HPVA-Ⅱ超高压容量法气体吸附仪产品应用

二氧化碳封存

在二氧化碳封存的研究中，评估二氧化碳被炭或者其他材料的吸附量很重要。高压可模拟CO2注入的地下条件。配置低温/加热浴，可使用户在一定范围的稳定温度内评估二氧化碳的吸收，提供用于计算吸附热的数据。由于在环境温度下，更高的压力会导致二氧化碳冷凝，仪器一般分析50bar以下的等温线。

页岩气

高压甲烷注入页岩样品可产生吸附和脱附等温线。这提供了在特定的压力和温度下页岩中甲烷的量。吸附等温线可用于计算Langumir表面积和页岩体积。Langmuir表面积是假定吸附气体是单分子层吸附时页岩的表面积。Langmuir吸附量是在无限压力下甲烷的吸收量— 可以吸附到样品表面的最大的甲烷量。

煤层甲烷

来自地床的多孔煤样可以分析，以确定他们在高压下甲烷储量。这使用户能得到地下煤层的甲烷吸附和脱附性质，这对确定煤层碳氢化合物的大概储量很有用，动力学数据可显示在特定压力和温度下甲烷在这些多孔炭样品中的吸附和脱附速率。CO2会在较高的压力下冷凝。

储氢

确定多孔炭和金属有机框架（MOFs）等材料的储氢能力，在现代清洁能源需求中很关键。这些材料非常适合用于存储，因为它们可以安全地吸附和脱附氢气。在MOFs中存储的吸附氢比氢气有更高的能量密度，却不需要维持氢液态所需要的低温。软件提供了一个重量百分比图，说明在给定的压力下吸附的气体量—样品储氢量的标准方法。2100433B 解读词条背后的知识

• • 安东帕AntonPaar 安东帕（上海）商贸有限公司

    安东帕康塔高压吸附仪iSorp系列

    安东帕康塔公司多年专注于多孔材料物性表征仪器制造，结合多孔材料的应用需求日益增长和科研需求不断深入的特点，不断推出适合用户分析需求的仪器，并始终以维持仪器的高稳定性，保证分析的真实性、准确性为己任。为满足科研工作者日益增长的低压-高压吸附研究需求，美国康塔仪器公司于2012...

    2021-02-050
  • 安东帕AntonPaar 安东帕（上海）商贸有限公司

    安东帕康塔第二代全自动高压吸附分析仪iSorb HP

    高压吸附分析仪广泛应用在纳米材料、燃料电池、页岩气、煤层气、MOFs等诸多科学研究领域，对于评价材料对氢气、甲烷的储集分离或者温室气体的捕集等方面有着非常重要的应用前景。安东帕康塔高压吸附分析仪系列仪器自从2012年初推出市场后，受到了极为广泛的关注，为满足广大科研工作者在...

    2020-06-220

可扩展为4位高压吸附仪

可配备4个独立的脱气站

双自由空间测量，确保准确等温线数据

可以测量或输入自由空间

使用NIST REFPROP压缩因子校正非理想分析气体

报告提供交互式电子表格

自动创建等温线和重量百分比图

用于报告计算的原始数据表

压力随时间变化、温度随时间变化和吸附量随压力变化的实时图表

报告包含所有的样品信息

可以使用高达三组份组成的混合气体

提供动用来计算吸附速率力学数据

Langmuir吸附等温线和气体吸附计算

高精确度，固态设计的压力传感器在全部量程范围内精度± 0.04%，稳定性± 0.1%

系统最大压力可达200bar

氢气发生泄漏时氢气传感器自动关闭系统

容量法技术引入一定量的已知气体（吸附剂）到含有待测样品的分析室中，当样品与吸附气体达到平衡时，记录最终的平衡压力。这些数据用来计算样品吸附气体的量。

在设定的压力间隔内重复这个过程，直到达到预选的最大压力。然后压力减少，提供脱等温线，每个平衡点（吸附量和平衡压力）可用于绘制等温线。

通过使用单独的传感器监测歧管和样品室，获得良好的重现性和准确性。

测量比表面积方法有容量法、重量法、气相色谱法等。

BET 比表面积容量测量法，简称BET法，是研究同体表面结构和测量比表面积的重要方法之—。氮气、氪气常作为吸附气体，

BET方程是多分子层物理吸附理论中应用最广泛的等温式，南勃鲁纳尔（Brunauer）、爱曼特（Emmett）、泰勒（Teller）在1938年提出 前提假设是：

（1）吸附利表面是均匀的；

（2）吸附质分子间没柯相互作用；

（3）吸附可以是多分子层的；第二层以上的吸附热等于吸附质的液化热；当吸附达到平衡时。每一层的形成速度与破坏速度相等。

由上述假设出发，可推导出BET二常数公式：

P/V（P-P₀）=1/V_mC （C-1）P/V_mCP₀

式中：V为在气体平衡压力为P时的吸附体积量；V_m为单分子层饱和吸附量，常数；P为吸附气体的平衡压力；P₀为在吸附温度下吸附质气体的饱和蒸气压（查相关手册）；C为吸附热有关的常数。

BET公式适用比压P/P₀在0.05～0.35之间。因为P/P₀<0. 05，压力太小，不能建立多分子层物理吸附平衡（实为单分子层）；当P/P₀>0. 35，毛细凝聚现象显著，亦破坏多分子层物理吸附。

通过实验可测得一系列的P和V，若以P/V（P₀-P）对P/P₀作图可得一直线，由此求得V_m，若V_m以标准状态下的体积（mL）度量，则比表面S为

S=V_mN_Aσ/22400W

式中：N_A为阿伏加德罗常数；σ为每个吸附质分子的截面；W为吸附剂质量（g）；22400为标准状态下1mol气体的体积（mL）。

其中吸附质分子的截面积σ可由多种方法求出，可利用下式计算：

σ =1.09（M/N_Ad）^2/3

式中：M为吸附质的分子量；d为在吸附温度下吸附质的密度。

对于氮气，在78K时σ常取的值是0.162nm²。

吸附是指物质在相界面上浓度自动发生变化的现象，大致分为两类：物理吸附（吸附力足范德华力）和发生电子转移的化学吸附。通常，具有吸附作用的物质称为吸附剂（如活性炭、硅胶、氧化铝等），而被吸附的物质称为吸附质。

吸附剂表面积越大，则吸附量就越大 所以，吸附剂都是多孔性或者是微细的物质。

当lg吸附剂表面上吸附1层铺满的吸附质分子（饱和吸附量）时，则比表面积的计算公式为

固体的比表面积 =分子数x每个分子所占的面积

或 S_g =S/W（m²/g）

式中：S_g 为比表面积（m²/g）；S为同体物质的总表面积（外表面 内表面）；W为固体物质的质量。

因此，比表面的测定实质上是求出某种吸附质的单分子层饱和吸附量。

气体吸附法主要是利用毛细凝聚现象和体积等效代换的原理，在假设孔的形状为圆柱形管状的前提下，建立毛细凝聚模型，进而估算岩石的孔径分布特征及孔体积。通过测量样品在不同压力条件下（压力P与饱和压力P₀）的凝聚气量，绘制出其等温吸附和脱附曲线，通过不同理论方法可得出其孔容积和孔径分布曲线。气体吸附法根据所测孔径范围的不同又可分为氮气吸附和二氧化碳吸附两种方法，前者主要用来测试2～50nm的中孔和100nm以上的大孔；而后者由于二氧化碳在实验条件下比氮气扩散速度更欠，更易达到饱和吸附，主要用来测试小于2nm的微孔孔隙结构。

针对不同研究目的，设计了两组泥页岩孔隙结构的测试，一组采用氮气吸附法测试了延长组长7和长9共14个全岩样的孔隙结构，与泥页岩岩石矿物成分分析、热解和吸附能力测试等相配套。该试验在中国科学院广州地球化学研究所完成，主要目的是测试微孔比表面积和中孔-大孔（1.74～300nm）的孔隙结构参数。与压汞测试相配套，另一组样品也是把粉砂岩纹层从页岩中分离（样品为取自YY7井张家滩页岩段3个深度的岩心样品），把粉砂质纹层和页岩粉碎到粒度小于250 μm的岩石粉末，并在80℃的温度下进行烘干和脱气处理，然后分别采用氮气吸附法和二氧化碳吸附法对粉砂岩纹层和纯页岩层进行孔隙结构测试。氮气吸附法主要测试的是中孔-大孔（3.0～109.8nm）的比表面积和孔径分布特征，二氧化碳吸附法主要测试的是微孔（0.3～1.5nm）的比表面积和孔体积。本次测试由北京市理化分析测试中心完成，测试所采用的仪器为美国康塔公司的比表面积及孔隙度分析仪（NOVA4200e），依据国家标准GB/T 21650.1-2008完成氮气和二氧化碳的等温吸附和脱附曲线测试和分析。为了定量研究孔径分布特征和测试孔隙度，测试中也使用氦气置换法真密度仪。配套进行了岩石骨架密度测试。

在分析页岩气吸附气体原始吸附和脱附数据时，需要选用合适的理沦模型进行比表面积和孔径分布解释。目前比较成熟的中孔比表面积分析模型为多点BET吸附比表面积解释模型，通过建立实际的吸附量V与单层饱和吸附量V_m之间的关系来对P/P₀在0.05～0.35范围的比表面积进行分析。而微孔中由于多发生单层吸附，采用由单层吸附理沦推出的 Langmuier 比表面积值更为适用。因此，中孔比表面积采用BET吸附模型，微孔比表面积则为Langmuier 比表面积解释模型。

对于氮气吸附法测试的孔径分布结果，采用中孔分析中最常用的BJH孔径分布计算模型来进行解释，即采用Kelvin方程建立相对压力与孔径大小的关系。此外， 气体吸附测试均采用吸附曲线进行孔径分布解释，理论和实践证明，苦使用脱附曲线分析中孔孔径分布，所有样品的解释结果都会在4nm处得到一异常高峰（图1），而这一峰值并非其真实内部结构的反映，而是受大孔、中孔、微孔并存的复合孔隙网络系统对脱附过程的影响，采用吸附曲线建立的孔径分布模型则可以排除这一假象，提高解释精度。

对于二氧化碳吸附孔径分布测试，Kelvin方程在孔径小于2nm时并不适用，由于充填于微孔中的吸附质处于非液体状态，宏观热力学的方法如BJH孔径分布计算模型已不再适用微孔孔径分布的解释，可以采用非定域密度函数理论（NLDFT）模型来对二氧化碳等温吸附曲线进行孔径分析。与常规的微孔孔径分布分析法和HK、SF经验法相比，采用此模型所得到的微孔孔体积不再只具有相对意义，是真正的对微孔的定量分析，结果可以与氮气吸附法所得孔体积进行对比。