[发明专利]固体孔隙介质中纳米孔隙结构的129Xe核磁共振测量表征方法

说明书

本发明公开了固体孔隙介质中纳米孔隙结构的¹²⁹Xe NMR测量表征方法，包括高场、低场¹²⁹Xe NMR测量实验的样品制备，高场、低场¹²⁹Xe NMR波谱测量和¹²⁹Xe NMR波谱的纳米孔径及其分布解释。由于传统的介质纳米孔隙标准方法如压汞法、SEM等方法的局限性、甚至不适用性，本发明¹²⁹Xe核磁共振测量表征方法测试不仅适于水泥、页岩等介质的纳米孔隙表征，而且快速、稳健且易于操作，数据处理简单，无额外误差，解释直接可靠，结果准确。

技术领域

本发明涉及纳米孔隙结构表征技术领域，尤其是固体孔隙介质中纳米孔隙结构的¹²⁹Xe核磁共振(NMR)测量表征方法。

背景技术

纳米孔隙结构对材料学(如纳米材料、水泥等)、非常规能源(如页岩气、煤层气、天然气水合物等)、CO₂封层等均具起着关键性作用，但目前很缺乏针对这些介质这样尺度孔隙的测量表征的有效手段。目前国内外常用的孔隙测量表征手段如压汞法、气体吸附法、图像法(如SEM、FESEM、MRI等)在纳米尺度上均存在严重缺陷。此外，核磁共振法如冻融法(NMRC)、尤其是弛豫法(NMRR)也存在着一些显著缺陷。刘勇等题为“超极化¹²⁹Xe核磁共振技术及其在多孔催化材料研究中的应用”的文章中，提及了超极化¹²⁹Xe核磁共振在多孔材料结构中的应用，但其仅是一种综述性说明，且仅仅适于高均质性的合成分子筛、而无法用于结构复杂和高度非均质的非定形材料(例如水泥、页岩)等的测量表征，更没有NMR参数与孔径间关联的模型、与气体吸附等传统方法所测结果间的比较、以及非定形材料中¹²⁹Xe NMR参数的影响因素研究等。因此，急需一种可适用于复杂结构、高非均质性介质(尤其是水泥或页岩)的纳米尺度孔隙结构的有效测量表征方法。

发明内容

本发明目的在于提供固体孔隙介质中纳米孔隙结构的¹²⁹Xe核磁共振(NMR)测量表征方法。

为实现上述目的，本发明采用以下方法和步骤：

固体孔隙介质中纳米孔隙结构的¹²⁹Xe NMR测量表征方法，包括以下步骤：

1)高场、低场¹²⁹Xe NMR测量实验的样品制备

①高场NMR样品：首先，将固体孔隙介质原样研磨成粒径<63μm 的粉末状样料，将粉末状样料烘干后装入厚壁玻璃样品管中；其次，使用纯度>99％的氙气在真空管线中充填氙气至玻璃样品管4-5大气压，如此有利于氙气进入孔隙中；最后，将含粉末状样料的玻璃样品管部分浸入液氮容器内，再用乙炔焊枪焊封玻璃样品管口，如此得到高场NMR样品管；

②低场NMR样品：使用烘干固体孔隙介质原样作为低场NMR 样品，或者，将固体孔隙介质样磨成粒径<63μm的(烘干)粉末状样料后作为低场NMR样品，装入玻璃样品管中来得到低场NMR样品管；

2)高场、低场¹²⁹Xe NMR波谱测量

①高场¹²⁹Xe NMR测量实验：将高场NMR样品管置入BBFO探头，分别使用1D SE和2DEXSY实验脉冲序列，在每个温度下(室温、变温)调谐并优化NMR实验参数，测得样品在每个温度下的1D 和2D ¹²⁹Xe NMR波谱；温度读数值通过Bruker的标准样品来定标；¹²⁹Xe NMR化学位移通过低压氙气来定标；根据样品的信号强弱，设置适当的NMR扫描累积数后由脉冲程序自动扫描采集数据并计数扫描次数；