[发明专利]一种量子物理吸附仪

说明书

本发明公开了一种量子物理吸附仪，涉及气体物理吸附特性测量技术领域，包括样品腔、参考腔、内腔体、外腔体、静电屏蔽腔、聚光镜、反射镜、透光片、恒温箱、真空泵、气瓶、光谱仪、计算机、密封阀、温度传感器、压力传感器、阀门及连接管路组成。本发明提供的量子物理吸附仪通过直接测定出纳米多孔介质中气体吸附而释放的电磁波(光辐射)数量，进而确定气体发生吸附的分子数量，计算得到绝对吸附气含量。本装置结构简单且方便使用，测试精度高，可用于直接获取绝对吸附气含量。

技术领域

本发明涉及气体物理吸附特性技术领域，特别是涉及一种量子物理吸附仪。

背景技术

目前，气体物理吸附特性在能源与环境、气体分离与储集等多个领域发挥着至关重要的作用。以温室气体二氧化碳(CO₂)和甲烷(CH₄)为例，它们引起的温室效应和气候变化严重威胁着人类的生存环境，如何捕获、储集CO₂和CH₄以减少碳排放长期以来受到全球学者的高度关注和重视。CO₂和CH₄在纳米多孔材料中的吸附特性关系到它们的储集能力，储集材料主要包括2大类：①天然形成的富有机质岩石(煤、页岩)富含大量的纳米孔隙，生成并储集CH₄，同时也可作为CO₂地质封存的重要场所，在能源利用和环境保护中正发挥着积极作用。②在实验室内人工合成的各种各样的纳米多孔材料，由于具有超强吸附能力和高选择性吸附特征，在CO₂、CH₄的分离与储集方面已得到广泛应用。因此，吸附气作为重要的气体储集形式，如何对吸附气含量进行准确测定，显得尤为重要。

目前，国内外科研机构主要通过容积法和重量法测定气体的吸附量，但测得的吸附数据均为过剩吸附气含量，并不能直接测试出真实吸附气含量(即绝对吸附气含量)。为了获得绝对吸附气含量，还需要通过游离气密度与吸附气密度之比进行转化，其中吸附气密度是一个未知参数，这就使得绝对吸附气量的计算结果的可靠性大大降低。我们研究发现，纳米多孔介质中气体物理吸附表现出一种量子效应，气体发生吸附是能级跃迁的结果，气体分子在吸附过程中以电磁波(光辐射)的形式释放能量，每个吸附分子释放一个电磁波。如果能够直接的测定出释放的电磁波数量，就可以直接的确定发生吸附的分子数量，进而得到绝对吸附气含量。

发明内容

本发明的目的是提供一种量子物理吸附仪，以解决上述现有技术存在的问题，本装置结构简单且方便使用，测试精度高，可用于直接获取绝对吸附气含量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种量子物理吸附仪，包括样品腔、参考腔、内腔体、外腔体、静电屏蔽腔、聚光镜、反射镜、透光片、恒温箱、真空泵、光谱仪和计算机；

所述样品腔和参考腔设置于所述内腔体内，所述内腔体设置于所述外腔体内，所述外腔体设置于所述静电屏蔽腔内，所述样品腔与所述参考腔通过管路一连通；所述样品腔为用于放置实验样品和储集实验气体的容器，所述参考腔为用于储集容纳实验气体的容器，所述内腔体与所述恒温箱连接，用于构成储集循环恒温气体的内腔，所述内腔体内的高温气体为所述样品腔和所述参考腔及其内物质升温，所述真空泵用于整个装备的抽真空；

所述聚光镜设置于所述外腔体内，所述反射镜设置于所述外腔体的底部与所述聚光镜相对，所述透光片设置于所述外腔体的侧壁并位于所述反射镜与所述光谱仪之间，所述光谱仪连接所述计算机；所述外腔体用于反射光辐射，所述静电屏蔽腔用于屏蔽外界静电；气体吸附产生的光辐射经过所述外腔体内壁折射作用后经过所述聚光镜后，形成聚焦的光束，聚焦的光束经过所述反射镜、所述透光片入射所述光谱仪，所述光谱仪用于测定入射光源的频率和能量。