Способ определения изотерм адсорбции
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.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
Щ) 5 С 01 Н 30/08
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ фИ08Й «4 "1л
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ .
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ
flPH ГКНТ СССР (21) 4485581/23-25 (22) 21.09.88 (46) 23,09.90. Бюл. ff 35
{71) Московский институт нефти и газа нм.И.N.Ãóáêèíà (72) Л.К.Филиппов (53) 543.544 (088.8) (56) Бажанов А.Е. и др. Метод иэмереиия адсорбции на поверхности монокристалла. — Журнал Физической химии, 1969, т.43, У 6, с.1618-1620.
Кольцов И.В. Основы адсорбцион- (ной техники. — M,: Химия, 1984, с.33-34. (54). СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗОТЕРМ АДСОРБЦИИ (57) Изобретение относится к физикохимическим методам анализа и может быть использовано при анализе техноло
Изобретение относится к физико-, химическим методам анализа и может быть использовано при анализе технологических процессов адсорбционной очистки промьппленных и природных газов, а также выделения 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 Q f/f )(t), пропорциональная концентрации в адсорбированной фазе; на фиг.2 — зависимость з 1ИИ418 А1 гических процессов адсорбционной очистки промьппленных 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 смесв на выходе из хроматографической колонки пропускают через пьезомикродетектор, определяющий адсорбцию на поверхности, и через газовый детектор, определяющий концентрацию вещества s газовой фазе. По полученным данным строят кривые адсорбции и десорбции а для многокомпонентных смесей. Число
Ж измерений для сложных смесей увеличивают эа счет использования нескольких колонок разной длины. 1 э.п. ф-лы, 2 ил. распределения концентраций с «l (t), с(1 (t) для двухкомпонентной смеси на выходе из хроматографической колонки.
Способ осуществляется следующим образом.
Для измерения иэотерм адсорбции и десорбции при заданной температуре
То хроматографическая колонка длиной
L и детектор пьезомнкровзвешивания помещаются в термостат при температуре Т . Исследуемая газовая смесь ь при давлении P и температуре Т из
° о о баллона через редуктор подается на вход хроматографической колонки. Фрон- тальная выходная хроматограмма из1594418 меряется с помощью калиброванного детектора хроматографа, т.е. измеряе тся зависимость c(L,t) (t - текущее время измерения концентраций). Фронтальная хроматограмма индивидуальйого вещества, показана на фиг.1. Одновременно на выходе из хроматографИческой колонки с помощью детектора пьзомикровзвешивания измеряется за- 1р висимость Qf / f)(t), которая прот(орциональна величине адсорбции а(й) в пористых зернах адсорбента, приклеенного к поверхнсти пьезокристалла.
Цйя детектора микровзвешивания с по- 15 мощью пьезокристалла имеет место линейная зависимость между величиной адсорбции а в пористых зернах и измейением относительной собственной частотой колебаний (df / f), т.е. sa- 2p вйсимость a=g(df /.f) (g - const).
Численное значение коэффициента g для заданного адсорбента и пьезокристалла находится следующим образом.
Для газовой смеси выбирается величина 25 давления Р, при которой изотерма йдсорбции индивидуального вещества йыпуклая. Для .известной концентрации
Щ с индивидуального вещества из экспериментальной фронтальной выходной
Динамической кривой находится величийа t с учетом величины адсорбции а.
С помощью детектора пьезомикровэвешивания определяют величину (df / f) с учетом которой Рассчитывают константу ц. Для каждого фиксированного момента времени t KBK показано на фиг.1, находится значение концентрации c =c(t„) и соответственно велиЧина (Дй / f) (t, ), для которой ðañ- . считывается величина адсорбции а(,)= (ref /f j(t )=f(c ). Для момента вреМени, как показано на фиг.1, наЖодится величина с с(t ).и соответственно величина адсорбции a(t<)=
=«д(ДЕ /Е)(г. )=f(c ) . Таким способом
Находится зависимость a=f(c) для каясдого значения концентраций с в интервале о (с«с c„. Хроматографическая колонка, как показано на фиг. 1, позволяет "растянуть" во времени экспеРиментальную фронтальную выходную кривую в интервале значений концентраций адсорбируемого вещества с от нуля до максимального значения с . Пьезометрический детектор с малым временем релаксации У позволяет с достаточной точ
1 костью измерить величину адсорбции, которая соответствует в заданный момент времени концентрации адсорбируемого вещества на выходе иэ хроматографической колонки. Величину 7 регулируют выбором соответствующихразмеров пористых зерен адсорбата и выбарают таким образом, чтобы за время Я, концентрация адсорбируемого вещества на выходе из хроматографической колонки изменялась незначительноо. .Способ снятия изотерм позволяет измерить изотермы адсорбции и десорбции в широком интервале температур. от 4 (гемпература кипения жидкого гелия) до 600 К (верхний предел температуры определяется термостабильностью клея) и широком интервале давлений от 10- до 10 ИПа (верхний предел определяется конструкционными элементами хроматографической колонки и детектора пьезомикровзвешивания).
Пример ° Сняты иэотермы из одной смеси азота (5об.Е) в гелии при давлении 20 MIa и температуре
77 К на мелкопористом силикагеле.
Изотерма представлена на фиг.2. Для области повышенных значений концентраций с з с имеет место полимолекулярная конденсация и в этой области иэотерму адсорбции нельзя снять хроматографическим способом из-за значительного влияния размывающих факторов.
Способ позволяет снять изотермы адсорбции и десорбции для многокомпонетных газовых. смесей, так как пропускание газовой смеси через хроматографическую колонку позволяет
"растянуть" во времени экспериментальные выходные фронтальные кривые для каждого адсорбируемого компонента смеси с с" 1 (1 <и (и, 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 {"1 (T., t). Экспериментальные выходные фронтальные кривые с<"1 (ZÄ t) для каждого адсорбируемого компонента смеси
n(1 < и (n) измеряются с помощью работающего в импульсном режиме калиброванного хроматографического детектора, для хроматографической колонки длиной L измеряют зависимости с "1 (L,t) для различных моментов времейи г.. Объем импульсной пробы ис 1594418Не менее удвоенного числа компонентов смеси, т.е. снять изотермы адсорб ции смесей в исследуемой области зна" чений 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 MIfa) и температур (4 -:600 К) .
1. Способ определения изотерм адсорбции, заключающийся в непрерывном пропускании газовой смеси через хроматографическую колонку с адсорбентом и детектор, пропорциональный концентрации компонентов смеси в газо вой фазе, отличающийся .тем, что, с целью упрощения и ускорения, а также расширения диапазона определений адсорбционных характеристик в область экстремальных температур и давлений, дополнительно пропускают компоненты смеси через пьезомикродетектор, измеряющий величину, пропорциональную адсорбций на поверхности адсорбента, определяют изотермы адсорбции и десорбции.
2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что проводят дополнительные измерения на колонках большей длины с числом измерений, равньм не менее чем удвоенному числу адсорбируемых компонентов, если число компонентов смеси больше одного.
1 следуемой адсорбируемой газовой смеси, подаваемой в течение времени
t на хроматографический детектор, должен быть достаточна малым, чтобы за время концентрации адсорбируемых компонентов смеси на выходе из хроматографической колонки изменились нез начит ель но.
В качестве примера рассмотрим 10 двухкомпонентную (tt=2) адсорбируемую газовую смесь. Для каждого фиксированного момента времени t (фиг.2) с помощью хроматографического детектора на выходе из хроматографической колонки L, находятся значения концентраций с (1 =с Из-за взаимного вытесненйя второго слабо адсорбируемого компонента первым сильно адсорбируемьм компонен- 20, том концентрации второго компонента на выходе из колонки может быть больше подаваемой на вход колонки концентрации, т.е. max с 1 > с . для момента времени t (фиг.2) на выходе 25 из колонки Ь концентрации компонент тов соответственно равны с =c (L<, t ), с 1 . В хроматографи( ческой колойке длиной 1. распределение концентраций компонентов смеси на ;выходенз колонкииз-за существенного влияния размывающих факторов (фиг;2) будет отличным от распределения концентраций на выходе колонки длиной L Это позволяет получить в различные моменты времени йt t1 t и т.д. на вы- З5 ходе из хроматографических колонок. длиной Ь,, L различные взаимные значения койцентраций компонентов смеси с <», с t l что псзволяет с помощью пьезомикровзвешивания определить вели- 40 чину адсорбции в пористых зернах адсорбата для различных значений концентраций адсорбируемых компонентов смеси, которые удается реализовать при числе хроматографических колонок 45 Формула изобретения 1-94418 Техред М.Ходанич Редактор С.Пекарь Корректор М.Максимншинец Заказ 2824 Тираж 495 Подписное ННИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, 7аушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул. Гагарина, 101 сЩ с, Фаа2 Составитель В.Помазанов
