[发明专利]检测固体样本对含氢原子的气体的吸附量的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及固体样品的孔隙分析领域，特别是涉及一种检测固体样本对含氢原子的气体的吸附量的方法及系统、检测固体样本的孔隙的方法以及绘制含氢原子的气体的吸附-解吸曲线的方法。

背景技术

对诸如煤和页岩等固体的孔隙分析可通过绘制该固体对甲烷气体的吸附-解吸曲线来进行。目前，绘制甲烷的吸附-解吸曲线的方法包括体积法和重量法。体积法通过容纳待测样品的样品瓶中压力变化的大小确定待测样品吸附甲烷的体积，从而根据压力和吸附体积绘制甲烷的吸附-解吸曲线。重量法通过天平等称重装置测量吸附前后样品重量的变化从而获得待测样品吸附甲烷的重量，由此根据压力和吸附重量绘制甲烷的吸附-解吸曲线。上述方法对测量设备的精度要求高、涉及的测量设备多、操作复杂，因而成本较高。此外，上述方法也无法确定固体样品中不同尺寸的孔隙对吸附的贡献。因此，开发一种操作方便、系统简单、精度高且成本较低的检测孔隙的方法及设备是需要的。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种检测固体样本对含氢原子的气体的吸附量的方法及系统，该方法不但操作方便、系统简单、精度高且成本低，而且可以预测不同孔隙大小对吸附量的影响。

本发明是根据发明人的以下发现而完成的。本发明的发明人意外地发现，某些处于吸附状态含氢原子的气体(例如甲烷)为液体形式，因此可以通过核磁共振技术检测吸附状态的含氢原子的气体的核磁共振信号。由此，利用核磁共振仪检测固体样品(例如煤炭、页岩等)对特别是甲烷的含氢原子的气体的吸附量是可能的。根据本发明的实施例的检测固体样本对含氢原子的气体的吸附量的方法操作方便、系统简单、精度高且成本低，不但可以成功地检测固体样本对诸如甲烷的含氢原子的气体的吸附量，而且可以预测不同孔隙大小对吸附量的影响。

根据本发明的实施例，检测固体样本对含氢原子的气体的吸附量的方法包括下列步骤：(1)使用核磁共振仪收集所述固体样本的吸附核磁共振信号；以及(2)基于所述固体样本的吸附核磁共振信号，确定所述固体样本对所述含氢原子的气体的吸附量。

另外，根据本发明上述实施例的检测固体样本对含氢原子的气体的吸附量的方法还可以具有如下附加的技术特征。

在一些实施例中，所述固体样本包括下列中的至少一种：煤、页岩、活性碳、碳纤维和碳纳米管。

在一些实施例中，所述含氢原子的气体包括下列中的至少一种：甲烷、乙烷和氢气。

在一些实施例中，步骤(2)进一步包括：(2-1)根据所述固体样本的吸附核磁共振信号，确定所述固体样本的吸附核磁共振信号的信号面积S；以及(2-1)基于公式(I)确定所述固体样本对所述含氢原子的气体的吸附量V：V＝A×(S–B)(I)，其中，A和B为预先确定的常数。

在一些实施例中，所述常数A是通过下列步骤确定的：使用核磁共振仪收集吸附量为V_标准的标准样本的吸附核磁共振信号；基于所述标准样本的吸附核磁共振信号，确定所述标准样本的吸附核磁共振信号的信号面积S_标准；以及基于公式(II)确定所述常数A：A＝V_标准/S_标准(II)。

在一些实施例中，所述常数B是通过下列步骤确定的：使用核磁共振仪收集对照样本的吸附核磁共振信号，其中，所述对照样本已知不吸附含氢原子的气体；基于所述对照样本的吸附核磁共振信号，确定所述对照样本的吸附核磁共振信号的信号面积S_基准；使用核磁共振仪收集所述固体样本在真空条件下的吸附核磁共振信号；基于所述固体样本在真空条件下的吸附核磁共振信号，确定所述固体样本在真空条件下的吸附核磁共振信号的信号面积S_初始；以及基于公式(III)确定所述常数B：B＝S_基准+S_初始(III)。

在一些实施例中，所述基准样本包括下列中的至少一种：环氧树脂和玻璃。

根据本发明的实施例，检测固体样本对含氢原子的气体的吸附量的系统包括：核磁共振仪，用于收集所述固体样本的吸附核磁共振信号；以及分析装置，所述分析装置用于基于所述固体样本的吸附核磁共振信号，确定所述固体样本对所述含氢原子的气体的吸附量。

另外，根据本发明上述实施例的检测固体样本对含氢原子的气体的吸附量的系统还可以具有如下附加的技术特征。

在一些实施例中，所述固体样本包括下列中的至少一种：煤、页岩、活性碳、碳纤维和碳纳米管。