新型溶解度测量系统及方法：精准测量固相助剂在液态二氧化碳中的溶解度

新型溶解度测量系统及方法：精准测量固相助剂在液态二氧化碳中的溶解度

本文介绍了一种新型的溶解度测量系统及方法，用于精确测量固相助剂在液态二氧化碳中的溶解度。该系统通过创新的设计和精密的控制，解决了现有技术中测量精度低、操作复杂等问题，为二氧化碳水合物相关领域的研究和应用提供了可靠的数据支持。

背景技术

二氧化碳水合物是一种笼形晶体包络物，由水分子通过氢键结合形成笼形结晶，二氧化碳分子被包围在晶格之中。在一定温度和压力条件下，二氧化碳和水会形成白色晶体。二氧化碳水合物在二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）、冷能储存、海水淡化等领域有着广泛应用。

在二氧化碳水合物的生成过程中，常常需要加入固相助剂（强化助剂或抑制助剂）来调控其生成过程。然而，大部分的固相助剂都可能溶于液态二氧化碳中，因此测量其溶解度变得尤为重要。现有的测量方法大多依赖间接测试，无法精准反映固相助剂在实际应用条件下的溶解行为，且存在操作复杂、精度不高、结果重复性差等问题。

技术实现思路

为了解决上述技术问题，本技术提供了一种可以直接测量固相助剂在液态二氧化碳中溶解度的测量系统，以及采用该系统的溶解度测量方法。

溶解度测量系统

该系统主要包括以下组件：

• 供气装置：用于提供气态二氧化碳。
• 活塞容器：包括腔体及位于腔体内的活塞，活塞将腔体分割为顶部空间和底部空间。顶部空间与供气装置连接，用于容置气态二氧化碳。底部空间通过柱塞泵加压至第一压力。
• 柱塞泵：用于将顶部空间加压至第一压力。
• 第一循环水浴装置：容纳活塞容器，并将其保持在第一温度，使气态二氧化碳转变为液态二氧化碳。
• 反应容器：包括容器本体和分离机构。容器本体与活塞容器顶部空间连接，用于容置液态二氧化碳。分离机构可活动地设置于容器本体，用于承载固相助剂并与液态二氧化碳相互混合或分离。
• 第二循环水浴装置：容纳反应容器，并将其保持在第二温度，使固相助剂在第二压力和第二温度下溶解于液态二氧化碳。
• 数据采集和控制系统：根据液态二氧化碳的摩尔量和析出的固相助剂的摩尔量，计算溶解度。

系统创新点

• 分离机构设计：避免在测量过程中打开反应容器盖体，防止二氧化碳气体泄漏导致的溶解性变化。
• 高压环境测量：能够在高压环境下精确测量溶解度。
• 操作简便性：减少了实验步骤的复杂性，避免了传统方法中繁琐的取样过程。

可选组件

• 传感器：包括温度传感器和压力传感器，用于监测和控制温度与压力。
• 摄像装置和可视化窗口：用于实时监测固相助剂与液态二氧化碳的混合与分离过程。
• 排出管道：用于在预定时间段后排出剩余的液态二氧化碳。
• 搅拌器：设于反应容器内，用于搅拌液态二氧化碳。

测量方法

1. 将固相助剂置入分离机构。
2. 将活塞容器和反应容器分别置于第一循环水浴装置和第二循环水浴装置内。
3. 开启供气装置向活塞容器顶部空间注入二氧化碳直至液化充满。
4. 通过柱塞泵向底部空间注入液体，使液态二氧化碳注入反应容器。
5. 将分离机构伸入液态二氧化碳中，使固相助剂与液态二氧化碳混合。
6. 溶解平衡后，将分离机构上的固相助剂与液态二氧化碳分离并静置预定时间段。
7. 打开排出管道使二氧化碳释放，固相助剂析出。
8. 根据液态二氧化碳的摩尔量和析出的固相助剂的摩尔量，计算溶解度。

技术优势

• 精准测量：通过分离机构设计，避免了因气体泄漏导致的溶解性变化，提高了测量精度。
• 可视化监测：实时监测溶解过程，确保数据的准确性。
• 操作简便：简化了实验步骤，降低了操作复杂性。
• 成本效益：提供了一种经济高效的溶解度测量方案。

本技术为二氧化碳水合物相关领域的研究和应用提供了可靠的溶解度测量方法，具有重要的科学价值和实际应用意义。