一种水中甲烷亨利常数的测定方法及测定腔体技术

本发明专利技术公开了一种水中甲烷亨利常数的测定方法，配置多个腔体，对腔体进行预清洗处理，并形成真空负压状态并保持；向每个腔体中注入实验标准溶液并形成测试腔，随后向测试腔内注入氩气直至压力达到设定值；取样多份甲烷标准气体，并将每份甲烷标准气体注入实验标准溶液中，经过振荡后放置于恒温水槽中静置，直至腔体内达到气液平衡状态；通过CH4分析器依次对所有腔体内的气体进行测量，获得每个真空容器内的甲烷含量数据，根据质量守恒定律，计算出亨利常数，其测定腔体包括罐体，密封盖，罐体上设置有进水阀管和进气口，密封盖上设置有排气阀、抽真空阀和第一抽样阀，罐体内设置有补压结构，有效的提高水中甲烷亨利常数测定技术中测量精度。测量精度。测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种水中甲烷亨利常数的测定方法及测定腔体


[0001]本专利技术涉及自然资源
，具体涉及一种水中甲烷亨利常数的测定方法及测定腔体。

技术介绍

[0002]随着水环境、海洋环境与资源调查的不断升级与深入，水中溶存甲烷含量引起了许多科学家的关注。有关水中溶存甲烷含量目前主要依据《GB/T13610—2014》以及《HY/T262—2018》所述的方法进行测量，而国标或行业标准中所依据的亨利常数均为水中甲烷亨利常数的理论值，未考虑所用水本身的实际亨利常数。
[0003]气体在水中的溶解度主要取决于间隙填充作用及水合作用的强弱，溶质的组成成分不同，间隙填充和水合作用的强弱也不同，其所对应的不同温压下的亨利常数也不同。河水、湖水、海水、蒸馏水、纯净水、超纯水、去离子水、自来水、污水等各种类型的水，水中成分并不完全相同，准确地讲，它们是不同种类的溶质，甲烷在其中的亨利常数并不完全相同。
[0004]因此，若要高精度测量水中的甲烷浓度，需要先行测量甲烷在该种类水中的实际亨利常数。亨利常数的实验测定比较复杂，测定挥发物在气液两相中的浓度或者根据蒸汽压和溶解度数据计算是较常用的两种方法，但这两种方法的准确度不高，且不适用浓度极低的样品；多次相平衡/气相色谱法是测定水中挥发性氯代烃的常用方法，但此法不适用高温环境；EPICS法是在两个相同体积的密闭瓶中预先装入不等体积的液体，然后向液体中加入等质量的组分，待体系达到平衡后利用顶空浓度比来测定亨利常数，该实验方法需要很精确地控制气体组分的质量和液体的体积；静态顶空法是通过改变一系列密闭瓶中气液体积比来测定亨利常数，该方法不要求已知组分的精确浓度，只要求浓度保持不变，但该实验方法不适用浓度极低的样品。
[0005]因此，需要一种检测方法来进一步地提高水中甲烷亨利常数测定。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种水中甲烷亨利常数的测定方法，以解决利用现有的水中甲烷亨利常数测定技术中测量精度不高，实验过程中误差系数较大的技术问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术具体提供下述技术方案：
[0008]一种水中甲烷亨利常数的测定方法，包括步骤：
[0009]S100、配置多个用于甲烷和水的气液平衡的且具有用于控制内部压强平衡的补压结构的腔体，向多个腔体内通入氩气进行清洗，在清洗后将每个腔体均处理为真空负压状态并保持；
[0010]S200、从腔体的底部向每个腔体中真空注入预先处理好的用于甲烷亨利常数测定的实验标准溶液并在腔体内的实验标准溶液的上方形成测试腔，随后向所述测试腔内注入高纯氩气直至测试腔内的压力达到设定值；
[0011]其中，设定一个腔体为标准参照腔体，剩余的腔体为实验腔体；
[0012]S300、通过等差取样的方式取样多份体积浓度均为10％的甲烷标准气体，并将每份甲烷标准气体顺次注入实验腔体的实验标准溶液中，将标准参照腔体和实验腔体进行振荡，后将标准参照腔体和实验腔体放置于恒温水槽中静置，直至标准参照腔体内的甲烷标气和实验标准溶液达到气液平衡状态；
[0013]S400、通过每个腔体内的补压结构的自身膨胀占据所述测试腔内的空间，迫使实验腔体和标准参照腔体的测试腔内的气体转移至与测试腔连接且已经标定过容积的真空容器中；
[0014]S500、通过CH4分析器依次对所有真空容器内的气体进行测量，获得每个真空容器内的甲烷含量数据，根据质量守恒定律，计算出亨利常数。
[0015]作为本专利技术的一种优选方案，在S200中，在标准参照腔体和实验腔体的测试腔中设置误差表征腔和实验操作腔，且实验液体置于实验操作腔中，误差表征腔和实验操作腔之间主动或被动连通；
[0016]在S200中，向测试腔中注入高纯氩气至所有腔体的压力达到设定值时，误差表征腔和实验操作腔之间保持主动连通；
[0017]在S300中，将多份取样甲烷标气顺次注入实验腔体的实验液体中时，误差表征腔和实验操作腔之间被动连通；
[0018]其中，误差表征腔和实验操作腔由于腔体内的压力变化使得误差表征腔和实验操作腔之间实现瞬时或短暂的连通形成被动连通。
[0019]作为本专利技术的一种优选方案，在S400中，补压结构进行自身膨胀占据实验操作腔内的空间，迫使实验操作腔中的气体以被动连通的方式进入误差表征腔中，并且S400之前使误差表征腔处于负压状态。
[0020]作为本专利技术的一种优选方案，在S300中，通过等差方式取样的方式具体包括：
[0021]抽取50μL，100μL，150μL，和200μL体积浓度均为10％的甲烷标气，并通过计算或实验获得50μL，100μL，150μL，和200μL体积浓度为10％的甲烷标气在室温环境下的腔体内的标准体积。
[0022]作为本专利技术的一种优选方案，在S200中，包括设定实验腔体和标准参照腔体的数量相同，且在进行S300时，通过计算或实验获取的0μL，100μL，150μL，和200μL体积浓度为10％的甲烷标气在室温环境下的腔体内的标准体积对标准参照腔体的误差表征腔的体积进行对应的调节。
[0023]作为本专利技术的一种优选方案，在S500中，计算所有达到气液平衡状态的腔体中的平衡体系水中溶存甲烷的浓度的具体公式为：
[0024][0025]P＝H
·
x，
[0026]其中，P表示甲烷浓度，H表示亨利常数，x表示甲烷气体在实验水中的摩尔浓度，C
upgasCH4
表示甲烷气体在腔体顶部混合气体中的浓度或含量，P
upgas
表示甲烷在顶部混合气体中的分压，M
add1
表示实验中甲烷在平衡体系中的总物质的增量，V
downwater
表示平衡体系中下部水的体积，V
upgas
表示平衡体系中顶部混合气体的体积，R为气体常数，T代表体系平衡时的绝对温度。
[0027]本专利技术提供了一种水中甲烷亨利常数的方法的测试腔体，所述测试腔体包括用于形成气液平衡配液的罐体，以及设置在所述罐体上的密封盖，所述罐体的底部设置有进水阀管和进气口，所述密封盖的径向上设置有排气阀、抽真空阀以及设置在所述罐体中间的第一抽样阀，所述罐体的内部设置有补压结构，所述补压结构用于通过自身的充气膨胀占据所述罐体的腔体内空间的方式迫使罐体内的气体从所述第一抽样阀逸出。
[0028]作为本专利技术的一种优选方案，所述罐体的内部设置有腔体分隔组件，所述腔体分隔组件用于将所述罐体内的腔体分割成位于所述腔体分隔组件上部的误差表征腔，以及位于所述腔体分隔组件下部的实验操作腔，所述腔体分隔组件用于通过主动或被动地连通所述误差表征腔和实验操作腔，所述补压结构设置在所述实验操作腔中；
[0029]其中，所述进水阀管和进气口连接位于所述实验操作腔的侧壁上。
[0030]作为本专利技术的一种优选方案，所述腔体分隔组件包括与所述罐体的内壁接触连接的板体，所述板体上阵列有阀门组，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水中甲烷亨利常数的测定方法，其特征在于，包括步骤：步骤S100、配置多个用于甲烷和水的气液平衡的且具有用于控制内部压强平衡的补压结构的腔体，向多个腔体内通入氩气进行清洗，在清洗后将每个腔体均处理为真空负压状态并保持；步骤S200、从腔体的底部向每个腔体中真空注入预先处理好的用于甲烷亨利常数测定的实验标准溶液并在腔体内的实验标准溶液的上方形成测试腔，随后向所述测试腔内注入高纯氩气直至测试腔内的压力达到设定值；其中，设定一个腔体为标准参照腔体，剩余的腔体为实验腔体；步骤S300、通过等差取样的方式取样多份体积浓度均为10％的甲烷标准气体，并将每份甲烷标准气体顺次注入实验腔体的实验标准溶液中，将标准参照腔体和实验腔体进行振荡，后将标准参照腔体和实验腔体放置于恒温水槽中静置，直至标准参照腔体内的甲烷标气和实验标准溶液达到气液平衡状态；步骤S400、通过每个腔体内的补压结构的自身膨胀占据所述测试腔内的空间，迫使实验腔体和标准参照腔体的测试腔内的气体转移至与测试腔连接且已经标定过容积的真空容器中；步骤S500、通过CH4分析器依次对所有真空容器内的气体进行测量，获得每个真空容器内的甲烷浓度数据，根据质量守恒定律公式计算出亨利常数；其中，根据质量守恒定律，计算所有达到气液平衡状态的腔体中的平衡体系水中溶存甲烷的浓度的具体公式为：P＝H
·
x，则亨利常数H计算公式为：其中，P表示甲烷浓度，H表示亨利常数，x表示甲烷气体在实验水中的摩尔浓度，C
upgasCH4
表示甲烷气体在腔体顶部混合气体中的浓度或含量，P
upgas
表示甲烷在顶部混合气体中的分压，M
add1
表示实验中甲烷在平衡体系中的总物质的增量，V
downwater
表示平衡体系中下部水的体积，V
upgas
表示平衡体系中顶部混合气体的体积，R为气体常数，T代表体系平衡时的绝对温度。2.根据权利要求1所述的一种水中甲烷亨利常数的测定方法，其特征在于，在步骤S200中，在标准参照腔体和实验腔体的测试腔中设置误差表征腔和实验操作腔，且实验液体置于实验操作腔中，误差表征腔和实验操作腔之间主动或被动连通；在步骤S200中，向测试腔中注入高纯氩气至所有腔体的压力达到设定值之前，误差表征腔和实验操作腔之间保持主动连通；在步骤S300中，将多份取样甲烷标气顺次注入实验腔体的实验液体中时，误差表征腔和实验操作腔之间被动连通；其中，误差表征腔和实验操作腔由于腔体内的压力变化使得误差表征腔和实验操作腔之间实现瞬时或短暂的连通形成被动连通。3.根据权利要求2所述的一种水中甲烷亨利常数的测定方法，其特征在于，在进行步骤S400之前，误差表征腔和实验操作腔内处于同等压强且相互密封闭合，后通过真空抽气方式使误差表征腔呈负压状态；在进行步骤S400时，补压结构通过自身膨胀占据实验操作腔内的空间方式，增大实验
操作腔内的压强，以使实验操作腔和误差表征腔之间被动连通，迫使实验操作腔中的气体以被动连通的方式进入误差表征腔中。4.根据权利要求1所述的一种水中甲烷亨利常数的测定方法，其特征在于，在步骤S300中，通过等差方式取样具体包括：抽取50μL，100μL，150μL，和200μL体积浓度均为10％的甲烷标气，并通过计算或实验获得50μL，100μL，150μL，和200μL体积浓度为10％的甲烷标气在室温环境下的标定容积腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：温明明，刘广虎，李勇航，李斌，单晨晨，潘东阳，
申请(专利权)人：防灾科技学院北京防灾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：