檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的方法，包括下列步驟：(1)使用核磁共振儀收集固體樣本的吸附核磁共振信號；以及(2)基于固體樣本的吸附核磁共振信號，確定固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量。本發(fā)明的方法操作方便、系統(tǒng)簡單、精度高且成本低，不但可以測量固體樣本的對諸如甲烷的含氫原子的氣體的吸附量從而繪制吸附-解吸曲線，而且還能用于測量不同孔隙對吸附/解吸的貢獻(xiàn)從而分析固體樣本的孔隙特征。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的系統(tǒng)、檢測固體的孔隙的方法以及繪制固體樣本對含氫原子的氣體的吸附-解吸曲線的方法。
【專利說明】檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固體樣品的孔隙分析領(lǐng)域，特別是涉及一種檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的方法及系統(tǒng)、檢測固體樣本的孔隙的方法以及繪制含氫原子的氣體的吸附-解吸曲線的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]對諸如煤和頁巖等固體的孔隙分析可通過繪制該固體對甲烷氣體的吸附-解吸曲線來進(jìn)行。目前，繪制甲烷的吸附-解吸曲線的方法包括體積法和重量法。體積法通過容納待測樣品的樣品瓶中壓力變化的大小確定待測樣品吸附甲烷的體積，從而根據(jù)壓力和吸附體積繪制甲烷的吸附-解吸曲線。重量法通過天平等稱重裝置測量吸附前后樣品重量的變化從而獲得待測樣品吸附甲烷的重量，由此根據(jù)壓力和吸附重量繪制甲烷的吸附-解吸曲線。上述方法對測量設(shè)備的精度要求高、涉及的測量設(shè)備多、操作復(fù)雜，因而成本較高。此外，上述方法也無法確定固體樣品中不同尺寸的孔隙對吸附的貢獻(xiàn)。因此，開發(fā)一種操作方便、系統(tǒng)簡單、精度高且成本較低的檢測孔隙的方法及設(shè)備是需要的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的方法及系統(tǒng)，該方法不但操作方便、系統(tǒng)簡單、精度高且成本低，而且可以預(yù)測不同孔隙大小對吸附量的影響。
[0004]本發(fā)明是根據(jù)發(fā)明人的以下發(fā)現(xiàn)而完成的。本發(fā)明的發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)，某些處于吸附狀態(tài)含氫原子的氣體(例如甲烷)為液體形式，因此可以通過核磁共振技術(shù)檢測吸附狀態(tài)的含氫原子的氣體的核磁共振信號。由此，利用核磁共振儀檢測固體樣品(例如煤炭、頁巖等)對特別是甲烷的含氫原子的氣體的吸附量是可能的。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的方法操作方便、系統(tǒng)簡單、精度高且成本低，不但可以成功地檢測固體樣本對諸如甲烷的含氫原子的氣體的吸附量，而且可以預(yù)測不同孔隙大小對吸附量的影響。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的方法包括下列步驟:(1)使用核磁共振儀收集所述固體樣本的吸附核磁共振信號；以及(2)基于所述固體樣本的吸附核磁共振信號，確定所述固體樣本對所述含氫原子的氣體的吸附量。
[0006]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征。
[0007]在一些實(shí)施例中，所述固體樣本包括下列中的至少一種:煤、頁巖、活性碳、碳纖維和碳納米管。
[0008]在一些實(shí)施例中，所述含氫原子的氣體包括下列中的至少一種:甲烷、乙烷和氫氣。
[0009]在一些實(shí)施例中，步驟(2)進(jìn)一步包括:(2-1)根據(jù)所述固體樣本的吸附核磁共振信號，確定所述固體樣本的吸附核磁共振信號的信號面積S ;以及(2-1)基于公式(I)確定所述固體樣本對所述含氫原子的氣體的吸附量V:V = AX (S-B) (I)，其中，A和B為預(yù)先確定的常數(shù)。
[0010]在一些實(shí)施例中，所述常數(shù)A是通過下列步驟確定的:使用核磁共振儀收集吸附量為Via的標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號；基于所述標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號，確定所述標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號的信號面積Sia ;以及基于公式(II)確定所述常數(shù)A:A
=V標(biāo)準(zhǔn)/s標(biāo)準(zhǔn)(II)。
[0011]在一些實(shí)施例中，所述常數(shù)B是通過下列步驟確定的:使用核磁共振儀收集對照樣本的吸附核磁共振信號，其中，所述對照樣本已知不吸附含氫原子的氣體；基于所述對照樣本的吸附核磁共振信號，確定所述對照樣本的吸附核磁共振信號的信號面積Saa ;使用核磁共振儀收集所述固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號；基于所述固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號，確定所述固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號的信號面積Sto臺；以及基于公式(III)確定所述常數(shù)B:B = S基準(zhǔn)+S初始(III)。
[0012]在一些實(shí)施例中，所述基準(zhǔn)樣本包括下列中的至少一種:環(huán)氧樹脂和玻璃。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的系統(tǒng)包括:核磁共振儀，用于收集所述固體樣本的吸附核磁共振信號；以及分析裝置，所述分析裝置用于基于所述固體樣本的吸附核磁共振信號，確定所述固體樣本對所述含氫原子的氣體的吸附量。
[0014]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術(shù)特征。
[0015]在一些實(shí)施例中，所述固體樣本包括下列中的至少一種:煤、頁巖、活性碳、碳纖維和碳納米管。
[0016]在一些實(shí)施例中，所述含氫原子的氣體包括下列中的至少一種:甲烷、乙烷和氫氣。
[0017]在一些實(shí)施例中，所述分析裝置進(jìn)一步包括:信號接收單元，所述信號接收單元適于從上述核磁共振儀接收所述固體樣本的吸附核磁共振信號；信號面積確定單元，所述信號面積確定單元適于根據(jù)所述固體樣本的吸附核磁共振信號，確定所述固體樣本的吸附核磁共振信號的信號面積S ;以及吸附量計(jì)算單元，所述吸附量計(jì)算單元適于基于公式(I)確定所述固體樣本對所述含氫原子的氣體的吸附量V:V = AX (S - B) (I)，其中，A和B為預(yù)先確定的常數(shù)。
[0018]在一些實(shí)施例中，所述分析裝置進(jìn)一步包括常數(shù)A確定單元，所述常數(shù)A確定單元包括:第一信號接收模塊，所述第一信號接收模塊適于從所述核磁共振儀收集吸附量為V#m的標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號；第一信號面積確定模塊，所述第一信號面積確定模塊適于根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號，確定所述標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號的信號面積Sia ;以及常數(shù)A計(jì)算模塊，所述常數(shù)A計(jì)算模塊適于基于公式(II)確定所述常數(shù)A:
V標(biāo)準(zhǔn)=AXS標(biāo)準(zhǔn)(II)。
[0019]在一些實(shí)施例中，檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的系統(tǒng)進(jìn)一步包括真空泵。所述核磁共振儀包括用于容納待測固體樣本的樣本瓶，所述真空泵與所述樣本瓶連通且用于對所述樣本瓶進(jìn)行抽真空。所述分析裝置進(jìn)一步包括常數(shù)B確定單元。所述常數(shù)B確定單元包括:第二信號接收模塊，所述第二信號接收模塊適于從所述核磁共振儀收集對照樣本的吸附核磁共振信號，其中，所述對照樣本已知不吸附所述含氫原子的氣體；第二信號面積確定模塊，所述第二信號面積確定模塊適于基于所述對照樣本的吸附核磁共振信號，確定所述對照樣本的吸附核磁共振信號的信號面積Saa ;第三信號接收模塊，所述第三信號接收模塊適于從所述核磁共振儀收集所述固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號；第三信號面積確定模塊，所述第三信號面積確定模塊適于基于所述固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號，確定所述固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號的信號面積Swij ;以及常數(shù)B計(jì)算模塊，所述常數(shù)B計(jì)算模塊適于基于公式(III)確定所述常數(shù)B:B
=S基準(zhǔn)+S初始(III)。
[0020]在一些實(shí)施例中，檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的系統(tǒng)進(jìn)一步包括真空泵。所述核磁共振儀包括用于容納待測固體樣本的樣本瓶，所述真空泵與所述樣本瓶連通且用于對所述樣本瓶進(jìn)行抽真空。所述第一信號接收模塊進(jìn)一步適于從所述核磁共振儀收集對照樣本的吸附核磁共振信號且適于從所述核磁共振儀收集所述固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號，其中，所述對照樣本已知不吸附含氫原子的氣體；所述第一信號面積確定模塊進(jìn)一步適于基于所述對照樣本的吸附核磁共振信號，確定所述對照樣本的吸附核磁共振信號的信號面積Saa，且適于基于所述固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號，確定所述固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號的信號面積Stoir所述分析裝置進(jìn)一步包括常數(shù)B計(jì)算模塊，所述常數(shù)B計(jì)算模塊適于基于公式(III)確定所述常數(shù)B:
B = S基準(zhǔn)+S初始(III)。
[0021]在一些實(shí)施例中，所述信號接收單元進(jìn)一步適于:從所述核磁共振儀收集吸附量為V!的標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號；從所述核磁共振儀收集對照樣本的吸附核磁共振信號，其中，所述對照樣本已知不吸附所述含氫原子的氣體；以及從所述核磁共振儀收集所述固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號。所述信號面積確定單元進(jìn)一步適于:根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號，確定所述標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號的信號面積S
基于所述對照樣本的吸附核磁共振信號，確定所述對照樣本的吸附核磁共振信號的信號面積Saa ;以及基于所述固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號，確定所述固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號的信號面積S初始。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括:常數(shù)A計(jì)算單元，所述常數(shù)A計(jì)算模塊適于基于公式(II)確定所述常數(shù)A =Vg=AXSg (II);以及常數(shù)B計(jì)算單元，所述常數(shù)B計(jì)算單元適于基于公式(III)確定所述常數(shù)B =B = Saa+Sto始(ΠΙ)。
[0022]在一些實(shí)施例中，所述基準(zhǔn)樣本包括下列中的至少一種:環(huán)氧樹脂和玻璃。
[0023]本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種檢測固體樣本的孔隙的方法，該方法操作方便、系統(tǒng)簡單、精度高且成本低，且可以預(yù)測不同孔隙大小對吸附量的影響。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，檢測固體樣本的孔隙的方法，包括下列步驟:(I)根據(jù)上述檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的方法分別確定所述固體樣本在多個(gè)預(yù)定的含氫原子的氣體的氣體壓力下對含氫原子的氣體的吸附量，以便獲得所述固體樣本在所述多個(gè)預(yù)定的氣體壓力下的對應(yīng)吸附量；以及(2)基于所述吸附量以及所述多個(gè)預(yù)定的氣體壓力，繪制所述固體樣本對所述含氫原子的氣體的吸附-解吸曲線。
[0025]通過根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的檢測固體樣本的孔隙的方法，可以從核磁共振譜上得到弛豫時(shí)間，由此不僅可以區(qū)分固體樣品內(nèi)部的孔隙與顆粒中的諸如甲烷的含氫原子的氣體的含量，還可以測量固體樣品中孔隙的大小。因此，與常規(guī)的體積法或重量法相比，本發(fā)明的實(shí)施例的檢測固體樣本的孔隙的方法還可以測量固體樣品的孔隙度以及不同尺寸的孔隙(例如孔隙分布)對含氫原子的氣體的吸附-解吸的貢獻(xiàn)。
[0026]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的檢測固體樣本的孔隙的方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征。
[0027]在一些實(shí)施例中，檢測固體樣本的孔隙的方法包括下列步驟:(1)使用核磁共振儀分別收集所述固體樣本在多個(gè)預(yù)定的氣體壓力Pp的吸附核磁共振信號；
(2)基于所述固體樣本在所述多個(gè)預(yù)定的氣體壓力下的吸附核磁共振信號，確定所述固體樣本在所述多個(gè)預(yù)定的氣體壓力下的吸附量'、； (3)根據(jù)Langmuir方程式PiAi = IAVmXbHPiZX，計(jì)算所述固體樣本對所述含氫原子的氣體的最大吸附量Vm和Iangmuir壓力；以及⑷基于所述吸附量VpVf V/..Vm以及所述多個(gè)預(yù)定的氣體壓力P:、PfP^-Pm，繪制所述固體樣本對所述含氫原子的氣體的吸附-解吸曲線。
[0028]在一些實(shí)施例中，當(dāng)i大于I時(shí)，通過下列步驟確定所述固體樣本在Pi氣體壓力下的吸附核磁共振信號的信號面積S1: (I)將所述固體樣本置于所述核磁共振儀的樣本瓶中并向所述樣本瓶中通入Pm壓力的含氫原子的氣體，待壓力穩(wěn)定后，收集所述固體樣本的核磁共振信號；(2)基于步驟(I)得到的所述核磁共振信號，確定所述步驟(I)得到的所述核磁共振信號的信號面積Si^; (3)向所述樣本瓶中通入更多的含氫原子的氣體，使所述樣本瓶中的氣體壓力達(dá)到Pi,待壓力穩(wěn)定后，收集所述固體樣本的核磁共振信號；(4)基于步驟(3)得到的所述核磁共振信號，確定所述步驟(3)得到的所述核磁共振信號的信號面積S/ ;以及(5)基于公式(IV)確定所述信號面積S1:Si = S/ -S1-/ (IV)。
[0029]在一些實(shí)施例中，當(dāng)i+l〈m時(shí),通過下列步驟確定所述固體樣本在Pi氣體壓力下的吸附核磁共振信號的信號面積S1: (I)將所述固體樣本置于所述核磁共振儀的樣本瓶中并向所述樣本瓶中通入Pi+1壓力的含氫原子的氣體，待壓力穩(wěn)定后，收集所述固體樣本的核磁共振信號；(2)基于步驟(I)得到的所述核磁共振信號，確定所述步驟(I)得到的所述核磁共振信號的信號面積Si+1’ ；(3)打開控制所述樣本瓶的閥門以釋放出一定量的含氫原子的氣體，使所述樣本瓶中的氣體壓力為Pi,待壓力穩(wěn)定后，收集所述待測固體樣本的核磁共振信號；(4)基于步驟(3)得到的所述核磁共振信號，確定所述步驟(I)得到的所述核磁共振信號的信號面積S/ ;以及(5)基于公式(V)確定所述信號面積Si =Si = Si+1’ -S/ (V)。
[0030]本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種根據(jù)上述檢測固體樣本的孔隙的方法來繪制固體樣本對含氫原子的氣體的吸附-解吸曲線的方法，該繪制固體樣本對含氫原子的氣體的吸附-解吸曲線的方法操作方便、系統(tǒng)簡單、精度高且成本低。
[0031]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0033]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的方法的流程圖；
[0034]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的系統(tǒng)的不意圖；
[0035]圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的系統(tǒng)的不意圖；
[0036]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的固體樣本在多個(gè)預(yù)定的氣體壓力下的核磁共振波譜圖；以及
[0037]圖5是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的固體樣本對含氫原子的氣體的吸附-解吸曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0038]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0039]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。
[0040]此外，在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。
[0041]本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的方法。如圖1所述，檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的方法包括:步驟Si，使用核磁共振儀收集所述固體樣本的吸附核磁共振信號；以及步驟S2，基于所述固體樣本的吸附核磁共振信號，確定所述固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量。
[0042]本發(fā)明的發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)，某些處于吸附狀態(tài)的含氫原子的氣體，例如甲烷，為液體形式，因此可以通過核磁共振技術(shù)檢測吸附狀態(tài)的含氫原子的氣體的核磁共振信號。由此，利用核磁共振儀檢測固體樣品(例如煤炭、頁巖等)對氣體(諸如甲烷)的吸附量是可能的。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的方法而且操作方便、系統(tǒng)簡單、精度高且成本低，不但可以成功地檢測固體樣本對氣體(諸如甲烷)的吸附量，而且可以預(yù)測不同孔隙大小對吸附量的影響。
[0043]具體地，本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，根據(jù)核磁共振的弛豫時(shí)間可以測量樣品的孔隙大小。弛豫時(shí)間與孔徑之間的關(guān)系可表示為:T2 = F*r。，其中T2為弛豫時(shí)間，rc為孔徑大小，F(xiàn)為轉(zhuǎn)換系數(shù)。F可以由毛管壓力曲線和核磁共振的曲線擬合求的。由此，例如，在5Mpa和SMpa之間，在弛豫時(shí)間為0.1ms至Ims時(shí)的S8與S5的差異為，孔隙大小在弛豫時(shí)間表現(xiàn)為為0.1ms至Ims時(shí)對頁巖吸附貢獻(xiàn)的差異。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的方法可以測量各種固體對各種含氫原子的氣體的吸附量，本發(fā)明對固體樣本沒有特別限制。具體地，固體樣本至少可為比表面較大的樣品，例如至少包括:煤、頁巖、活性炭、碳纖維和碳納米管。在一些實(shí)施例中，含氫原子的氣體至少包括:甲烷、乙烷和氫氣。
[0045]在一些實(shí)施例中，步驟(2)至少通過以下步驟實(shí)現(xiàn):步驟(2-1)，根據(jù)固體樣本的吸附核磁共振信號，確定固體樣本的吸附核磁共振信號的信號面積S ;以及步驟(2-1)，基于公式(I)確定所述固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量V:V = AX (S-B) (I)，其中，A和B為預(yù)先確定的常數(shù)。
[0046]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，在無疊加實(shí)驗(yàn)的情況下，待測固體樣本的吸附核磁共振信號即為核磁共振儀即時(shí)測得的核磁共振信號。在一些實(shí)施例中，通過通入或釋放含氫原子的氣體，使用同一個(gè)核磁共振儀分別測定待測固體樣品在不同氣體壓力下的吸附核磁共振信號。在這種情況下，即疊加實(shí)驗(yàn)的情況下，即時(shí)測得的核磁共振信號不能作為吸附核磁共振信號，而吸附核磁共振信號需要通過即時(shí)測得的核磁共振信號減去前一個(gè)氣體壓力下的吸附核磁共振信號校正來獲得。以下將具體描述疊加實(shí)驗(yàn)下的吸附核磁共振信號的收集。
[0047]在一些實(shí)施例中，通過下列步驟確定常數(shù)A:使用核磁共振儀收集吸附量為Via的標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號；基于標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號，確定標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號的信號面積S以及基于公式(II)確定常數(shù)A:A = /Sfe?e (II)。
[0048]本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，固體樣品的核磁共振信號的信號面積S與吸附量V滿足等式V = AX S，其中A為轉(zhuǎn)換系數(shù)。通過測量吸附量已知的標(biāo)準(zhǔn)固體樣品的核磁共振信號的信號面積，即可通過等式V = AXS推出轉(zhuǎn)換系數(shù)，即A = V/S。
[0049]優(yōu)選地，可以對多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)固體樣本進(jìn)行測量，得到多個(gè)不同的A值，且取該多個(gè)不同A值的平均值作為轉(zhuǎn)換系數(shù)。
[0050]在一些實(shí)施例中，通過下列步驟確定常數(shù)B:使用核磁共振儀收集對照樣本的吸附核磁共振信號，其中，對照樣本已知不吸附含氫原子的氣體，例如不吸附甲烷；基于對照樣本的吸附核磁共振信號，確定對照樣本的吸附核磁共振信號的信號面積S s ;使用核磁共振儀收集固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號；基于固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號，確定固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號的信號面積Swij;以及基于公式(III)確定所述常數(shù)B:B = S基準(zhǔn)+S初始(III)。
[0051]本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，常數(shù)B用于對即時(shí)測得的核磁共振信號的信號面積進(jìn)行校正，以消除待測樣本本身和環(huán)境條件(如壓力)的影響，得到校正的吸附核磁共振信號的信號面積。優(yōu)選地，在收集對照樣本的吸附核磁共振信號時(shí)使用與本發(fā)明的方法等量的對照樣本，且在收集固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號時(shí)使用與本發(fā)明的方法等量的固體樣本。
[0052]本發(fā)明的檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的方法對基準(zhǔn)樣本沒有特殊要求，只要其不吸附該含氫原子的氣體或?qū)瑲湓拥臍怏w的吸附量小到可以忽略不計(jì)即可。在一些實(shí)施例中，所述基準(zhǔn)樣本包括下列中的至少一種:環(huán)氧樹脂和玻璃。
[0053]本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的系統(tǒng)。如圖2所述，本發(fā)明的實(shí)施例的檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的系統(tǒng)100包括核磁共振儀110和分析裝置120，如圖2所示。核磁共振儀110用于收集所述固體樣本的吸附核磁共振信號。分析裝置120用于基于固體樣本的吸附核磁共振信號，確定固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量。
[0054]本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，該系統(tǒng)中可以使用的固體樣本與含氫原子的氣體與前述方法中的相同，因此在此不在贅述。
[0055]在一些實(shí)施例中，分析裝置包括:信號接收單元，信號接收單元適于從核磁共振儀接收固體樣本的吸附核磁共振信號；信號面積確定單元，信號面積確定單元適于根據(jù)固體樣本的吸附核磁共振信號，確定固體樣本的吸附核磁共振信號的信號面積S ;以及吸附量計(jì)算單元，吸附量計(jì)算單元適于基于公式(I)確定所述固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量V:V = AX (S - B) (I)，其中，A和B為預(yù)先確定的常數(shù)。
[0056]常數(shù)A和B為預(yù)定的常數(shù)，可以預(yù)存在分析裝置120中，以便通過公式(I)得到吸附量V。在另一些實(shí)施例中，分析裝置120包括計(jì)算常數(shù)A和/或B的模塊或單元以確定常數(shù)A和/或B。
[0057]在一些實(shí)施例中，分析裝置120還包括常數(shù)A確定單元。常數(shù)A確定單元包括:第一信號接收模塊，第一信號接收模塊適于從所述核磁共振儀收集吸附量為V**的標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號；第一信號面積確定模塊，第一信號面積確定模塊適于根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號，確定標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號的信號面積Sia ;以及常數(shù)A計(jì)算模塊，常數(shù)A計(jì)算模塊適于基于公式(II)確定所述常數(shù)A(II)。由此可以確定常數(shù)A并用于計(jì)算吸附量。
[0058]在一些實(shí)施例中，檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的系統(tǒng)進(jìn)一步包括真空泵。核磁共振儀包括用于容納待測固體樣本的樣本瓶，真空泵與樣本瓶連通且用于對樣本瓶進(jìn)行抽真空。分析裝置120進(jìn)一步包括常數(shù)B確定單元。常數(shù)B確定單元包括:第二信號接收模塊，第二信號接收模塊適于從核磁共振儀收集對照樣本的吸附核磁共振信號，其中，所述對照樣本已知不吸附含氫原子的氣體，如甲烷；第二信號面積確定模塊，第二信號面積確定模塊適于基于對照樣本的吸附核磁共振信號，確定對照樣本的吸附核磁共振信號的信號面積Saa ;第三信號接收模塊，第三信號接收模塊適于從核磁共振儀收集固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號；第三信號面積確定模塊，第三信號面積確定模塊適于基于固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號，確定固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號的信號面積3:|^ ;以及常數(shù)B計(jì)算模塊，常數(shù)B計(jì)算模塊適于基于公式(III)確定所述常數(shù)B:B = SM+SWiJ(III)。由此可以確定常數(shù)B并用于計(jì)算吸附量。
[0059]在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一、第二和第三信號接收模塊可為相同的，或進(jìn)一步可為同一個(gè)信號接收模塊(例如第一信號接收模塊)；所述第一、第二和第三信號面積確定模塊可為相同的，或進(jìn)一步可為同一個(gè)信號面積確定模塊(例如第一信號面積確定模塊)。具體地，在一個(gè)特定實(shí)施例中，第一信號接收模塊進(jìn)一步適于:從核磁共振儀收集對照樣本的吸附核磁共振信號以及從核磁共振儀收集固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號；第一信號面積確定模塊進(jìn)一步適于:基于對照樣本的吸附核磁共振信號，確定對照樣本的吸附核磁共振信號的信號面積Saa ;以及基于固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號，確定固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號的信號面積Swir換言之，第一信號接收模塊執(zhí)行了上述第二和第三信號接收模塊的功能，且第一信號面積確定模塊執(zhí)行了上述第二和第三信號面積確定模塊的功能，其他的常數(shù)A和B確定單元功能不變。由此，減少了系統(tǒng)內(nèi)部件的數(shù)量，使系統(tǒng)緊湊且成本更低。
[0060]進(jìn)一步地，所有的信號接收可以由同一個(gè)信號接收單元來執(zhí)行，且所有的信號面積確定可以由同一個(gè)信號面積確定單元來執(zhí)行。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，信號接收單元進(jìn)一步適于:從核磁共振儀收集吸附量為的標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號；從核磁共振儀收集對照樣本的吸附核磁共振信號；以及從核磁共振儀收集固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號；信號面積確定單元進(jìn)一步適于:根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號，確定標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號的信號面積s ;基于對照樣本的吸附核磁共振信號，確定對照樣本的吸附核磁共振信號的信號面積Saa ;以及基于固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號，確定固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號的信號面積Swir由此，系統(tǒng)的部件被進(jìn)一步減少，由此使系統(tǒng)更緊湊，成本更低。
[0061]本發(fā)明的實(shí)施例對基準(zhǔn)樣本沒有特別的限定，只要其不吸附含氫原子的氣體或?qū)瑲湓拥臍怏w的吸附量少到可以忽略即可。在一些實(shí)施例中，基準(zhǔn)樣本包括環(huán)氧樹脂和/或和玻璃。
[0062]本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)一步提供了一種檢測固體樣本的孔隙的方法或分析固體樣本的孔隙的方法。如圖5所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的檢測固體樣本的孔隙的方法包括下列步驟:步驟(I)，根據(jù)上述檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的方法分別確定固體樣本在多個(gè)預(yù)定的含氫原子的氣體的氣體壓力下對含氫原子的氣體的吸附量，以便獲得固體樣本在多個(gè)預(yù)定的氣體壓力下的對應(yīng)吸附量；以及步驟(2)，基于吸附量以及多個(gè)預(yù)定的氣體壓力，繪制固體樣本對含氫原子的氣體的吸附-解吸曲線。
[0063]本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，弛豫時(shí)間與孔徑之間的關(guān)系可由等式T2 = F*r。表示，其中T2為弛豫時(shí)間，r。為孔徑大小，F(xiàn)為轉(zhuǎn)換系數(shù)且可以由毛管壓力曲線和核磁共振的曲線擬合求。通過根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的檢測固體樣本的孔隙的方法，可以從核磁共振圖譜獲得弛豫時(shí)間的相關(guān)數(shù)據(jù)，如圖4所示，由此對固體樣本的孔隙特征(例如孔隙度、孔隙分布等)進(jìn)行分析。此外，通過可以本發(fā)明的方法可以進(jìn)一步測量固體樣本(如煤、頁巖等)中不同尺寸的孔隙對含氫原子的氣體的吸附/解吸的影響。
[0064]在一些實(shí)施例中，檢測固體樣本的孔隙的方法包括下列步驟:步驟(I)，使用核磁共振儀分別收集固體樣本在多個(gè)預(yù)定的氣體壓力PpPfP^uPm下的吸附核磁共振信號；步驟(2)，基于固體樣本在所述多個(gè)預(yù)定的氣體壓力下的吸附核磁共振信號，確定固體樣本在多個(gè)預(yù)定的氣體壓力下的吸附量Vp;步驟(3),根據(jù)Langmuir方程式PiAi =I/(VmXbHPiZX,計(jì)算固體樣本對含氫原子的氣體的最大吸附量Vm和Iangmuir壓力；以及步驟⑷，基于吸附量\、Vf Vr-Vm以及多個(gè)預(yù)定的氣體壓力P”己…Pr..Pm，繪制固體樣本對含氫原子的氣體的吸附-解吸曲線。因此，可以獲得吸附量與氣體壓力的相互關(guān)系，且可以通過核磁共振圖譜的信息獲得固體樣本的孔隙特征，從而更好的檢測或分析固體樣本的孔隙。
[0065]固體樣本在具體氣體壓力下的吸附量可由吸附核磁共振信號的信號面積來確定。在一些實(shí)施例中，由吸附過程確定吸附核磁共振信號的信號面積。具體地，當(dāng)i大于I時(shí)，通過下列步驟確定固體樣本在Pi氣體壓力下的吸附核磁共振信號的信號面積Si: (I)將固體樣本置于核磁共振儀的樣本瓶中并向樣本瓶中通入Pg壓力的含氫原子的氣體，待壓力穩(wěn)定后，收集固體樣本的核磁共振信號；(2)基于步驟(I)得到的核磁共振信號，確定步驟
(I)得到的核磁共振信號的信號面積Sp1 ’ ；(3)向樣本瓶中通入更多的含氫原子的氣體，使樣本瓶中的氣體壓力達(dá)到Pi,待壓力穩(wěn)定后，收集固體樣本的核磁共振信號；(4)基于步驟
(3)得到的核磁共振信號，確定步驟(3)得到的核磁共振信號的信號面積S/ ;以及(5)基于公式(IV)確定信號面積S1:Si = S/ -S1-/ (IV)。
[0066]在一些實(shí)施例中，由解吸過程確定吸附核磁共振信號的信號面積。具體地，當(dāng)i+l<m時(shí)，通過下列步驟確定所述固體樣本在Pi氣體壓力下的吸附核磁共振信號的信號面積31:(1)將固體樣本置于核磁共振儀的樣本瓶中并向樣本瓶中通入Pi+1壓力的含氫原子的氣體，待壓力穩(wěn)定后，收集固體樣本的核磁共振信號；(2)基于步驟(I)得到的核磁共振信號，確定步驟(I)得到的核磁共振信號的信號面積Si+1’；(3)打開控制樣本瓶的閥門以釋放出一定量的含氫原子的氣體，使樣本瓶中的氣體壓力為Pi,待壓力穩(wěn)定后，收集待測固體樣本的核磁共振信號；(4)基于步驟(3)得到的核磁共振信號，確定步驟(I)得到的核磁共振信號的信號面積S/ ;以及(5)基于公式(V)確定信號面積Si =Si = Si+1，-S/ (V)。
[0067]在一個(gè)特定的實(shí)施例中，吸附和解吸過程可以連續(xù)進(jìn)行。換言之，首先測量真空條件下的固體樣本的初始吸附核磁共振信號，隨后通過依次將含氫原子的氣體通入樣本瓶使氣體壓力達(dá)到Pm，緊接著依次釋放部分含氫原子的氣體使氣體壓力依次降低，的含氫原子的氣體通入和釋放過程中的測量步驟如上所述。
[0068]本發(fā)明的實(shí)施例更進(jìn)一步提供了一種根據(jù)上述檢測固體樣本的孔隙的方法來繪制固體樣本對含氫原子的氣體的吸附-解吸曲線的方法。繪制固體樣本對含氫原子的氣體的吸附-解吸曲線的方法的具體步驟和其他特征如上所述，因此在此不再贅述。
[0069]以下提供一些實(shí)施例用于說明本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)注意的是，這些實(shí)施例均為說明目的，而不是為了限制本發(fā)明。
[0070]實(shí)施例
[0071]實(shí)施例1、檢測固體樣本對甲烷的吸附量的系統(tǒng)
[0072]圖3示出了一種用于檢測固體樣本對甲烷的吸附量的系統(tǒng)。如圖3所示，該系統(tǒng)包括核磁共振儀110，核磁共振儀110包括用于容納待測固體樣本(如煤、頁巖等)樣本瓶111。該系統(tǒng)還包括氣瓶I，用于容納甲燒氣體。氣瓶I與樣本瓶111聯(lián)通，用于向樣本瓶111輸入甲烷氣體。氣瓶I的出口處設(shè)有第一壓力表3，用于控制輸入樣本瓶111的甲烷氣體的量，即控制樣本瓶111內(nèi)的甲烷壓力。此外，也可以在樣本瓶111的出口處的管線上設(shè)置第一壓力表7，用于檢測第一壓力表7內(nèi)的甲烷壓力以更精確地控制樣本瓶111內(nèi)的甲烷壓力。該系統(tǒng)還包括真空泵5，真空泵5與核磁共振儀110的樣本瓶111聯(lián)通，以便對樣本瓶111抽真空。為了控制系統(tǒng)內(nèi)甲烷氣體的輸入和流通，該系統(tǒng)還設(shè)有位于在樣本瓶111與氣瓶I之間的管線上的第一閥4、位于樣本瓶111與真空泵5之間的管線上的第二閥6、位于與樣本瓶111連通的另一條支路上的第三閥8。該系統(tǒng)還包括分析裝置120，分析裝置120與核磁共振儀110連通，以便分析來自核磁共振儀110的信息，如核磁共振信號的信號面積、弛豫時(shí)間等。實(shí)施例2、檢測固體樣本對甲烷的吸附量的方法
[0073]本實(shí)施例使用以上描述的系統(tǒng)，且具體包括以下步驟。
[0074](I)打開第二閥6，用真空泵5將樣本瓶111抽真空。在樣本瓶111中放入吸附量為的煤樣本。關(guān)閉第二閥6并打開第一閥4，向樣本瓶111中注入IMpa壓力的甲烷氣體。核磁共振儀110收集樣本瓶111內(nèi)的吸附核磁共振信號，并將該吸附核磁共振信號發(fā)送給分析裝置120?；诿簶颖镜奈胶舜殴舱裥盘枺治鲅b置120確定煤樣本的吸附核磁共振信號的信號面積S 并根據(jù)A = Vl/S^!確定常數(shù)A。
[0075](2)打開第二閥6，用真空泵5將樣本瓶111抽真空。在樣本瓶111中放入一定量的環(huán)氧樹脂。關(guān)閉第二閥6并打開第一閥4，向樣本瓶111中注入IMpa壓力的甲烷氣體。核磁共振儀110收集樣本瓶111內(nèi)的吸附核磁共振信號，并將該吸附核磁共振信號發(fā)送給分析裝置120。基于環(huán)氧樹脂的吸附核磁共振信號，分析裝置120確定環(huán)氧樹脂的吸附核磁共振信號的信號面積Saai。
[0076](3)打開第二閥6，用真空泵5將樣本瓶111抽真空。在樣本瓶111中放入等量的煤樣本。核磁共振儀110收集樣本瓶111內(nèi)的吸附核磁共振信號，并將該吸附核磁共振信號發(fā)送給分析裝置120?；诿簶颖镜奈胶舜殴舱裥盘?，分析裝置120確定煤樣本的吸附核磁共振彳目號的彳目號面積分析裝直120基于B = S^；!| i+S^j^a J確定常數(shù)B1。
[0077](4)打開第二閥6，用真空泵5將樣本瓶111抽真空。在樣本瓶111中放入待測煤樣本。關(guān)閉第二閥6并打開第一閥4,向樣本瓶111中注入IMpa壓力的甲燒氣體。核磁共振儀110收集樣本瓶111內(nèi)的吸附核磁共振信號，并將該吸附核磁共振信號發(fā)送給分析裝置120。基于待測煤樣本的核磁共振信號，分析裝置120確定待測煤樣本的吸附核磁共振信號的信號面積S1，并根據(jù)V1 = A1X (S1 - B1)確定吸附量Vp
[0078](5)根據(jù)大體上與步驟(I)至(4)類似的步驟，區(qū)別是每次注入甲烷壓力的不同，根據(jù)Vi = AiX (S1-Bi)分別確定甲烷壓力為3Mpa、5Mpa、8Mpa和1Mpa下時(shí)的吸附量V3、V5、V8、V1(I。各個(gè)甲烷壓力下的吸附量V的相關(guān)數(shù)據(jù)記錄在圖5的吸附-解吸曲線圖中。
[0079]實(shí)施例3、檢測固體樣本的孔隙的方法
[0080]本實(shí)施例使用以上描述的系統(tǒng)，且具體包括以下步驟。
[0081](I)使用與實(shí)施例2相同的步驟測定常數(shù)Ai和常數(shù)&
[0082](2)打開第二閥6，用真空泵5將樣本瓶111抽真空。在樣本瓶111中放入待測煤樣本。關(guān)閉第二閥6并打開第一閥4,向樣本瓶111中注入IMpa壓力的甲燒氣體。核磁共振儀110收集樣本瓶111內(nèi)的吸附核磁共振信號，并將該吸附核磁共振信號發(fā)送給分析裝置120。基于待測煤樣本的核磁共振信號，分析裝置120確定待測煤樣本的吸附核磁共振信號的信號面積S1，并根據(jù)V1 = A1X (S1 - B1)確定吸附量Vp
[0083](3)打開第一閥4，向樣本瓶111中注入甲烷氣體，使其中的甲烷壓力達(dá)到3MPa。核磁共振儀110收集樣本瓶111內(nèi)的核磁共振信號，并將該核磁共振信號發(fā)送給分析裝置120。基于待測煤樣本的核磁共振信號，分析裝置120確定待測煤樣本的吸附核磁共振信號的信號面積S/。分析裝置120基于S3 = S3, -S1確定3MPa甲烷壓力下的吸附核磁共振信號的信號面積S3。
[0084](4)打開第一閥4，向樣本瓶111中注入甲烷氣體，使其中的甲烷壓力達(dá)到5MPa。核磁共振儀110收集樣本瓶111內(nèi)的核磁共振信號，并將該核磁共振信號發(fā)送給分析裝置120?；诖郎y煤樣本的核磁共振信號，分析裝置120確定待測煤樣本的吸附核磁共振信號的信號面積S5’。分析裝置120基于S5 = S5’-S3’確定5MPa甲烷壓力下的吸附核磁共振信號的信號面積S5。
[0085](5)根據(jù)與步驟(4)大體上類似的步驟，基于Si = S/ -Sg’分別測量各個(gè)預(yù)訂的甲烷壓力SMPa-1OMPa (最大試驗(yàn)壓力)下的吸附核磁共振信號的信號面積S1(l。分析裝置120根據(jù)Vi = AiX (S1- Bi)分別確定各個(gè)預(yù)訂的甲烷壓力下的吸附量W.%。
[0086](6)打開第三閥8，釋放一定量的甲烷氣體，使樣本瓶111中的甲烷壓力降低到SMPa0核磁共振儀110收集樣本瓶111內(nèi)的核磁共振信號，并將該核磁共振信號發(fā)送給分析裝置120?；诖郎y煤樣本的核磁共振信號，分析裝置120確定待測煤樣本的吸附核磁共振信號的信號面積s8’。分析裝置120基于S8 = Sltl’ -S/確定SMPa甲烷壓力下的吸附核磁共振信號的信號面積S8。
[0087](7)根據(jù)與步驟(6)大體上類似的步驟，基于Si = Si+1’ -S/分別測量各個(gè)預(yù)訂的甲烷壓力8MPa?"lMPa(最小試驗(yàn)壓力)下的吸附核磁共振信號的信號面積化..S115分析裝置120根據(jù)Vi = AiX (S1- Bi)分別確定各個(gè)預(yù)訂的甲烷壓力下的吸附量VpV^Vicit5
[0088](8)依據(jù)以上吸附和解吸過程中的吸附量以及壓力值，繪制吸附-解吸曲線，如圖5所示。此外，各核磁共振信號的弛豫時(shí)間與信號強(qiáng)度的關(guān)系圖如4所示。
[0089]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0090]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的方法，其特征在于，包括下列步驟: (1)使用核磁共振儀收集所述固體樣本的吸附核磁共振信號；以及 (2)基于所述固體樣本的吸附核磁共振信號，確定所述固體樣本對所述含氫原子的氣體的吸附量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述固體樣本包括下列中的至少一種:煤、頁巖、活性碳、碳纖維和碳納米管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述含氫原子的氣體包括下列中的至少一種:甲燒、乙燒和氫氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟(2)進(jìn)一步包括: (2-1)根據(jù)所述固體樣本的吸附核磁共振信號，確定所述固體樣本的吸附核磁共振信號的信號面積S ;以及 (2-1)基于公式(I)確定所述固體樣本對所述含氫原子的氣體的吸附量V: V = AX(S-B) (I) 其中，A和B為預(yù)先確定的常數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述常數(shù)A是通過下列步驟確定的: 使用核磁共振儀收集吸附量為Via的標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號； 基于所述標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號，確定所述標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號的信號面積Sigii ；以及 基于公式(II)確定所述常數(shù)A:
A = V標(biāo)準(zhǔn)/S標(biāo)?I (II) ο
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述常數(shù)B是通過下列步驟確定的: 使用核磁共振儀收集對照樣本的吸附核磁共振信號，其中，所述對照樣本已知不吸附所述含氫原子的氣體； 基于所述對照樣本的吸附核磁共振信號，確定所述對照樣本的吸附核磁共振信號的信號面積Sss ； 使用核磁共振儀收集所述固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號； 基于所述固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號，確定所述固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號的信號面積Swij ;以及基于公式(III)確定所述常數(shù)B: B = S基準(zhǔn)+S^js (III)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述基準(zhǔn)樣本包括下列中的至少一種:環(huán)氧樹脂和玻璃。
8.—種檢測固體樣本對含氫原子的氣體的吸附量的系統(tǒng),其特征在于,包括: 核磁共振儀，用于收集所述固體樣本的吸附核磁共振信號；以及 分析裝置，所述分析裝置用于基于所述固體樣本的吸附核磁共振信號，確定所述固體樣本對所述含氫原子的氣體的吸附量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述固體樣本包括下列中的至少一種:煤、頁巖、活性碳、碳纖維和碳納米管。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述含氫原子的氣體包括下列中的至少一種:甲烷、乙烷和氫氣。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述分析裝置包括: 信號接收單元，所述信號接收單元適于從上述核磁共振儀接收所述固體樣本的吸附核磁共振信號； 信號面積確定單元，所述信號面積確定單元適于根據(jù)所述固體樣本的吸附核磁共振信號，確定所述固體樣本的吸附核磁共振信號的信號面積S ;以及 吸附量計(jì)算單元，所述吸附量計(jì)算單元適于基于公式(I)確定所述固體樣本對所述含氫原子的氣體的吸附量V: V = AX(S-B) (I) 其中，A和B為預(yù)先確定的常數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述分析裝置進(jìn)一步包括常數(shù)A確定單元，所述常數(shù)A確定單元包括: 第一信號接收模塊，所述第一信號接收模塊適于從所述核磁共振儀收集吸附量為Via的標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號； 第一信號面積確定模塊，所述第一信號面積確定模塊適于根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號，確定所述標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號的信號面積Sia ;以及常數(shù)A計(jì)算模塊，所述常數(shù)A計(jì)算模塊適于基于公式(II)確定所述常數(shù)A: V標(biāo)準(zhǔn)=AX S標(biāo)準(zhǔn)(II)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括真空泵，所述核磁共振儀包括用于容納待測固體樣本的樣本瓶，所述真空泵與所述樣本瓶連通且用于對所述樣本瓶進(jìn)行抽真空，所述分析裝置進(jìn)一步包括常數(shù)B確定單元，所述常數(shù)B確定單元包括: 第二信號接收模塊，所述第二信號接收模塊適于從所述核磁共振儀收集對照樣本的吸附核磁共振信號，其中，所述對照樣本已知不吸附所述含氫原子的氣體； 第二信號面積確定模塊，所述第二信號面積確定模塊適于基于所述對照樣本的吸附核磁共振信號，確定所述對照樣本的吸附核磁共振信號的信號面積S基準(zhǔn)； 第三信號接收模塊，所述第三信號接收模塊適于從所述核磁共振儀收集所述固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號； 第三信號面積確定模塊，所述第三信號面積確定模塊適于基于所述固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號，確定所述固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號的信號面積S初始;以及 常數(shù)B計(jì)算模塊，所述常數(shù)B計(jì)算模塊適于基于公式(III)確定所述常數(shù)B: B = S基準(zhǔn)+S^js (III)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括真空泵，所述核磁共振儀包括用于容納待測固體樣本的樣本瓶，所述真空泵與所述樣本瓶連通且用于對所述樣本瓶進(jìn)行抽真空， 所述第一信號接收模塊進(jìn)一步適于:從所述核磁共振儀收集對照樣本的吸附核磁共振信號以及從所述核磁共振儀收集所述固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號，其中，所述對照樣本已知不吸附所述含氫原子的氣體； 所述第一信號面積確定模塊進(jìn)一步適于:基于所述對照樣本的吸附核磁共振信號，確定所述對照樣本的吸附核磁共振信號的信號面積Ss?e;以及基于所述固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號，確定所述固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號的信號面積s初始； 所述分析裝置進(jìn)一步包括常數(shù)B確定單元，所述常數(shù)B確定單元適于基于公式(III)確定所述常數(shù)B: B = S基準(zhǔn)+3初始(III)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述信號接收單元進(jìn)一步適于:從所述核磁共振儀收集吸附量為的標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號；從所述核磁共振儀收集對照樣本的吸附核磁共振信號，其中，所述對照樣本已知不吸附所述含氫原子的氣體；以及從所述核磁共振儀收集所述固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號； 所述信號面積確定單元進(jìn)一步適于:根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號，確定所述標(biāo)準(zhǔn)樣本的吸附核磁共振信號的信號面積Se?l ;基于所述對照樣本的吸附核磁共振信號，確定所述對照樣本的吸附核磁共振信號的信號面積Ss?l ;以及基于所述固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號，確定所述固體樣本在真空條件下的吸附核磁共振信號的信號面積S初始； 所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括: 常數(shù)A計(jì)算單元，所述常數(shù)A計(jì)算模塊適于基于公式(II)確定所述常數(shù)A:V?=AXS? (Π);以及 常數(shù)B計(jì)算單元，所述常數(shù)B計(jì)算單元適于基于公式(III)確定所述常數(shù)B:B =+S初始(III)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述基準(zhǔn)樣本包括下列中的至少一種:環(huán)氧樹脂和玻璃。
17.—種檢測固體樣本的孔隙的方法，其特征在于，包括下列步驟: (1)根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法分別確定所述固體樣本在多個(gè)預(yù)定的含氫原子的氣體的氣體壓力下對所述含氫原子的氣體的吸附量，以便獲得所述固體樣本在所述多個(gè)預(yù)定的氣體壓力下的對應(yīng)吸附量；以及 (2)基于所述吸附量以及所述多個(gè)預(yù)定的氣體壓力，繪制所述固體樣本對所述含氫原子的氣體的吸附-解吸曲線。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述固體樣本包括下列中的至少一種:煤、頁巖、活性碳、碳纖維和碳納米管。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述含氫原子的氣體包括下列中的至少一種:甲烷、乙烷和氫氣。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，包括下列步驟: (1)使用核磁共振儀分別收集所述固體樣本在多個(gè)預(yù)定的氣體壓力ΡρΡ^..Ργ..ΡπΤ的吸附核磁共振信號； (2)基于所述固體樣本在所述多個(gè)預(yù)定的氣體壓力下的吸附核磁共振信號，確定所述固體樣本在所述多個(gè)預(yù)定的氣體壓力下的吸附量； (3)根據(jù)Langmuir方程式PiAi= I/(VmXb)+PiAm，計(jì)算所述固體樣本對所述含氫原子的氣體的最大吸附量Vm和Iangmuir壓力；以及 (4)基于所述吸附量VpV^Vr-Vm以及所述多個(gè)預(yù)定的氣體壓力PpP2-P1-Pm，繪制所述固體樣本對所述含氫原子的氣體的吸附-解吸曲線。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，當(dāng)i大于I時(shí)，通過下列步驟確定所述固體樣本在Pi氣體壓力下的吸附核磁共振信號的信號面積Si: (1)將所述固體樣本置于所述核磁共振儀的樣本瓶中并向所述樣本瓶中通入Pp1氣體壓力的所述含氫原子的氣體，待壓力穩(wěn)定后，收集所述固體樣本的核磁共振信號； (2)基于步驟(I)得到的所述核磁共振信號，確定所述步驟(I)得到的所述核磁共振信號的信號面積Sp1 ’ ； (3)向所述樣本瓶中通入更多的含氫原子的氣體，使所述樣本瓶中的氣體壓力達(dá)到Pi,待壓力穩(wěn)定后，收集所述固體樣本的核磁共振信號； (4)基于步驟(3)得到的所述核磁共振信號，確定所述步驟(3)得到的所述核磁共振信號的信號面積S/ ;以及 (5)基于公式(IV)確定所述信號面積Si:
Si = SJ-S1-/ (IV)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，當(dāng)i+l〈m時(shí)，通過下列步驟確定所述固體樣本在Pi氣體壓力下的吸附核磁共振信號的信號面積Si: (1)將所述固體樣本置于所述核磁共振儀的樣本瓶中并向所述樣本瓶中通入Pi+1壓力的所述含氫原子的氣體，待壓力穩(wěn)定后，收集所述固體樣本的核磁共振信號； (2)基于步驟(I)得到的所述核磁共振信號，確定所述步驟(I)得到的所述核磁共振信號的信號面積Si+1’ ； (3)打開控制所述樣本瓶的閥門以釋放出一定量的含氫原子的氣體，使所述樣本瓶中的氣體壓力為Pi,待壓力穩(wěn)定后，收集所述待測固體樣本的核磁共振信號； (4)基于步驟(3)得到的所述核磁共振信號，確定所述步驟(I)得到的所述核磁共振信號的信號面積S/ ;以及 (5)基于公式(V)確定所述信號面積Si: Si = SiV-S/ (V)0
23.一種根據(jù)權(quán)利要求17至22中任一項(xiàng)所述的方法繪制固體樣本對含氫原子的氣體的吸附-解吸曲線的方法。
【文檔編號】G01N24/08GK104237283SQ201410503967
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】胥蕊娜, 姜培學(xué), 薛華慶 申請人:清華大學(xué)