Übersicht
Der Micromeritics HPVA II (volumetrische Hochdruck-Analysator) verwendet die statische volumetrische Methode zur Ermittlung von Hochdruck-Adsorptions- und Desorptionsisothermen unter Verwendung von Gasen wie Wasserstoff, Methan und Kohlendioxid.
Analysieren Sie eine Vielzahl von Materialien, darunter MOFs, Zeolithe und mikroporöse Kohlenstoffe, mit nur wenigen Milligramm der Probe.
Erlangen Sie ein besseres Verständnis von Anwendungen wie Wasserstoffspeicherung, Kohlendioxidbindung, Brennstoffzellen und Batterien sowie Kohlenwasserstofffallen.
Merkmale
Der Micromeritics HPVA II bietet vier Methoden zur Probentemperaturkontrolle:
- Gekühltes/beheiztes Rezirkulationsgefäß (Kunde stellt Temperierbad zur Verfügung)
- 4-Liter-Dewargefäß aus Edelstahl für flüssiges Kryogen
- Der Ofen ermöglicht Experimente im Bereich bis zu 500 °C
- Kryostat kann Probentemperaturen von Umgebungsbedingungen bis 30 K präzise steuern
Schematische Darstellung des Systems
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Verteiler: Alle Ventile im Verteiler sind pneumatisch betätigte Hochdruckventile mit Kel-F®-Sitzen. Die Ventilrohre bestehen aus dickwandigem 316L-Edelstahl und sind über eine VCR-Verbindung angeschlossen oder verschweißt. Die Temperatur des isolierten Verteilerbereichs wird durch eine Heizung stabilisiert, die durch einen einstellbaren PID-Regler gesteuert wird.
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Druckmessumformer: Zur präzisen Messung des Systemdrucks werden zwei Messwandler verwendet. Ein 1000-Torr-Sensor dient zur genauen Überwachung von Drücken unter 1 Atmosphäre und ist durch ein Absperrventil und ein Abreißventil, das zur Entlüftung entlastet, vor hohem Druck geschützt.
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Servoventile: Die Servoventile dienen zur automatischen Regulierung des Gasflusses im Verteiler zur Entlüftung und zum Vakuum.
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Vakuumsystem: Besteht aus einer mechanischen Pumpe und einem internen Pirani-Vakuummessgerät. Der Benutzer kann seine eigene Pumpe bereitstellen oder das Hochvakuum-Turbopumpen-Paket erwerben.
Warum HPVA II?
- Zweifache Freiraummessung für genaue Isothermendaten
- Der Freiraum kann gemessen oder eingegeben werden
- Korrektur der Nichtidealität des Analysegases unter Verwendung von NIST REFPROP-Kompressibilitätsfaktoren, die aus mehreren Zustandsgleichungen berechnet werden
- Berichte werden als interaktive Tabellenkalkulationen bereitgestellt
- Isothermen- und Gewichtsprozentdiagramme werden automatisch erstellt
- Tabellen mit Rohdaten, die für Berechnungen des Berichts verwendet werden
- Echtzeitdiagramme für Druck vs. Zeit sowie Temperatur vs. Zeit
- Es können Gasgemische mit bis zu drei Komponenten verwendet werden
- Zur Berechnung der Adsorptionsrate werden kinetische Daten bereitgestellt
- Langmuir-Gleichung zur Modellierung von Typ-I-Isothermen
- Der hochpräzise Halbleiter-Hochdruckmessumformer bietet eine Messgenauigkeit von ±0,04 % des Skalenendwerts bei einer Stabilität von ±0,1 %
- Der Niederdruckmessumformer bietet eine Messgenauigkeit von ±0,15 % des Wertes
- Das System kann einen maximalen Druck von 200 bar erreichen
- Der Wasserstoffgassensor schaltet das System automatisch ab, wenn ein Wasserstoffleck auftritt
- Die Berechnung der BET-Oberfläche, der Langmuir-Oberfläche und des Gesamtporenvolumens sind enthalten
Anwendungen
Die Beurteilung der Menge an Kohlendioxid, die von Kohlenstoffen und anderen Materialien adsorbiert werden kann, ist für die laufende Untersuchung der Kohlendioxidbindung wichtig. Mit dem HPVA II können hohe Drücke erzielt werden, die die unterirdischen Bedingungen an Stellen simulieren können, an denen CO2 gespeichert wird.
Durch die Konfiguration des HPVA II mit einem Kühl-/Heizbad kann der Benutzer die CO2-Aufnahme in einem Bereich stabiler Temperaturen bewerten und Daten zur Berechnung von Adsorptionswärmen bereitstellen.
Diese Isothermen werden in der Regel bis zu einem Druck von etwa 50 bar bei Temperaturen nahe der Umgebungstemperatur analysiert, da das CO2 bei höheren Drücken kondensiert.
Die Bestimmung der Wasserstoffspeicherkapazität von Materialien wie porösen Kohlenstoffen und metallorganischen Gerüstverbindungen (MOFs – Metal Organic Frameworks) ist für den modernen Bedarf an sauberen Energiequellen von zentraler Bedeutung.
Diese Materialien sind ideal für die Lagerung geeignet, da sie es ermöglichen, den Wasserstoff sicher zu adsorbieren und zu desorbieren. Der in MOFs gelagerte adsorbierte Wasserstoff hat eine höhere Energiedichte als gasförmiger Wasserstoff und erfordert nicht die kryogenen Temperaturen, die erforderlich sind, um den Wasserstoff in einem flüssigen Zustand zu halten.
Die HPVA II-Software bietet ein Gewichtsprozentdiagramm, das die bei einem bestimmten Druck adsorbierte Gasmenge in Abhängigkeit von der Probenmasse darstellt – die Standardmethode zur Überprüfung der Wasserstoffspeicherkapazität einer Probe.
Poröse Kohleproben aus unterirdischen Gesteinsschichten können mit dem HPVA II analysiert werden, um ihre Methankapazität bei hohen Drücken zu bestimmen. Dadurch kann der Benutzer die Methanadsorption und -desorptionseigenschaften der unterirdischen Kohleschichten ermitteln, was bei der Bestimmung der ungefähren Mengen an Kohlenwasserstoffen, die in Kohlevorkommen verfügbar sind, nützlich ist.
Die kinetischen Daten aus den Experimenten können auch die Geschwindigkeit der Adsorption und Desorption von Methan bei diesen porösen Kohlenstoffproben bei bestimmten Drücken und Temperaturen zeigen.
Bei Schieferproben kann Hochdruckmethan dosiert werden, um Adsorptions- und Desorptionsisothermen zu erzeugen. Dadurch wird die Methankapazität des Schiefers bei bestimmten Drücken und Temperaturen bereitgestellt.
Die Adsorptionsisotherme kann zur Berechnung der Langmuir-Oberfläche und des Schiefervolumens verwendet werden. Die Langmuir-Oberfläche ist die Oberfläche des Schiefers, wobei davon ausgegangen wird, dass das Adsorptionsgas eine einzelne Molekülschicht bildet. Das Langmuir-Volumen ist die Aufnahme von Methan bei unendlichem Druck – das maximal mögliche Methanvolumen, das an der Oberfläche der Probe adsorbiert werden kann.
