[發明專利]一種氣體水合物比表面積和吸附量的測量方法

有效

• 申請號: 201811485880.0
• 申請日: 2018-12-06
• 公開（公告）號: CN109580815B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 周雪冰;梁德青;陳佩麗;唐翠萍;萬麗華
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: G01N30/02
• 分類號: G01N30/02;G01N30/06;G01N23/20;G01N1/28
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 蔣歡妹;莫瑤江

1.一種氣體水合物比表面積的測量方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)高壓物理吸附儀和氣相色譜儀聯用測定在-120到-80℃溫度范圍內氣體水合物樣品表面的氮氣的吸附量及氣體水合物中氣體總含量：采用氮氣對-120到-80℃溫度范圍內氣體水合物樣品進行吸附測定，通過氣相色譜儀對吸附過程前后注入和排出的氣體總量和氣體成分進行測定，吸附測定過程完成后，將高壓物理吸附儀升溫直到氣體水合物樣品完全分解并測量分解后排出的氣體總量和氣體成分，獲得吸附于氣體水合物樣品表面的氮氣的吸附量N_ad和氣體水合物樣品中的氣體組分總含量N_m；

(2)取相同的氣體水合物樣品，利用X射線衍射儀在-120到-80℃溫度范圍內對氣體水合物樣品晶體結構進行測定，并計算出氣體水合物樣品中氣體在氣體水合物中的平均孔穴占有率和單位質量的氣體水合物樣品中氣體含量n_m；

(3)通過氣體水合物樣品中的氣體組分總含量N_m和單位質量的氣體水合物樣品中氣體的含量n_m計算吸附測試過程中甲烷水合物樣品的質量M_m：然后在Langmuir吸附定理假設的環境條件下計算出待測氣體水合物樣品的比表面積。

2.根據權利要求1所述氣體水合物比表面積的測量方法，其特征在于，所述氣相色譜儀的氣體進樣口與高壓物理吸附儀的排氣裝置相連，當高壓物理吸附儀測算出吸附過程完成時排出的氣體總量之后，測量其中是否包含氣體水合物中逸出的氣體及其組分含量。

3.根據權利要求1所述氣體水合物比表面積的測量方法，其特征在于，所述氣體水合物為不包含氮氣的氣體水合物。

4.根據權利要求1所述氣體水合物比表面積的測量方法，其特征在于，所述氣體水合物選自天然氣水合物、純甲烷水合物、純二氧化碳水合物。

5.根據權利要求1所述氣體水合物比表面積的測量方法，其特征在于，所述氣體水合物為甲烷氣體水合物時，具體包括以下步驟：

1)將高壓物理吸附儀預冷至-120℃到-80℃溫度范圍內，把甲烷水合物樣品放入高壓物理吸附儀后快速抽真空，隨后將高壓氮氣瓶中一定量的氮氣注入高壓物理吸附儀中并測量注入高壓物理吸附儀中氮氣的總量N₁；吸附過程完成后，利用高壓物理吸附儀中的渦輪分子泵抽出未吸附的氮氣，并測量這部分氣體的總量N₂，同時，將這部分氣體通過氣相色譜儀測量由于部分甲烷水合物樣品分解而產生的甲烷組分含量y₁；最后將高壓物理吸附儀升溫，使甲烷水合物樣品完全分解并測量分解后排出的氣體總量N₃，同時通過氣相色譜儀測量排出的氣體中包含的由于甲烷水合物樣品全部分解產生的甲烷組分含量y₂；

2)將步驟1)測得的數據代入下式分別計算吸附于甲烷水合物表面的氮氣的吸附量N_ad和甲烷水合物樣品中的甲烷組分總含量N_m：

N_ad＝N₁-N₂·(1-y₁)＝N₃·(1-y₂)

N_m＝N₂·y₁+N₃·y₂；

3)將X射線衍射儀的樣品臺預冷至-120℃到-80℃，并將另一部分甲烷水合物樣品放入X射線衍射儀進行晶體結構測量，利用獲得的X射線衍射圖譜和水合物晶體精修軟件計算出甲烷水合物樣品的晶格常數a，b，c以及甲烷在I型水合物中大籠和小籠的孔穴占有率ρ₁和ρ₂，代入下式計算單位質量的甲烷水合物樣品中甲烷氣體的含量n_m：

4)、將步驟2)計算得到的甲烷水合物樣品中的甲烷組分總含量N_m和步驟3)計算得到的單位質量的甲烷水合物樣品中甲烷氣體的含量n_m代入下式計算吸附測試過程中甲烷水合物樣品的質量M_m：

5)將步驟2)計算得到的吸附于甲烷水合物表面的氮氣的吸附量N_ad和步驟4)計算得到的甲烷水合物樣品質量M_m，在Langmuir吸附定理假設的環境條件下計算出甲烷水合物樣品的比表面積S_ad：

S_ad＝N_ad·A·σ_m/M_m

其中A為Avogadro常數，A＝6.023×10^-20/mol，σ_m為吸附質分子N₂的截面積,σ_m＝16.2×10^-20m^-2。