一种评价吸附剂吸附性能的系统的制作方法

本实用新型涉及一种快速对吸附剂进行性能评价的系统，尤其适用于用于空气净化领域的负载型活性炭或其他改性吸附剂(吸附型吸附剂)配方的前期筛选和性能评价工作。
背景技术：
：空气净化器中一般使用活性炭或负载型活性炭作为吸附剂。负载型活性炭吸附性能的评价方法中，最常用的是固定床吸附法和静态吸附法。固定床吸附法通过检测吸附剂的重量变化或者进入固定床前后的气体浓度变化估计待测对象的吸附性能。固定床吸附法适用面广，准确度较高；但处理量小，很难一次处理多个待测对象，并且测量气体浓度变化需要比较专业的仪器或者繁琐的操作。静态吸附法为将待测对象与待测气体共同静置于密室中，一定时间后测定待测对象的增重或者密室气体浓度的变化情况。静态吸附法简单易行，一次能测试多个样品，但难以排除空气中水蒸气或者其他气体的影响，尤其是测试以水溶液出现的易挥发气体如甲醛、氨水等气体时，更加难以排除吸附剂同步吸附水蒸气的影响；静态吸附法对于需要临时制备的气体，例如硫化氢气体，也难以实施。由于上述原因，本发明人对现有的技术进行改进，研究出一种结构简单，操作方便，可以快速准确评价吸附剂性能的测试系统。技术实现要素：为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种评价吸附剂性能的系统，该系统通过使吸附剂在负压状态下吸附检测气体，增加吸附剂吸附气体的难度，短时间内拉大了不同吸附剂尤其是负载型吸附剂的吸附性能差异，使得该系统可以快速评价吸附剂的性能；同时还可以适用于含有水分的挥发性气体，检测时不会受到水分的干扰。具体来说，本实用新型的目的在于提供一种评价吸附剂吸附性能的系统，该系统包括气体发生装置1、气体恒温装置2、真空箱3和恒温装置4，其中，在气体发生装置1的上端设置有与真空箱3连通的管道，通过该管道，气体发生装置1向真空箱3输送检测气体；气体发生装置1的外周设置有气体恒温装置2气体恒温装置2调节和控制气体发生装置1内检测气体的温度；所述真空箱3通过管道与真空泵5连接，真空泵5抽真空，使真空箱3为负压状态；真空箱3内放置的待测样品吸附由气体发生装置1输送的检测气体；所述真空箱3的外侧设置有恒温装置4，恒温装置4调节和控制真空箱3内的温度。所述气体发生装置1与真空箱3连通的管道上设置有控制阀6，开启或关闭管道，推动或切断气体发生装置1内检测气体的流动。所述气体发生装置1中储存检测气体，所述检测气体为挥发性气体，包括甲醛、氨气、乙醛、硫化氢、三氯乙烯、甲苯和二甲苯中的任意或组合。所述气体发生装置1中还包括有含有挥发性气体的溶液，所述含有挥发性气体的溶液包括氨水溶液、乙醛水溶液和硫化氢气体反应液。气体恒温装置2降低或提高气体发生装置1的温度至设定温度后，对气体发生装置1进行保温处理。所述真空箱3为密闭容器，其上部可以打开和闭合。所述真空箱3为负压状态时，真空度为-0.1～-1公斤/平方厘米。所述真空箱3和真空泵5之间的管道上设置有真空控制阀10。所述真空箱3上还设置有使空气进入真空箱3内的放空阀7、测定真空箱3内温度的温度计8和测定真空箱3中真空度的真空表9。本实用新型所具有的有益效果包括：(1)本实用新型提供的一种优选实施方式的评价吸附剂吸附性能的系统在负压状态进行吸附，由于吸附剂在负压状态下吸附挥发性气体的难度比较大，短时间内放大了不同吸附剂吸附性能的差异，可以利用该系统对检测样品进行快速的筛选。(2)本实用新型提供的一种优选实施方式的评价吸附剂吸附性能的系统使用简单便捷，评价速度快，准确度高，尤其适用于负载型吸附剂性能的评价及其配方的优劣筛选。(3)本实用新型提供的一种优选实施方式的评价吸附剂吸附性能的系统对吸附剂进行评价时可以排除检测气体中的水分对吸附的干扰，即检测气体中的水分不会对吸附剂的性能测定产生干扰。(4)本实用新型提供的一种优选实施方式的评价吸附剂吸附性能的系统根据实际需求，可以调整检测气体、检测温度及检测时间等，适用范围广。(5)本实用新型提供的一种优选实施方式的评价吸附剂吸附性能的系统可以单次检测时测试多种不同的测试样品，保证了待测样品在相同外界条件下测试，可以准确判断和分析不同待测样品吸附性能的差异，从而用于吸附剂的早期筛选。附图说明图1示出根据本实用新型一种优选实施方式的评价吸附剂吸附性能的系统连接示意图。附图标号说明：1-气体发生装置2-气体恒温装置3-真空箱4-恒温装置5-真空泵6-控制阀7-放空阀8-温度计9-真空表10-真空控制阀具体实施方式下面通过附图和实施例对本实用新型示例性进一步详细说明。通过这些说明，本实用新型的特点和优点将变得更为清楚明确。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。本实用新型提供了一种评价吸附剂吸附性能的系统，所述系统包括气体发生装置1、气体恒温装置2、真空箱3和恒温装置4。所述气体发生装置1向真空箱3输送检测气体；气体恒温装置2调节和控制气体发生装置1的温度；真空箱3为负压状态，其内放置的待测样品吸附由气体发生装置1输送的检测气体；恒温装置4调节和控制真空箱3内的温度。其中，所述气体发生装置1中储存检测气体。当检测气体可以购买获得时，将该购得的检测气体直接装入气体发生装置1中即可；当检测气体并无市售商品时，也可以自行制备检测气体，并将该气体通入气体发生装置1中直接使用，或存储于气体发生装置1中，以备使用。在本实用新型中，所述检测气体是指检测吸附剂吸附性能时的气体，特别是指挥发性气体，例如挥发性有机气体VOCs，优选所述检测气体包括甲醛、氨气、乙醛、硫化氢、三氯乙烯、甲苯和二甲苯中的任意或组合；所述检测气体还可以是含有挥发性气体的水溶液，例如氨水溶液、乙醛水溶液或硫化氢气体反应液。研究中发现，在某些情况下，有些检测气体需要适当加热才容易逸出；另外一个方面，在水溶液体系中，夏天室温较高，在真空的作用下，水蒸气很容易进入真空箱，当进入真空箱的水蒸气的量较大时，可能会影响测定。优选的，在气体发生装置1的外周设置有气体恒温装置2，以调节和控制气体发生装置1内检测气体的温度。通过控制温度，可以保证测试条件的稳定和一致性，避免受到室温变化的影响。所述气体恒温装置2可以有多种方式，例如冰水浴恒温、电冷却或电加热保温；气体恒温装置2可以降低或提高气体发生装置1的温度，当到达设定温度时，对气体发生装置1进行保温处理。所述气体恒温装置2根据需要，可以启动、关闭或不设置。在气体发生装置1的上端设置有与真空箱3连通的管道，以输送检测气体。较好的，在管道上设置有控制阀6，可以根据需要开启或关闭管道，从而推动或切断检测气体的流动。所述真空箱3为密闭容器，优选其上部可以打开和闭合；真空箱3通过管道与真空泵5连接。当启动真空泵5后，真空箱3内气体被吸除，使其保持负压状态。较好的，真空箱3为负压状态时，真空度为-0.1～-1公斤/平方厘米，例如-0.5公斤/平方厘米。较好的，在真空箱3和真空泵5之间的管道上设置有真空控制阀10，可以根据需要开启和关闭，实现对真空箱3的抽真空处理。进一步的，在真空箱3上还设置有真空表9，根据真空表9控制真空泵5的启动时间和实时测定真空箱3中的真空度。较好的，当真空箱3中到达设定的真空度时，关闭真空泵5；通入检测气体，由于真空箱3内为负压状态，检测气体被吸引进入真空箱3内，并被真空箱3内的吸附剂吸附。本实用新型提供的评价吸附剂吸附性能的系统特别适用于负载型吸附剂的性能评价，负载型吸附剂是通过负载捕获剂的方式，通过与有害气体发生化学反应使其固定在吸附剂上。在低真空下，吸附剂在负压状态下不会使已经吸附的气体产生解吸负；并且，低真空下的吸附试验提高了负载型吸附剂的吸附难度，拉大了吸附性能的差距，对于吸附剂开发和应用者来说，更加容易进行吸附配方的优劣筛选。所述真空箱3中还设置有放空阀7，当检测结束时开启放空阀7，空气可以进入真空箱3中，使其恢复常压状态，便于打开真空箱3取出放置于其内的样品。所述放空阀7还具有调节真空箱3真空度的作用，当真空箱3内的压力过低时，可以打开放空阀7使空气进入真空箱3内，手动调整真空箱3的真空度。在一种优选的实施方式中，所述真空箱3的外侧设置有恒温装置4，该恒温装置4可以通过加热或冷却调节真空箱3内的温度。通过控制温度，可以保证待测样品的测试条件稳定。所述恒温装置4根据需要，可以启动、关闭或不设置。相应的，在真空箱3上设置有温度计8，可以实时测定真空箱3中的温度；操作者根据需要，启动恒温装置4，加热或冷却真空箱3内的温度。在真空箱3内放置的待测样品根据需要，可以放置有一种或多种不同的检测样品，保证了待测样品在相同外界条件下测试，可以准确判断和分析不同待测样品吸附性能的差异，从而用于吸附剂的早期筛选。还可以根据检测气体的不同，保持吸附状态的时间不同，以此判断同种吸附剂对不同检测气体的吸附性能。本实用新型提供的系统可以检测0.5-48h，根据需要可以任意设定检测时间，例如检测24-48h。通过测量吸附剂重量的变化，可以很好的区别出不同待测样品的吸附性能差异；还可以快速准确评价吸附剂对于特定种类气体或混合气体的清除处理速率和饱和吸附容量。本实用新型提供的系统结构简单，操作方便，在使用其进行吸附性能评价时，优选包括以下步骤：步骤1、准确称量待测样品于开口盛装容器中，并均匀放置于真空箱3内，密闭真空箱3；步骤2、调节恒温装置4至设定温度，关闭控制阀6，打开真空控制阀10，抽真空至设定的真空度后，关闭真空控制阀10；步骤3、将检测气体置于气体发生装置1中，根据需求设定气体恒温装置2的温度，以调节检测气体的温度；步骤4、检测气体温度稳定后，打开阀门6，气体进入真空箱3，待测样品吸附检测气体至设定时间后，关闭阀门6，打开阀门7，取出待测样品，测量待测样品的重量变化。待测样品的重量增加比例越多，其吸附速率越快。在步骤4中，待测样品还可以在吸附一段时间后，再次放入真空箱3中，反复测定吸附增量。当吸附增量不再变化时，吸附剂达到吸附饱和，可以获得吸附剂的平衡负载量。由于吸附剂在负压状态下吸附挥发性气体的难度比较大，短时间内放大了不同吸附剂吸附性能的差异，因此，可以快速的对检测样品进行筛选。本实用新型提供的吸附性能评价系统使用简单便捷，评价速度快，准确度高，尤其适用于负载型吸附剂性能的评价及其配方的优劣筛选。使用该系统进行评价时可以排除检测气体中的水分对吸附的干扰，即检测气体中的水分不会对吸附剂的性能测定产生干扰。实施例实施例1负载型吸附剂吸附性能评价系统，如图1所示，包括气体发生装置1、设置于气体发生装置1外周的气体恒温装置2、真空箱3、设置于真空箱3外周的恒温装置4，和与真空箱3连接的真空泵5。气体发生装置1和真空箱3通过管道连接，管道上设置有控制阀6；真空箱3上设置有放空阀7、温度计8、和真空表9；真空箱3和真空泵5通过管道连接，在该管道上设置有真空控制阀10；气体恒温装置2中装有冰水混合物控制气体发生装置1的温度。测试样品：对比样品：为四氯化碳吸附率70％的原碳；样品1：以对比样品原碳为基材，负载5％尿素的负载活性炭；样品2：以对比样品原碳为基材，负载15％尿素的负载活性炭；样品3：以对比样品原碳为基材，负载20％尿素的负载活性炭；样品4：以对比样品原碳为基材，负载10％尿素的负载活性炭。称量记录表面皿的重量，以4个不同负载型活性炭为待测样品，未改性的原碳为对比样品，分别置于表面皿中，再次称重后，放入真空箱3中。本次试验在室温30℃下进行，因此可以不启动恒温装置4。关闭控制阀6和放空阀7，打开真空控制阀10，真空箱3内抽真空至-0.3公斤/平方厘米，关闭真空控制阀10和停止真空泵5。向气体发生装置1中加入37％甲醛溶液10ml和水190ml，气体恒温装置2中使用冰水混合物控温，保持气体发生装置1的温度<5℃。气体发生装置1的温度稳定后，打开控制阀6，开始试验。吸附1小时后，关闭控制阀6，打开放空阀7，使真空箱3内压力均衡；取出五个样品，称重，计算增重，比较样品的吸附速率。称量完毕后，将各个样品重新放入真空箱3内，重复抽真空和吸附处理；24小时后再次称重，计算样品的平衡负载量。结果如下(质量单位均为克)：样品名称对比样品样品1样品2样品3样品4皿重1.45031.08581.33571.29851.4005总重3.39893.38633.86833.99392.8221碳重1.94862.30052.53262.69541.42161小时重量3.36623.42563.93944.02012.8472增重％-1.71.72.80.971.824小时重量3.36263.48994.07654.09172.8966增重％-1.94.58.23.65.2由结果可知，在吸附1小时后，原碳由于负压状态解吸附，重量降低；而四个样品中，样品2的增重最高，样品3的增重最低。吸附24小时后，对比样品继续解吸附，重量仍旧在降低；而四个样品依旧继续吸附，并且相互间增重数值差距变大，可以明显区别出样品吸附性能的优劣依次为样品2、样品4、样品1、样品3；而且，不同样品间吸附速率的快慢同1小时测定的吸附增重速率相同。使用该装置可以短时间内快速准确评价样品吸附性能的优劣。实验也说明了在一定范围内负载量的增加能够提高对甲醛的吸附；但过高的负载对于原碳孔隙堵塞的负面影响更大，从而降低了性能。不同材料和负载物都有不同的最佳负载量。使用该装置测试样品1h后即可准确的评价样品的吸附性能。从上表中还可知，未改性的原碳质量减少，说明在此条件下，原碳对甲醛没有吸附；原碳24小时没有增加重量，说明气体发生装置1中的水蒸气并没有吸附在原碳上。可以准确断定，使用该装置测试样品吸附性能时，可以完全排除水蒸气对吸附剂的影响，从而准确测定吸附剂的平衡吸附量。根据上表判断，本次评价中，待测样品2为最佳配方。对比例1将实施例1中的对比样品和待测样品，使用现有技术中的静态吸附法测定样品对甲醛的吸附性能，结果如下：样品名称对比样品样品1样品2样品3样品4皿重1.39621.08581.29851.51791.4005总重2.28602.70873.25242.72153.1361碳重0.88981.62291.95391.20361.73561小时重量2.29762.76883.34172.76373.1947增重％1.33.74.63.53.424小时重量2.86183.42944.10573.27573.9257增重64.744.443.74645.5由结果可知，在吸附1小时后，原碳和四个样品都增加了重量，但待测样品的吸附增量高于对比样品的吸附增量，说明待测样品对水蒸气和甲醛都有所吸附，增加的重量难以区分是对于水蒸气的吸附还是对于甲醛的吸附。吸附24小时后，对比样品的增重远远高于待测样品，说明样品中吸附水蒸气的影响已经超过了吸附甲醛，无法判断甲醛吸附容量的优劣，同样也无法判断吸附速率的快慢。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前”“后”等指示的方位或位置关系为基于本实用新型工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接普通；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。以上结合了优选的实施方式对本实用新型进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本实用新型进行多种替换和改进，这些均落入本实用新型的保护范围内。当前第1页1 2 3