Способ определения изотерм сорбции газов и паров в мембранных материалах и устройство для его осуществления



Способ определения изотерм сорбции газов и паров в мембранных материалах и устройство для его осуществления
Способ определения изотерм сорбции газов и паров в мембранных материалах и устройство для его осуществления
Способ определения изотерм сорбции газов и паров в мембранных материалах и устройство для его осуществления
Способ определения изотерм сорбции газов и паров в мембранных материалах и устройство для его осуществления
Способ определения изотерм сорбции газов и паров в мембранных материалах и устройство для его осуществления
Способ определения изотерм сорбции газов и паров в мембранных материалах и устройство для его осуществления
Способ определения изотерм сорбции газов и паров в мембранных материалах и устройство для его осуществления
Способ определения изотерм сорбции газов и паров в мембранных материалах и устройство для его осуществления
Способ определения изотерм сорбции газов и паров в мембранных материалах и устройство для его осуществления
Способ определения изотерм сорбции газов и паров в мембранных материалах и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2567402:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) (RU)

Изобретение относится к области определения сорбционных характеристик веществ, а именно к способам измерения величины сорбции и построения изотерм сорбции газа (пара) в различных мембранных материалах. Для определения изотерм сорбции газов и паров в мембранных материалах предварительно определяют количество газа (пара) в газовой фазе сорбционного объема. Далее проводят сорбцию газа (пара) мембранным материалом при заданном парциальном давлении газа (пара) до полного насыщения им мембранного материала и десорбцию газа (пара) потоком газа-носителя в хроматографический детектор. Сорбцию и десорбцию осуществляют в изотермических условиях в хроматографической петле, присоединенной к крану-дозатору. Используя полученную хроматограмму, рассчитывают количество сорбированного газа (пара) n 1 p o l , моль, по формулам: n 1 = n 1 G + n 1 p o l , VΣ,G=Vpol+VG, V p o l = m p o l ρ p o l , где n 1 , моль, - суммарное количество газа или пара в сорбционном объеме, определяемое из площади пика хроматограммы, n 1 G - количество газа или пара, находящееся в пустом объеме VG петли, заполненной мембранным материалом, и определяемое по уравнению состояния газа или пара, V∑,G, см3, - суммарный сорбционный объем, рассчитываемый по уравнению состояния газа или пара из предварительного определенного количества газа или пара в газовой фазе сорбционного объема, Vpol, см3, - объем мембранного материала, mpol, г, - масса мембранного материала в сорбционном объеме, ρpol, г/см3, - плотность мембранного материала. Устройство для осуществления данного способа состоит из блока подготовки газов или паров, блока детектирования - детектора газового хроматографа и блока проведения сорбции-десорбции, выполненного в виде хроматографической петли, присоединенной к шестиходовому крану-дозатору. Кран выполнен с возможностью переключения в положение для сорбции газа или пара в мембранном материале и в положение для десорбции газа или пара потоком газа-носителя в блок детектирования. Техническим результатом является упрощение и ускорение измерений, а также предотвращение изменения свойств мембранных материалов под действием нагрева-охлаждения. 2 н.п. ф-лы, 4 табл., 14 пр., 3 ил.

 

Изобретение относится к области определения сорбционных характеристик веществ, а именно к способам измерения величины сорбции и построения изотерм сорбции газа (пара) в различных мембранных материалах.

Известны способы определения величины сорбции при некотором давлении сорбата или изотерм сорбции газов, т.е. зависимостей величин сорбции от давления сорбата. Первый из них, так называемый «pressure-decay method», осуществляется двумя способами: с использованием одного манометра и одного сорбционного калиброванного объема [1] или двух манометров и двух объемов (сорбционного и калибровочного) [2]. Первый способ, описанный в работе Лундберга и др. [1], отличается исключительной простотой проведения эксперимента, в ходе которого емкость известного объема с содержащимся сорбентом заполняется газом-сорбатом (до необходимого давления). Со временем, в результате сорбции газа, данное давление уменьшается до некоторого равновесного давления, которое фиксируется манометром, присоединенным к емкости, и в дальнейшем используется для расчетов величины сорбции. Недостатком данного метода является сложность оценки исходного количества газа (пара), введенного в сорбционный объем, вследствие продолжительного установления исходного давления в сорбционной системе. За время установления равновесия часть газа (пара) сорбируется в сорбенте, что препятствует точной оценки исходного количества газа (пара). Второй способ, описанный в работе Короса и Пола [2], позволил избавиться от этого вышеуказанного недостатка путем введения в газовую схему прибора второго калибровочного (известного) объема, а также датчика давления, с помощью которых и происходит определение исходного количества газа (пара), вводимого впоследствии в емкость с сорбентом.

Общим недостатком этих методов является их неудовлетворительная точность для определения величины сорбции при пониженных давлениях (менее 1 атм), большой размер образца и сложность используемой аппаратуры.

Известен другой способ определения изотерм сорбции [3]. Он основан на изотермической сорбции газа (пара) на/в сорбенте с последующей термической десорбцией в динамическом режиме, причем содержание сорбата в потоке газа-носителя (гелия) определяется на катарометре с использованием моста Уинстона (детекторе по теплопроводности (ДТП)) в газовых хроматографах. На первом этапе измерения для получения парциальных давлений сорбата (исследуемого газа, сорбированного в мембранном материале) ниже атмосферного в потоке газа-носителя формируется газовая смесь, которая продувается через сорбент, находящийся в блоке адсорбера при определенной температуре. Таким образом, в изотермических условиях происходит сорбция исследуемого газа на/в сорбенте. Выходящий из адсорбера поток газовой смеси попадает в ДТП, сигнал которого пропорционален содержанию сорбата в потоке. Временная зависимость этого сигнала определяет базовую линию детектора. На втором этапе температура в адсорбере повышается до определенного уровня, при котором концентрацию сорбата на/в сорбенте можно считать близкой к нулю (или на несколько порядков меньше, чем та, что была при изучаемой температуре). При этом сорбционное равновесие постепенно смещается в сторону десорбции газа (пара), что вызывает повышение концентрации сорбата в отходящем потоке. На хроматограмме (т.е. на временной зависимости сигнала детектора) появляется характерный хроматографический пик, площадь которого (за вычетом площади базовой линии) соответствует суммарному количеству десорбированного газа или, другими словами, количеству сорбата, содержавшемуся на/в сорбенте при температуре сорбции.

Для реализации этого способа используют устройство, в котором можно выделить блок подготовки газов, включающий дозаторы исследуемого газа и гелия и смесители потоков исследуемого газа и гелия, блок сорбции-десорбции и детектор, основанный на отличии теплопроводности в виде моста Уинстона, содержащего одно активное плечо - измерительную ячейку диффузионного типа с постоянной температурой чувствительного элемента - и три пассивных плеча (катарометр).

Данные способ и устройство по совокупности технических признаков и достигаемому техническому результату являются наиболее близкими к предложенному изобретению и могут быть выбраны в качестве наиболее близкого аналога (прототипа).

Основной недостаток данного способа и устройства заключается в том, что для его осуществления необходимо проводить циклы нагрева-охлаждения, которые могут изменять сорбционные свойства многих мембранных материалов; в связи с этим имеет место как усложнение эксперимента и самого устройства.

Задача изобретения заключается в разработке способа определения изотерм сорбции, в котором устранен этот недостаток, применимого при исследовании мембранных материалов, позволяющего работать с малыми образцами (от 50 мг), при пониженных давлениях газов, а также упрощении способа и устройства.

Решение поставленной задачи достигается способом определения изотерм сорбции газов и паров в мембранных материалах, включающим предварительное определение количества газа или пара в газовой фазе сорбционного объема, сорбцию газа или пара помещенным в сорбционный объем мембранным материалом с поддержанием заданного парциального давления газа или пара до полного насыщения мембранного материала газом или паром, десорбцию газа или пара путем сдувки его потоком газа-носителя в хроматографический детектор, расчет количества газа или пара, сорбированного мембранным материалом с использованием полученной хроматограммы и повторение указанных операций при различных парциальных давлениях с получением изотерм сорбции газа или пара, в котором указанную сорбцию и десорбцию осуществляют в изотермических условиях в хроматографической петле, присоединенной к крану-дозатору, расчет количества сорбированного газа или пара n 1 p o l , моль осуществляют по формулам:

где n 1 , моль, - суммарное количество газа или пара в сорбционном объеме, определяемое из площади пика хроматограммы, n 1 G - количество газа или пара, находящееся в пустом объеме VG петли, заполненной мембранным материалом, и определяемое по уравнению состояния газа или пара, VΣ,G, см3, - суммарный сорбционный объем, рассчитываемый по уравнению состояния газа или пара из предварительного определенного количества газа или пара в газовой фазе сорбционного объема, Vpol, см3, - объем мембранного материала, mpol, г, - масса мембранного материала в сорбционном объеме, ρpol, г/см3, - плотность мембранного материала.

Для решения поставленной задачи предложено устройство для осуществления данного способа, состоящее из блока подготовки газов или паров, блока детектирования - детектора газового хроматографа и блока проведения сорбции-десорбции, выполненного в виде хроматографической петли, присоединенной к шестиходовому крану-дозатору. Кран выполнен с возможностью переключения в положение для сорбции газа или пара в мембранном материале и в положение для десорбции газа или пара потоком газа-носителя в блок детектирования.

Предложенный способ определения изотерм сорбции или величины сорбции газов и паров в мембранных материалах базируется на определении количества газа (пара), десорбированного из предварительно насыщенного им мембранного материала.

Предлагаемый способ позволяет усовершенствовать оба известных подхода путем насыщения мембранного материала (до состояния равновесия системы газ - исследуемый материал) в среде газа и детектирования количества сорбата изотермической десорбцией в хроматографический детектор. Данный метод осуществляется в несколько этапов. На первом этапе измеряется количество газа n 1 , G , которое помещается в объеме петли без исследуемого материала, для оценки ее «пустого» объема VΣ,G. Эта процедура может проводиться при различных парциальных давлениях р1 исследуемого газа. Объем VΣ,G, являющийся суммой объема петли и подсоединений, определяется по уравнению Клапейрона-Менделеева:

где R, Дж/(моль·К), - универсальная газовая постоянная, Т, К, - температура, при которой проводится процесс сорбции. В случае паров следует использовать уравнение состояния реальных газов [4].

На втором этапе мембранный материал известной массы mpol помещается в петлю, через которую до полного насыщения образца продувается исследуемый газ с известным парциальным давлением p1. Затем данный газ десорбируется газом-носителем в хроматографический детектор для определения суммарного количества газа n 1 (фиг.1), находящегося в сорбционном объеме (петле), в том числе и количества газа n 1 p o l , сорбированного в полимере.

где n 1 G - количество газа, находящееся в пустом объеме VG петли, или другими словами, в газовой фазе сорбционного объема.

Третий этап измерений заключается в оценке количества газа n 1 G , исходя из того, что суммарный сорбционный объем VΣ,G определяется выражением

где объем Vpol помещенного в петлю мембранного материала рассчитывается по уравнению

Здесь mpol - масса мембранного материала в сорбционном пространстве (петле), ρpol - плотность этого материала.

На основе уравнений (3) и (4) можно рассчитать количество газа в пустом объеме сорбционного пространства

Для пара и для газов при давлениях выше 1 атм следует применять любое из имеющихся уравнений состояния реального газа [4]. Наиболее удобным при расчетах оказывается уравнение Бертло [5, С.24].

где Tc, К, и рс, атм, - критические температура и давление рассматриваемого газа (пара).

Исходя из полученных данных о количестве сорбированного газа n 1 p o l при различных его парциальных давлениях, можно построить изотерму сорбции газа и на ее основе рассчитать коэффициент растворимости газа в мембранном материале.

Измерения проводят на установке, схема которой представлена на фиг.2, где 1, 3 - баллоны с газом-носителем, 2, 4, 7 - краны регулирования потока газа, 5, 8 - 3-ходовые краны, 6 - баллон с исследуемым газом, 9 - хроматографическая колонка с твердым носителем, 10 - манометр для измерения давления на входе в колонку, 11 - шестиходовой кран, 12 - петля с исследуемым мембранным материалом, 13 - двухходовой кран, 14 - рабочая колонка, 15 - колонка сравнения, 16 - хромато графический детектор по теплопроводности, 17 - термостат.

Она состоит из трех основных блоков:

- блок подготовки газов (1-10);

- блок проведения сорбции-десорбции (11-13);

- блок детектирования (14-17).

Блок подготовки газов служит для задания необходимого парциального давления исследуемого газа (от 0.05 до 3.0 атм). Парциальное давление газа, равное атмосферному, создается потоком чистого газа, парциальное давление ниже атмосферного - путем разбавления исследуемого газа газом-носителем при атмосферном давлении с помощью кранов тонкой регулировки 4 и 7, парциальное давление выше атмосферного задается напуском чистого газа в петлю, выход которой изолирован краном 13 от атмосферы.

Блок детектирования представляет собой детектор газового хроматографа Кристаллюкс-4000М с ДТП. Исследуемый поток, выходящий из канала 2 крана-дозатора, поступает на его рабочую колонку 14, в то время как в колонке сравнения 15 устанавливается поток газа-носителя. На схеме обозначены и рабочая колонка, и колонка сравнения, которые могут не заполняться сорбентом, а служат лишь газотранспортными линиями.

Блок сорбции-десорбции - это хроматографическая петля, присоединенная к шестиходовому крану-дозатору 11 таким образом, чтобы обеспечивались два режима работы крана-дозатора согласно подсоединениям, приведенным на фиг.2. В процессе измерений в качестве петли применялись медная и стальная трубки длиной 50-120 мм и внутренним диаметром 2 мм.

Из газового баллона 1 с редуктором через кран 2 газ-носитель подают на вход 1 крана-дозатора, при положении I (соединены входы 1-2, 3-4, 5-6) которого газ-носитель проходит через петлю 12 (выход 6 и вход 3 на кране-дозаторе) и выходит из выхода 2, а при положении II (соединены входы 2-3, 4-5, 6-1) газ-носитель выходит напрямую из выхода 2; затем направляется через рабочую колонку 14 в хроматографический детектор 16.

Из газового баллона 6 исследуемый газ (сорбат) через кран 4, трехходовой кран 5, трубку 9 подают на вход 5 крана-дозатора 11. В положении I исследуемый газ проходит через петлю 12 (выход 6 и вход 3) и из выхода 4 попадает на кран 13 и далее в атмосферу. Давление выше 1 атм в петле устанавливается редуктором газового баллона 3 по манометру 10 при закрытом кране 13. При положении II крана-дозатора 11 вход 5 на кране-дозаторе напрямую соединяется с выходом 4. Кран 5 имеет два положения, в первом - соединены входы 1 и 2, а выход 3 изолирован, в другом - соединены входы 1 и 3, выход 2 изолирован. Аналогичным образом функционирует трехходовой кран 8.

Газовая линия из баллона 3 служит для получения парциальных давлений (ниже 1 атм) исследуемого газа в потоке путем смешения потоков газа-носителя и исследуемого газа из баллона 6 в хроматографической колонке 9. Требуемое давление устанавливают соответствующим отношением потоков. Для этого газ-носитель из баллона 3 поступает через кран 7 и трехходовой кран в атмосферу для установления необходимой объемной скорости потока (измерение объемной скорости потока происходит пенным расходомером, на рисунке не показан). Аналогичным образом краном 4 устанавливают требуемый поток исследуемого газа из баллона 6 через трехходовой кран 5 в атмосферу. После формирования требуемых объемных скоростей потоки исследуемого газа и газа-носителя смешивают в хроматографической колонке 9 поворотом трехходовых кранов 5 и 8. Потоком газа-носителя исследуемый газ выносится в рабочую колонку 14. Линия газа-носителя в колонку сравнения 15 не показана на рисунке. Детектор 16 регистрирует теплопроводность проходящего потока. Термостат 77 служит для поддержания изотермических условий.

Далее проводят те же манипуляции для случая исследуемого газа, с учетом того, что кран 13 открыт на атмосферу.

Примеры 1-4.

С целью верификации данных, получаемых предложенным методом, были измерены изотермы сорбции постоянных газов (азот, кислород, углекислый газ, метан) в поливинилтриметилсилане (ПВТМС), полимере, хорошо изученным ранее [6]. ПВТМС является аморфным полимером и отличается средним уровнем газопроницаемости (коэффициент проницаемости Р кислорода составляет около 40 Баррер).

Таблица 1
Изотермы сорбции газов в ПВТМС
N2 (27°C) О2 (27°С) CO2 (22°С) CH4
p с p с p с p с
2.53±0.06 1.05±0.10 2.4±0.1 1.20±0.20 1.01±0.05 2.2±0.3 1.01±0.06 1.38±0.23
2.09±0.05 0.87±0.09 2.0±0.1 1.00±0.15 0.75±0.04 1.6±0.2 0.76±0.05 1.04±0.18
1.72±0.04 0.71±0.07 1.78±0.09 0.88±0.13 0.50±0.03 1.1±0.2 0.50±0.04 0.70±0.15
1.40±0.03 0.57±0.06 1.36±0.07 0.67±0.11 0.25±0.03 0.5±0.1 0.25±0.04 0.36±0.14
1.00±0.03 0.41±0.04 1.00±0.07 0.50±0.09 0.13±0.03 0.26±0.13 0.13±0.04 0.19±0.14
0.45±0.02 0.19±0.02 0.47±0.07 0.25±0.09 - - - -
0.13±0.01 0.07±0.01 0.14±0.01 0.09±0.1 - - - -
с - концентрация газа в полимере, выраженная в см3 (н.у.)/см3 (полимер)/атм; p - давление газа, атм. Условия проведения экспериментов: медная трубка длиной 48 мм, внутренний диаметр 2 мм, масса полимера 0.052 г, плотность полимера - 0.86 г/см3, V g a s G = 0 . 3 6 2 с м 3 .

Примеры 5-7.

Предложенным методом были определены изотермы сорбции постоянных газов в высокопроницаемом аморфном аддитивном дитриметилсилилтрициклононене Ад-ПТЦН-Si2 (Р(O2)=3.4·103 Баррер).

Таблица 2
Изотермы сорбции газов в Ад-ПТЦН-512
N2 (29°С) О2 (25°С) CO2 (23°С)
p с p с p с
1.99±0.07 2.3±0.3 2.45±0.13 3.4±0.6 2.06±0.10 15.8±2.1
1.68±0.05 1.9±0.2 2.04±0.11 2.8±0.4 1.66±0.08 12.9±1.7
1.25±0.04 1.5±0.2 1.65±0.08 2.3±0.4 1.34±0.06 10.5±1.4
0.87±0.03 1.1±0.1 1.35±0.07 1.9±0.3 0.99±0.05 7.8±1.0
0.64±0.02 0.77±0.09 0.99±0.05 1.3±0.2 0.47±0.03 4.0±0.6
0.44±0.01 0.53±0.06 0.52±0.05 0.7±0.2 0.12±0.02 1.2±0.5
0.11±0.01 0.16±0.03 0.13±0.05 0.2±0.2 - -
с - концентрация газа в полимере, выраженная в см3 (н.у.)/см3 (полимер)/атм; p - давление газа, атм. Условия проведения экспериментов: медная трубка длиной 92 мм, внутренний диаметр 2 мм, масса полимера 0.098 г, плотность полимера 0.81 г/см3, V g a s G = 0 . 4 2 2 с м 3 .

Примеры 8-10.

Предложенным методом были определены изотермы сорбции легких углеводородов в высокопроницаемом аморфном аддитивном дитриметилсилилтрициклононене Ад-ПТЦН-812.

Таблица 3
Изотермы сорбции легких углеводородов в Ад-ПТЦН-812
СН4 (25°С) C2H6 (23°С) C3H8 (23°С)
p с P с p с
2.43±0.17 6.9±1.3 2.38±0.11 56±9 2.07±0.10 120±18
2.02±0.14 5.6±1.0 2.01±0.09 47±7 1.68±0.08 98±15
1.75±0.12 4.8±0.8 1.70±0.08 40±6 1.28±0.06 72±11
1.35±0.09 3.6±0.6 1.31±0.06 31±5 1.00±0.04 56±8
0.99±0.06 2.7±0.4 1.00±0.05 23±4 0.51±0.02 28±4
0.50±0.04 1.3±0.3 0.50±0.02 11±2 0.13±0.01 8±1
0.13±0.05 0.3±0.2 0.13±0.01 2.8±0.5
с - концентрация газа в полимере, выраженная в см3 (н.у.)/см3 (полимер)/атм; р - давление газа, атм. Условия проведения экспериментов: медная трубка длиной 92 мм, внутренний диаметр 2 мм, масса полимера 0.098 г, плотность полимера 0.81 г/см3, V g a s G = 0 . 4 2 2 с м 3 .

Примеры 11-14.

Предложенным методом были определены изотермы сорбции постоянных газов в среднепроницаемом перфторированном аморфном гомополимере - полигексафторпропилене (ПГФП) - (Р(O2)=124 Баррер).

Таблица 4
Изотермы сорбции газов в ПГФП
N2 (27.5°C) O2 (26°C) CO2 (27.5°С) СН4 (27.5°С)
p с p с p с p с
2.43±0.08 2.4±0.3 2.48±0.13 3.0±0.5 1.48±0.06 6.5±0.8 2.35±0.15 3.4±0.6
2.02±0.07 2.0±0.2 2.05±0.11 2.5±0.4 1.30±0.04 5.6±0.8 2.04±0.12 2.9±0.5
1.69±0.06 1.6±0.2 1.75±0.09 2.1±0.3 1.00±0.03 4.2±0.7 1.70±0.10 2.4±0.4
1.29±0.04 1.2±0.1 1.37±0.07 1.7±0.3 0.73±0.03 3.1±0.5 1.30±0.07 1.9±0.3
1.00±0.03 0.95±0.11 1.00±0.05 1.2±0.2 0.51±0.03 2.1±0.5 1.00±0.06 1.5±0.2
0.53±0.02 0.48±0.05 0.52±0.05 0.7±0.2 0.13±0.02 0.5±0.6 0.54±0.05 0.8±0.2
0.14±0.01 0.12±0.02 0.12±0.05 0.2±0.2 - - 0.13±0.06 0.2±0.2
с - концентрация газа в полимере, выраженная в см3 (н.у.)/см3 (полимер)/атм; р - давление газа, атм. Условия проведения экспериментов: медная трубка длиной 92 мм, внутренний диаметр 2 мм, масса полимера 0.274 г, плотность полимера - 2.05 г/см3, V g a s G = 0 . 4 6 0 с м 3 .

В качестве примера графического представления изотерм сорбции на фиг.3 представлены изотермы сорбции кислорода в трех изученных полимерах. Как видно, в изученном интервале давлений (0-2.5 атм) полученные изотермы линейны, угол наклона зависимости характеризует коэффициенты растворимости кислорода в этих полимерах.

Сопоставление экспериментов, представленных в примерах, с прототипом данного изобретения позволяет выявить ряд преимуществ предлагаемого метода. Во-первых, отсутствие необходимости процедуры нагрева и охлаждения образца позволяет существенно упростить и ускорить измерения. Во-вторых, нагрев (иногда до высоких температур) является недопустимым при работе с полимерами, особенно с высокопроницаемыми полимерами, склонными к старению [7]. Известно, что скорость старения увеличивается при нагреве. Проведение экспериментов с периодическим нагревом и охлаждением будет приводить к необратимым изменениям свойств полимера.

Литература

1. Lundberg J.L., Wilk M.B., Huyett M.J. J. Polym. Sci., Polym. Phys. Ed., 1962, V.57, 275-299.

2. Koros W.J., Paul D.R. Design Considerations for Measurement of Gas Sorption in Polymers by Pressure Decay. J. Pol. Sci., Polym. Phys. Ed., 1976, V.14, 1903-1907.

3. Патент РФ №2150101 С1, МПК G01N 15/08, G01N 30/00, 27.05.2000. Способ определения удельной поверхности и устройство для его осуществления.

4. Р. Рид, Т. Шервуд. Свойства газов и жидкостей. Перевод с англ. под ред. проф. В.Б. Когана. Изд. «Химия», Л., 1971.

5. Д. Сталл, Э. Вестрам, Г. Зинке. Химическая термодинамика органических соединений. Перевод с англ. под ред. к.х.н. В.А. Левицкого и В.М. Сахарова. Изд. «Химия», М., 1971.

6. Волков В.В. Растворимость и диффузия газов и паров в поливинилтриметилсилане. Диссертация. М.: ИНХС им. А.В. Топчиева РАН, 1979 г.

7. Р.Н. Pfromm, The impact of physical aging of amorphous glassy polymers on gas separation membranes. In Book: Materials Science of Membranes for Gas and Vapor Separation, Ed. by Yu. Yampolskii, I. Pinnau, B.D. Freeman, Wiley, 2006.

1. Способ определения изотерм сорбции газов и паров в мембранных материалах, включающий предварительное определение количества газа или пара в газовой фазе сорбционного объема, сорбцию газа или пара помещенным в сорбционный объем мембранным материалом с поддержанием заданного парциального давления газа или пара до полного насыщения мембранного материала газом или паром, десорбцию газа или пара путем сдувки его потоком газа-носителя в хроматографический детектор, расчет количества газа или пара, сорбированного мембранным материалом, с использованием полученной хроматограммы и повторение указанных операций при различных парциальных давлениях с получением изотерм сорбции газа или пара, отличающийся тем, что указанную сорбцию и десорбцию осуществляют в изотермических условиях в хроматографической петле, присоединенной к крану-дозатору, расчет количества сорбированного газа или пара n 1 p o l , моль, осуществляют по формулам:

где n 1 , моль, - суммарное количество газа или пара в сорбционном объеме с мембранным материалом, определяемое из площади пика хроматограммы, n 1 G - количество газа или пара, находящееся в пустом объеме VG петли, заполненной мембранным материалом, и определяемое по уравнению состояния газа или пара, VΣ,G, см3, - суммарный сорбционный объем, рассчитываемый по уравнению состояния газа или пара из предварительного определенного количества газа или пара в газовой фазе сорбционного объема, Vpol, см3, - объем мембранного материала, mpol, г, - масса мембранного материала в сорбционном объеме, ρpol, г/см3, - плотность мембранного материала.

2. Устройство для определения изотерм сорбции газов и паров, состоящее из блока подготовки газов или паров, блока детектирования - детектора газового хроматографа и блока проведения сорбции-десорбции, отличающееся тем, что для осуществления способа по п.1 блок проведения сорбции-десорбции выполнен в виде хроматографической петли, присоединенной к шестиходовому крану-дозатору, выполненному с возможностью переключения в положение для сорбции газа или пара в мембранном материале и в положение для десорбции газа или пара потоком газа-носителя в блок детектирования.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к аналитической химии и касается количественного определения тетрациклина в молоке и молочных продуктах. Способ определения тетрациклина в молоке и молочных продуктах заключается в предварительном сорбционном концентрировании тетрациклина природным цеолитом и последующем определении данного аналита методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с ультрафиолетовым детектированием при длине волны 350 нм.
Изобретение относится к области контроля перемещающихся своим ходом транспортных средств и может быть использовано для досмотра с целью обнаружения скрытых предметов, веществ и материалов, запрещенных к перевозке.

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано в химической, фармацевтической и других отраслях промышленности при анализе парабенов методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).

Изобретение может быть использовано для анализа многокомпонентных газовых смесей в замкнутых объемах. Способ определения параметров газовой среды в герметизированном контейнере с электромеханическими приборами включает отбор пробы анализируемой газовой среды из герметизированного контейнера и измерение совокупности характеристик компонентов газовой среды, выделяющихся из объектов в герметизированный контейнер, таких как концентрация, температура и давление.
Изобретение относится к области прогнозирования процессов старения синтетических полимерных материалов (СПМ) в зависимости от продолжительности их эксплуатации или хранения.

Использование: области измерительной техники для исследования параметров многокомпонентных газовых сред. Способ определения воздействия факторов газовой среды на работоспособность электромеханических приборов включает формирование газовой среды с заданной совокупностью характеристик, таких как состав, концентрация, температура, давление и влажность, определение указанных характеристик.

Изобретение относится к области испытаний и может использоваться для определения сорбционной емкости до заданной степени насыщенных водой сорбентов нефтью и нефтепродуктами.

Изобретение относится к газохроматографическим методам анализа и может быть использовано в нефтяной и других отраслях промышленности для скрытой маркировки нефти и нефтепродуктов при проведении различного типа экспертиз в торговых и промышленных предприятиях.

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано в химической, косметической, фармацевтической и других отраслях промышленности при анализе парабенов методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).

Изобретение относится к области масс-спектрометрии, а именно к источникам ионов с мягким методом ионизации с использованием электрораспыления анализируемых растворов в неоднородном постоянном электрическом поле при атмосферном давлении, и найдет широкое применение в масс-спектрометрии, спектрометрии подвижности ионов при решении задач органической и биоорганической химии, иммунологии, медицины, диагностике заболеваний, биохимических исследований, фармацевтике, проведении анализов в протеомике, метаболомике и криминалистике.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для определения остаточных количеств биоорганического соединения (д.в. поли-NN-диметил-3,4 метилпиролидиния галогенида (хлорида)) с ярко выраженными бактерицидными и фунгипротекторными свойствами в растительных объектах (яблоки, груши, айва, сливы, персики). Способ количественного определения остаточных количеств поли-NN-диметил-3,4 метилпиролидиния галогенида (хлорида) в растительном материале методом газовой хроматографии с помощью газового хроматографа, оснащенного пламенно-ионизационным детектором. При этом параметры хроматографирования: температура колонки 190°C, расход азота через колонку 30 мл/мин, расход водорода 40 мл/мин, расход воздуха 420 мл/мин; размера частиц активированного угля в колонке 0,25 мм; температуры и времени выдерживания пробы в водяной бане, герметически закупоренные сосуды выдерживали 30 мин при температуре 70°C. Техническим результатом является повышение объективности и достоверности определения микроколичеств поли-NN-диметил-3,4 метилпиролидиния галогенида (хлорида) в растительном материале, а также полное разделение пиков, высокая точность результата. Стандартное отклонение 6,4%, доверительный интервал среднего при n=5 и d=0,95 7,9%. 3 табл., 3 пр.

Изобретение относится к области физико-химического анализа, а именно к измерению удельной поверхности (УП) дисперсных, пористых и компактных материалов. Предварительно перед сорбцией камеру с источником, соединенную с камерой с исследуемым материалом, продувают инертным газом и вакуумируют. Далее для обеспечения сорбции температуру камеры с источником поддерживают на уровне 500÷550°C, температуру камеры с исследуемым материалом поддерживают на 20÷30°C выше температуры камеры с источником. Затем обе камеры повторно продувают инертным газом и вакуумируют. А далее проводят десорбцию серебра селективным растворителем при комнатной температуре с дальнейшим анализом количества серебра в растворе спектральным методом. При этом, например, в качестве селективного растворителя можно использовать одномолярную азотную кислоту. А в качестве спектрального метода используют метод индуктивно-связанной плазмы. Процесс сорбции проводят в течение 15-30 минут. Задача и достигаемый при использовании изобретения технический результат - повышение точности измерения УП дисперсных, пористых и компактных материалов с одновременным расширением диапазона измерения УП от 10-3 м2/г до 103 м2/г. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для градуировки газоанализаторов и газовых хроматографов и получения градуировочных газовых смесей при анализе объектов окружающей среды, природного и попутного нефтяного газа в различных отраслях промышленности. Способ получения градуировочных смесей фотохимической реакцией карбоксилатоуранилатов калия, при котором в каждую из трех последовательно соединенных стеклянных емкостей помещают фиксированное количество одного из комплексных соединений K[UO2L3], где L - анион предельной монокарбоновой кислоты, и растворяют в дистиллированной воде в темноте при интенсивном перемешивании с помощью барботажного контакта потока очищенного воздуха. Затем под действием дневного света в результате фотохимического разложения комплексов в газовую фазу выделяются легкие углеводороды гомологического ряда метана и диоксид углерода, которые разбавляются воздухом и транспортируются с заданной объемной скоростью в линию градуировочных смесей. Устройство для получения градуировочных смесей содержит последовательно соединенные блок подготовки воздуха, термостатируемую проточную систему, выполненную, по крайней мере, из трех одинаковых по размерам стеклянных, герметичных емкостей, причем каждая емкость снабжена управляемыми светозащитными шторами. Первая емкость, соединенная с блоком подготовки воздуха, заполнена насыщенным водным раствором тривалератоуранилата калия, вторая емкость - трибутиратоуранилата калия и третья - трипропионатоуранилата калия, а на выходе третьей емкости установлен регулятор расхода воздуха. Техническим результатом является получение нескольких градуировочных смесей легких углеводородных газов от метана до пентана включительно и диоксида углерода в воздухе с различными концентрациями. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к аналитической химии, конкретно к неподвижным фазам для разделения веществ методом капиллярной газовой хроматографии, и может быть использовано в анализе различных классов химических веществ. Описана неподвижная фаза для газовой хроматографии, представляющая собой функционализированный полимер, полученный путем окислительной обработки поли(1-триметилсилил-1-пропина) закисью азота. Техническим результатом является возможность разделять с высокой степенью селективности различные классы химических соединений, а температура и размер колонки оказывают сильное влияние на удерживание компонентов. 9 ил, 1 табл., 7 пр.

Изобретение относится к способам исследования материалов с использованием инфракрасной спектрометрии и может быть использовано в промышленных, экологических и научно-исследовательских лабораториях при исследовании состава и качества любых (сточной, попутной, поверхностной, питьевой) проб воды. Способ определения этиленгликоля в водных растворах включает отбор испытуемой пробы воды в мерную колбу и введение в нее внутреннего стандарта. Затем предварительно готовят градуировочные растворы, в пять мерных взвешенных колб объемом 100 мл помещают по 5 мл внутреннего стандарта. Далее определяют массу внутреннего стандарта, добавляют в мерные колбы с внутренним стандартом соответственно 0; 2; 5; 10 и 20 мл этиленгликоля. Мерные колбы взвешивают и дополняют до метки дистиллированной водой. Затем наносят на стекло из бромистого калия и исследуют методом инфракрасной спектрометрии, измеряя на Фурье-спектрометре с разрешением не хуже 1 см-1 спектр пропускания раствора в области волновых чисел 450-4000 см-1. Затем рассчитывают для каждого раствора концентрацию внутреннего стандарта Свс (г/дм3) и концентрацию этиленгликоля Сэ (г/дм3) в градуировочном растворе, с помощью программного обеспечения проводят расчет нормализованного на значение концентрации внутреннего стандарта в градуировочном растворе спектра оптической плотности в области выбранной аналитической частоты и методом базисной линии по графику определяют на определенной частоте (см-1) значение приведенной оптической плотности Dпр (дм3/мг), по полученным значениям приведенной оптической плотности Dпр (дм3/мг) и концентрации этиленгликоля Сэ (г/дм3) в растворе строят градуировочный график. Затем в предварительно взвешенную мерную колбу для испытуемой пробы воды (далее мерная колба), объемом 100 мл помещают 5 мл внутреннего стандарта, по разнице масс мерной колбы с внутренним стандартом и предварительно взвешенной мерной колбы находят массу внутреннего стандарта, мерную колбу наполняют до метки испытуемой водой, рассчитывают концентрацию внутреннего стандарта Свс (г/дм3), введенного в испытуемую пробу воды. Полученный раствор перемешивают в течение 5 мин и наносят тонким слоем на стекло из бромистого калия и проводят исследования методом инфракрасной спектрометрии, измеряя спектр пропускания пробы воды с введенным внутренним стандартом в области 450-4000 см-1. Затем с помощью программного обеспечения проводят расчет в области выбранной аналитической частоты нормализованного на значение концентрации внутреннего стандарта спектра оптической плотности и определяют методом базисной линии на выбранной аналитической частоте значение приведенной оптической плотности Dпр (дм3/мг) для испытуемой пробы воды, по градуировочному графику по измеренному значению на аналитической частоте приведенной оптической плотности Dпр (дм3/мг) определяют концентрацию этиленгликоля Сэ (г/дм3) в испытуемой пробе воды или по определенной ранее градуировочной зависимости. Техническим результатом является сокращение времени осуществления и упрощение процесса количественного определения этиленгликоля в пробах воды. 3 ил.

Потоковый газовый хроматограф предназначен для определения качественного и количественного состава различных газов, например природного газа на технологических потоках предприятий газовой, нефтеперерабатывающей и других отраслей промышленности. Хроматограф содержит корпус (1, 2) со штуцерами (3.1-3.6) ввода и вывода газов и расположенные в корпусе устройство (5) для подготовки и ввода пробы, теплоизолированный аналитический блок (13), систему трубопроводов, соединяющих функциональные компоненты хроматографа между собой и со штуцерами ввода и вывода газов; и средства управления направлениями газовых потоков. Устройство (5) для подготовки и ввода пробы включает в себя регуляторы давления (6, 7) и расхода (8), измеритель расхода (9) и дроссель (10), а аналитический блок (13) содержит термостат (14), в котором размещены хроматографическая аналитическая колонка (15), детектор (16) и дозирующий объем (17). Согласно изобретению средства управления направлениями газовых потоков включают в себя электронный блок (4) управления и связанные с ним управляемые запорные клапаны (11.1-11.20), установленные в соответствующих трубопроводах, при этом электронный блок (4) управления выполнен с возможностью независимого управления каждым запорным клапаном. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения состава газа и повышение уровня автоматизации при регламентных работах, расширение функциональных возможностей хроматографа и областей его применения. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для определения содержания ЛХС (летучих хлорорганических соединений): четыреххлористого углерода, метиленхлорида, хлороформа, 1,2-дихлорэтана, 1.1.2-трихлорэтана в донных отложениях. Способ определения содержания ЛХС в донных отложениях с применением анализа равновесного пара включает определение ЛХС на капиллярной хроматографической колонке в потоке газа-носителя, представляющем собой азот, образование и регистрацию пламенно-ионизационным детектором исследуемых ионов, образующихся в пламени. При этом готовят основной раствор с концентрацией ЛХС 8 мг/см3, хорошо сохраняющийся 2 месяца при температуре от -2°C до -10°С, готовят промежуточный раствор с концентрацией ЛХС 10 мг/дм3 разведением основного раствора водой очищенной. Затем готовят градуировочные растворы для диапазона концентраций ЛХС 0,05-2,5 мг/дм3 разведением водой очищенной промежуточного раствора, градуируют хроматограф. Далее вводя в него предварительно отобранную паровую фазу градуировочных растворов, строят градуировочный график. Причем после термостатирования исследуемого образца отбирают паровую фазу и парофазным шприцем вводят в испаритель хроматографа, полученные данные обрабатывают компьютерной программой GCsolution, которой комплектуется хроматографический комплекс SHIMADZU GC-2010, и получают качественную идентификацию и количественные показания прибора. Содержание каждого компонента Ci, мг/кг, сухого вещества вычисляют математически. Техническим результатом является повышение логичности и точности анализа, достижение приемлемых результатов повторяемости (сходимости) параллельных проб и удобство выполнения анализа в условиях экологического мониторинга. 6 табл, 2 ил.
Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения карбоновых кислот в водных растворах глиоксаля. В процессе синтеза глиоксаля образуются примеси гликолевой и глиоксалевой кислот, которые мешают дальнейшему его использованию, так как наряду с последним вступают в реакции конденсации, сильно загрязняя продукты на основе глиоксаля. С целью анализа разделения кислот проводят на колонке Zorbax Sb-Aq размерами 150×3 мм, размер зерна 5 мкм. При этом адсорбировавшиеся на колонке кислоты элюируют смесью: 99% вода, 1% ацетонитрил+Н3PO4, pH=2, со скоростью 0,5 мл/мин. Причем в качестве детектора используют спектрофотометрический детектор с длиной волны 210 нм с последующим определением площадей хроматографических пиков глиоксалевой и гликолевой кислот в водном растворе глиоксаля. Техническим результатом является разработка способа хроматографического определения гликолевой и глиоксалевой кислот с целью определения их массовой доли в растворе глиоксаля. 1 пр.
Наверх