方法而言更加客观可靠。

主权项

1.一种测定吸附质气体在吸附质上的吸附相密度的方法，包括如下步骤：1)利用惰性气体测定吸附质吸附吸附质气体之前的样品池内的自由体积，包括如步骤：在等温吸附仪上进行，所述等温吸附仪包括依次连通的参考池、样品池和收集瓶，所述参考池和所述样品池相连通的管路上依次设有阀1和单向阀，且所述单向阀还与一阀2并联，所述样品池与所述收集瓶相连通的管路上设有阀3；a)对所述等温吸附仪抽真空后，向所述参考池中注入惰性气体，并测定所述参考池内的压强，记为PR1，单位为MPa；b)打开所述阀1和所述阀2，使所述惰性气体在所述参考池和所述样品池中达到平衡，并测定所述参考池和所述样品池中的压强，分别记为PeqR1和PeqS1，单位为MPa；根据式(1)得到所述阀2和所述阀3之间的管路与所述样品池内的自由体积，记为V自由，单位为mol；PR1VR1/(Z1RT)＝PeqR1VR2/(ZeqRT)+PeqS1V自由/(ZeqRT)   (1)式(1)中，VR1表示所述阀1与所述参考池之间的管路与所述参考池的体积之和，单位为cm3，VR2表示所述阀2与所述参考池之间的管路与所述参考池的体积之和，单位为cm3，Z1表示平衡前温压条件下气体压缩因子，Zeq表示平衡后温压条件下气体压缩因子，T表示温度，单位为K，R为气体常数，其值为8.314J/(mol·K)；2)测定所述吸附质对所述吸附质气体的吸附量，包括如下步骤：a)排空所述参考池和所述样品池中的所述惰性气体，并进行抽真空，关闭所述阀1、所述阀2和所述阀3，向所述参考池中注入所述吸附质气体，并测定所述参考池内的压强，记为P’R1，单位为MPa；b)打开所述阀1、所述阀2和所述阀3，使所述吸附质气体在所述参考池、所述样品池和所述收集瓶中达到平衡，并测定所述参考池、所述样品池和所述收集瓶中的压强，分别记为P’eqR1、P’eqS1和P’eqC1，单位为MPa；根据所述吸附质气体的物质守恒定律，得到式(2)，即得到所述样品池和所述收集瓶中所述吸附质气体的总量，记为nadsorbate，单位为mol；nadsorbate＝P’R1VR1/(Z’1RT)‑P’eqR1VR2/(Z’eqRT)   (2)式(2)中，Z’1和Z’eq分别表示平衡前和平衡后的气体压缩因子；3)测定所述吸附质气体在所述吸附质上的吸附相体积，包括如下步骤：a)关闭所述阀2，排空所述参考池内的所述吸附质气体，并进行抽真空；关闭所述阀1，向所述参考池中注入所述惰性气体，并测定所述参考池内的压强，记为PR2，单位为MPa；b)打开所述阀1，使所述惰性气体通过所述单向阀流入至所述样品池和所述收集瓶并达到平衡，并测定所述参考池、所述样品池和所述收集瓶中的压强，分别记为PeqR2、PeqS2和PeqC2，单位为MPa；c)关闭所述阀3，对所述收集瓶中的气体进行检测，得到所述吸附质气体与所述惰性气体之间的物质的量之比，记为qinert；根据所述惰性气体的物质守恒定律，得到式(3)，即得到所述吸附质岩吸附所述吸附质气体后所述样品池内的自由体积，记为V’自由，单位为cm3，PR2VR1/(Z2RT)＝PeqR2VR2/(Zeq2RT)+qHePeqS2V’自由/(Z’eq2RT)+qHePeqC2VC/(Z’eq2RT)   (3)式(3)中，VC表示所述收集瓶的体积，单位为cm3，Z2表示平衡前所述参考池内温压条件下所述惰性气体的压缩因子，Zeq2表示平衡后所述参考池内温压条件下所述惰性气体的压缩因子，Z’eq2表示平衡后所述样品池和所述收集瓶内温压条件下所述吸附质气体和所述惰性气体的混合气体的压缩因子；qHe表示所述收集瓶和所述样品池内游离气体中He所占比例；根据式(4)得到所述吸附质气体在所述吸附质上的吸附相体积，记为V吸附相，单位为cm3；V吸附相＝V自由–V’自由   (4)4)根据式(5)得到所述样品池和所述收集瓶中游离态的所述吸附质气体和所述惰性气体的总的物质的量，记为n(adsorbate and adsorbate)，单位为mol；n(adsorbate and adsorbate)＝PeqS2V’自由/(Z’eq2RT)+PeqC2VC/(Z’eq2RT)   (5)根据式(6)得到所述样品池和所述收集瓶中游离态的所述吸附质气体的物质的量，记为n自由adsorbate，单位为mol；n自由adsorbate＝n(adsorbate and adsorbate)×qinert/(1+qinert)   (6)根据式(7)得到所述样品池中吸附相的所述吸附质气体的物质的量，记为n吸附adsorbate，单位为mol；n吸附adsorbate＝nadsorbate‑n自由adsorbate   (7)根据式(8)得到所述吸附质气体在所述吸附质上的吸附相密度，记为ρ吸附adsorbate，单位为g/cm3，ρ吸附adsorbate＝n吸附adsorbate Madsorbate/V吸附相   (8)式(8)中，Madsorbate表示所述吸附质气体的摩尔质量，单位g/mol。