IsoSORP SA는 고압 또는 진공 환경에서 흡착 측정을 가능하게 하는 특허 받은* MSB(자기 서스펜션 천칭)가 장착된 고급 중량 측정 장치입니다.
시료는 -196°C에서 400°C에 이르는 넓은 온도 범위에 걸쳐 다양한 기체나 증기가 존재하는 환경 하에 측정할 수 있습니다. 도우징 및 혼합 장치를 유연하게 선택할 수 있으므로 조성 및 반응 대기 압력을 정확히 제어할 수 있습니다. Rubotherm 시리즈 IsoSORP SA는 20여 년의 경험과 수백 명의 고객으로 입증된 분야를 바탕으로 설계 및 제작되었으며 모든 중량 측정 흡착 분석기를 포괄할 수 있는 가장 광범위한 압력 범위를 제공하며 응용 분야 관련 분석에서 산업 표준을 대표합니다.
*독일 특허 번호 10 2009 009 204.8
기능 및 장점:
- 비접촉식으로 시료 중량을 측정하여 시료 셀과 저울 사이에 밀폐식 분리가 가능하므로 반응 기체, 시료 셀 내부의 압력이나 온도로 인한 천칭 손상 위험 감소
- 금속으로 밀폐된 시료 반응기 셀은 부식성, 폭발성 또는 유독성 반응 기체는 물론 극저온, 고온, 진공 및 고압에서도 측정 가능
- 고유한 자동 시료 분리 기능을 통해 실험 중 천칭 중량 측정이 가능하며 경쟁사 장비에서 필수적인 수동 천칭 보정 없이 타의 추종을 불허하는 장기 기준선 안정성을 제공하므로 가장 정확한 측정 보장
- 반응 기체에 젖은 시료 셀 전체 가열이 가능하므로 고온 또는 고습 환경에서도 수증기, CO2, 암모니아 등과 같은 반응 기체 증기의 응축 방지
- 시료 셀에서 반응 기체 밀도의 중력을 측정하여 모든 압력 및 온도 조건 하에 자동으로 중량 데이터의 부력과 반응 기체 조성을 정확히 보정
- 넓은 동적 중량 측정 범위 및 시료량을 지원하여 대용량 시료 및/또는 중량 시료를 사용한 측정 가능
| 자기 서스펜션 천칭(MSB) | 압력[1] | 온도 | 도우징 시스템 유형 | |||
| IsoSORP SA 모델 | 분해능 (μg) | 질량 범위 (g) | 최대 압력 (bar) | 최소 (°C) | 최대 (°C) | |
| 400-150, S-G | 10 | 25 | 150 | RT | 400°C | 정적 기체 (S-G) |
| 400-150, S-G XR | 1 | 10 | 150 | RT | 400°C | |
| 400-150, S-G Cryo | 10 | 25 | 150 | 196°C[2] | 400°C | |
| 400-150, S-G LT | 10 | 25 | 150 | -20 | 400°C | |
| 400-150, S-G XR LT | 1 | 10 | 150 | -20 | 400°C | |
| 400-50, S-G+V | 10 | 25 | 50 | RT | 400°C | 정적 기체 및 증기 (S-G+V) |
| 400-50, S-G+V XR | 1 | 10 | 50 | RT | 400°C | |
| 400-150, S-SC | 10 | 25 | 150 | RT | 400°C | 정적 임계 미만 유체 및 기체(S-SC) |
| 400-150, S-SC LT | 10 | 25 | 150 | -20 | 400°C | |
| 150-150, S-SC Visi | 10 | 25 | 150 | RT | 150°C[4] | |
| 150-350, S-SC | 10 | 25 | 350 | RT | 150°C[3] | |
| 150-350, S-SC LT | 10 | 25 | 350 | -20 | 150°C[3] | |
| 150-350, S-SC Visi | 10 | 25 | 350 | RT | 150°C[4] | |
| 150-700, S-SC | 10 | 25 | 700 | RT | 150°C[4] | |
| 400-50, F-G | 10 | 25 | 50 | RT | 400°C | 흐름 기체 (F-G) |
| 400-50, F-G XR | 1 | 10 | 50 | RT | 400°C | |
| 400-150, F-G | 10 | 25 | 150 | RT | 400°C | |
| 400-150, F-G XR | 1 | 10 | 150 | RT | 400°C | |
| 400-50, F-G+V | 10 | 25 | 50 | RT | 400°C | 흐름 기체 및 증기 (F-G+V) |
| 400-50, F-G+V XR | 1 | 10 | 50 | RT | 400°C | |
| 400-150, F-G+V | 10 | 25 | 150 | RT | 400°C | |
[1] 진공 사양: 0.0075 Torr 가능(적절한 진공 펌프 필요)
[2]-196°C 또는 -186°C까지 시료 냉각 가능, 연속 온도 제어 범위 -150°C ~ 400°C
[3] 150bar를 초과하지 않는 압력에서 최대 400°C
[4] 전기 가열기 미장착
고유한 자기 서스펜션 천칭 기술
고유한 자기 서스펜션 천칭 기술
모든 Rubotherm 장비에서 핵심은 외부 미량 천칭으로 밀폐된 반응기 셀의 시료 중량을 측정하는 특허 받은 MSB(자기 서스펜션 천칭)입니다. 이는 시료 셀의 벽을 통해 중량 힘을 전달하는 자기 서스펜션 커플링을 통해 구현됩니다.
이 설계에서는 영구 서스펜션 자석이 상부 내부 서스펜션 샤프트의 상단에 부착됩니다. 하부 내부 서스펜션 샤프트는 시료 재료를 담고 있는 도가니에 연결됩니다. 상부 서스펜션 샤프트와 하부 서스펜션 샤프트 사이에는 하중 커플링 메커니즘이 있습니다. 상부 및 하부 샤프트와 시료 도가니는 시료 셀 내에 포함됩니다.
외부 전자석은 내부 영구 자석을 끌어당기도록 제어됩니다. 이렇게 하면 내부 서스펜션 자석이 올라가고 하중 커플링과 맞물려 그 결과 시료 도가니가 올라갑니다. 전자석 제어를 통해 시스템이 일정한 측정 지점 높이에 도달할 때까지 인력이 계속 적용됩니다.
전자석이 연결된 외부 미량 천칭은 셀의 시료 중량을 높은 분해능과 정확도로 결정합니다.
자동 시료 분리(ASD) 기능
자동 시료 분리(ASD) 기능
중량 측정 실험을 시작할 때, 중량 측정을 위한 “0점”을 설정하기 위해 천칭의 중량이 자동으로 측정되고 보정됩니다. 이 0점은 모든 후속 측정에 사용되는 값입니다. 그러나 실험 기간은 수 시간에서 수 주까지 다양할 수 있으므로 0점에서의 드리프트 때문에 장시간에 걸친 미세한 중량 변화를 정확하게 측정하는 기능이 약해질 수 있습니다. 드리프트는 일반적으로 실험실 온도 및 기압 또는 습도의 변화와 같은 외부 요인에 기인합니다.
기존에 신호 정확도를 향상시키기 위한 시도는 빈 도가니 기준선 실행을 수행하고 시료 실행 시 이를 감산하는 것이 일반적이었습니다. 이 방법을 사용하면 실험 시간이 두 배로 늘어나기 때문에 이상적이지 않고 두 실험이 정확히 동일하지 않기 때문에 본질적으로 결함이 존재합니다. TA의 IsoSORP SA만이 특허 받은 MSB 기술을 사용하여 실시간 드리프트 보정을 위한 고유한 자동 시료 분리(ASD) 기능을 제공할 수 있으므로 이전에는 불가능했던 수준의 중량 정확도, 특히 장기 측정 시 중량 정확도를 향상시킵니다.
ASD 작동 방식:
위 그림과 같이 MSB 설계에는 샤프트 하중 커플링이 포함되어 있습니다. 전자석이 통전되면, 상부 샤프트에 연결된 영구 자석을 끌어당깁니다. 상부 샤프트가 위쪽으로 올라가고 커플링과 맞물려 도가니를 측정 지점까지 올려 중량을 측정합니다. 실험 중 언제든지 영구 서스펜션 자석을 아래로 움직여 시료 도가니에서 분리할 수 있습니다.
이러한 하방 이동 중, 샤프트 하중 커플링은 지지대 위에 놓이게 됩니다. 서스펜션 자석은 자유 부동 상태로 유지되고 중량만 천칭에 전달됩니다. 언로딩된 천칭에 해당하는 새로운 0점 위치로 이동하면 측정 중에도 시료 셀의 공정 조건(압력, 온도)에서도 천칭 중량을 측정하고 보정할 수 있습니다. 측정 중 천칭을 자동 소프트웨어로 제어하는 자동 보정 기능은 TA Instruments의 상용 중량 분석기에서만 사용할 수 있습니다.
시료 중량 및 기체 단계 밀도 동시 측정
시료 중량 및 기체 단계 밀도 동시 측정
IsoSORP는 두 번째 하중 커플링과 시료 위치로 구성할 수 있으므로 단일 실험에서 두 시료의 중량을 측정할 수 있습니다. 이 기능은 두 시료의 비교 측정(예: 반응 시료와 기준 시료의 비교) 또는 반응기 내 기체 대기의 흡착 및 밀도 결정에 사용할 수 있습니다.
두 번째 커플링 및 시료 위치는 MSB가 제어되는 총 세 개의 수직 위치를 생성합니다. 여기에는 0점 또는 중량 측정 위치, 측정 지점 1 및 측정 지점 2가 포함됩니다. 이 기능은 위 그림의 다이어그램을 통해 다음과 같이 입증됩니다.
- 0점 위치: 미세 천칭의 중량 측정 및/또는 보정을 위해 영구 자석만 정지됩니다.
- 측정 지점 1: 흡착 측정 1을 위해 첫 번째 반응 시료(흡착제, 촉매, 유기 물질 등)의 중량이 결정되는 첫 번째 커플링과 결합되는 영구 자석이 위로 올라갑니다.
- 측정 지점 2: 첫 번째 커플링이 결합된 상태에서, 영구 자석은 두 번째 커플링과 결합하도록 위로 올려져서 두 시료의 결합 질량을 위로 올려 측정합니다. 측정 지점 1에서 측정된 중량을 결합 중량에서 빼서 흡착 측정 2에 대해 두 번째 시료의 중량을 결정합니다. 반응기에서 유체상의 밀도를 결정하는 경우, 알려진 부피를 갖는 불활성 싱커가 두 번째 시료 역할을 합니다. 아르키메데스 원리를 사용하여 반응기의 기체상 밀도는 싱커에 작용하는 부력을 통해 정확하게 결정할 수 있습니다.
타의 추종을 불허하는 진정한 질량 정확도를 위한 자동 부력 보정
타의 추종을 불허하는 진정한 질량 정확도를 위한 자동 부력 보정
흡착 측정의 경우, 시료는 제어된 온도 및 압력에서 반응 기체에 노출됩니다. 일반적으로 압력은 계단식으로 증가되고 흡착이나 시료 내부 및 외부에서의 기체 흡착으로 인한 시료 질량 변화가 측정됩니다. 시료 질량과 함께 기체상 밀도는 압력 및/또는 온도에 따라 변하며 시료에 작용하는 부력 효과에 변화를 초래합니다. 부력 효과는 시료가 대체한 반응 기체 대기의 질량으로, “겉보기” 시료 질량 손실이나 천칭에서 관찰된 것과 같은 “겉보기 시료 질량” 측정을 초래합니다. 부력 효과는 보정을 통해 “실제 시료 질량”을 얻을 수 있어야 합니다.
모든 저울은 시료에 작용하는 실제 시료 질량과 부력 효과 또는 소위 겉보기 질량 간의 차이만 측정 할 수 있습니다. 부력 효과에 대한 시료 질량을 보정하기 위해, 대체된 기체의 질량(mG)은 천칭에서 측정한 겉보기 시료 질량(Δm)에 추가되어야 합니다.(방정식 1) 대체된 기체의 질량을 정확하게 결정하기 위해서는 시료의 부피(V)와 기체의 밀도(ρG)를 알고 있어야 합니다(방정식 2).
| 방정식 1 | 방정식 2 |
| m = Δ m + mG | mG = V • ρG |
| m = 실제 질량 | mG = 질량 또는 대체된 기체 |
| Δm = 천칭 눈금값(겉보기 질량) | V = 시료 부피 |
| mG = 질량 또는 대체된 기체 | ρG = 기체상 밀도 |
상태 방정식으로부터 ρG를 계산하기 위해 압력 및 온도 데이터에 의존하는 기존 흡착 분석기와 달리, IsoSORP는 직접 중량 측정을 수행합니다. 고유한 설계 덕택에, IsoSORP는 알려진 질량과 부피의 불활성 “싱커”가 위치하는 두 번째 중량 측정 위치를 통합합니다. “싱커”는 중량 측정이 간단하기 때문에 실제 ρG의 직접적인 현장 결정이 가능합니다. 계산 방법보다 훨씬 정확하며 밀도를 직접 측정하므로 반응 기체가 순수한 유체가 아니더라도 정확한 결과를 제공합니다.
또한 IsoSORP는 He를 반응 기체로 사용하는 부력 측정을 통해 시료 부피를 자동으로 결정합니다. IsoSORP는 ρG와 V를 매우 정확하게 직접 측정할 수 있는 유일한 장비로, 대체된 기체의 질량도 직접 결정할 수 있으므로 시료의 실제 질량 측정에서 타의 추종을 불허하는 정확도를 제공합니다.
시료 온도 제어
시료 온도 제어
IsoSORP SA 장비는 최대 온도 범위 -196°C ~ 400°C를 제공하는 구성에서 사용 가능합니다
모든 IsoSORP 장비에는 액체 순환기 온도 시스템이 장착되어 실온에서 150°C까지 온도 제어가 가능합니다. LT 구성의 경우 -20°C ~ 100°C에서 제어가 가능한 저온 버전에서 사용 가능합니다.
극저온 냉각(Cryo-Cooling)은 액체 질소 사용 시 -196°C, 또는 액체 아르곤 사용 시 -186°C에서 등온 테스트를 위한 Cryo 구성에 사용할 수 있습니다. 옵션인 냉각 기체 냉각 시스템은 Cryo 구성 시 -150°C ~ 20°C 범위에서 확장된 저온 제어를 제공합니다.
대부분의 IsoSORP 장비 구성에는 전기 시료 가열 시스템이 포함되어 액체 순환기의 온도 제어 범위를 확장합니다. 전기 가열을 통해 약 100°C에서 최대 400°C까지 시료 온도를 제어할 수 있습니다. 최대 압력이 350bar 인 시스템의 경우 150bar를 초과하는 압력에서 작동할 때 최대 온도는 150°C로 제한됩니다.
20여 개에 이르는 다양한 IsoSORP SA 모델은 고객 응용 분야에 따른 요구 사항을 충족하도록 사전 구성됩니다. 자세한 내용은 장비 사양을 참조하십시오.
도우징 시스템
도우징 시스템
기체 및 증기 도우징, 혼합 및 압력 제어 시스템
흡착 측정에서 정확성을 확보하려면 압력과 반응 대기의 조성을 정확하게 제어해야 합니다. IsoSORP SA는 3개 최고 수준의 데이터 품질을 보장하는 압력 컨트롤러가 있는 정교한 기체/증기 도우징 및 혼합 시스템을 특징으로 하며 광범위한 응용 분야를 처리할 수 있는 유연성을 자랑합니다.
정압 컨트롤러는 순수한 기체 또는 증기에 사용되며 설정 지점에 도달할 때까지 반응 대기로 시료 체임버를 채우고, 그 후에는 기체나 증기가 더 이상 흐르지 않습니다. 유동 도우징 및 압력 컨트롤러 시스템은 순수한 기체, 기체 혼합물, 기체 및 증기 혼합물에 사용되며 토출구의 동적 압력 컨트롤러를 사용하여 반응 대기가 시료 셀로 연속적으로 흐르도록 합니다. 혼합 도우징 시스템은 기체 혼합물과 기체 및 증기 혼합물에 사용됩니다. 이 유닛은 선택성 측정을 위해 제어된 조성을 갖는 혼합물의 혼합 및 부피 혼합 도우징이 가능합니다.
정압 컨트롤러는 증기(예: 물, 탄화수소, 용매) 및 응축 가능한 유체(예: CO2, NH3, 부탄)를 포함하는 응용 분야에 고유하게 사용하는 가열 버전으로 제공됩니다. 가열 덕택에 고압에서도 응축이 방지됩니다. 다른 상용 흡착 분석기가 P 제어 범위에서 갖는 한계가 사라졌으며 비교 불가한 응용 범위를 제공합니다.
기체 및 증기 도우징 시스템에는 IsoSORP 장비에서 실제 상태 및 반응 대기 압력을 표시할 수 있는 터치 스크린이 장착되어 있습니다. 자동 작동 및 데이터 수집은 RSCS 소프트웨어로 제어됩니다. 사용 가능한 기체 및 증기 도우징 시스템과 사양 목록은 아래 표에 요약되어 있습니다.
| 도우징 시스템 모델 | 유동/정적 | 최대 압력[1] | 비응축 가열 | 순수 기체, 증기, 임계 미만 유체 |
기체[2] 혼합, 기체[2]+ 증기 |
| 50 F-G | 유동 | 50 bar | — | G, SC[3] | G |
| 50 F-G+V | 50 bar | 200°C | G, SC[3], V | G, G+V | |
| 150 F-G | 150 bar | G, SC[3] | G | ||
| 150 F-G+V | 150 bar | 200°C | G, SC[3], V | G, G+V | |
| 50 S-G+V | 정적 | 50 bar | 150°C | G, SC[4], V | — |
| 150 S-G | 150 bar | — | G, SC[3] | — | |
| 150 S-SC | 150 bar | 100°C | G, SC[5] | — | |
| 350 S-SC | 350 bar | 100°C | G, SC[5] | — | |
| 700 S-SC | 700 bar | 100°C | G, SC[5] | — |
[1] 진공 사양: 0.0075 Torr 가능(적절한 진공 펌프 필요)
[2] 지정된 최대 압력 한계 미만의 임계 미만 유체(SC) 포함
[3] 임계 미만 유체의 최대 압력은 실온에서 응축 압력의 약 40%임
[4] 임계 미만 유체의 최대 압력은 150°C에서 응축 압력의 약 40%임
[5] 임계 미만 유체의 최대 압력은 100°C에서 응축 압력의 약 40%임
부식 및 유독성 기체 흡착 측정
부식 및 유독성 기체 흡착 측정
많은 응용 분야에서 유독성 및/또는 부식성 기체가 사용되거나 생성됩니다. 흡착은 이러한 기체를 함유한 혼합물을 분리하거나 정화하기 위해 선택할 수 있는 방법입니다. 관련된 모든 기체의 흡착 등온선은 흡착성 정화 공정 및 물질을 적절하게 설계하기 위한 기초가 됩니다. IsoSORP SA 설계는 반응 대기를 주변으로부터 완전히 격리하므로 부식성 및 유독성 기체를 사용하는 흡착 측정을 수행하여 공정 및 물질 개발을 위한 흡착 등온선을 제공합니다.
천연 가스 및 바이오 가스는 유독성 및 부식성 오염물질인 H2S가 상대적으로 많이 함유되어 있으므로 사용 전에 기체에서 제거해야 합니다. 천연 가스 혼합물로부터 H2S를 선택적으로 흡착하는 기능은 이러한 정화 공정에 사용할 수 있습니다. CH4보다 H2S를 더 효과적으로 흡착할 수 있다면 H2S는 천연 가스와 바이오 가스의 주성분 및 가치있는 물질이 됩니다. 아래 다이어그램에서는 활성탄에서 순수한 H2S와 순수한 CH4의 흡착 등온선을 비교합니다. 측정은 25°C에서 H2S 증기압 범위의 70% 이상에 대해 수행되었습니다. H2S 흡착은 CH4 흡착보다 약 3배 더 높은 것으로 밝혀졌습니다.
암모니아는 부식성이 강한 유독성 물질로 냄새가 심할 가능성이 높습니다. 따라서 농업용수 및 폐수 처리의 환기 등에서 발생하는 다양한 배출 기체에서 암모니아를 제거해야 합니다. 또한 작동 유체로 암모니아를 사용하는 흡착식 냉동 사이클은 공기 조절 등 환경적으로 우수한 대안으로 간주됩니다. 이 모든 공정에서 암모니아의 흡착 및 탈착 등온선은 필수적인 기본 정보입니다. 아래 다이어그램에서 25℃의 활성탄에 대한 암모니아 흡착 및 탈착 등온선은 압력 함수로 표시됩니다. 암모니아는 132.4°C 이하의 온도에서 증기 상태이므로 표시되는 등온선은 실제로 증기의 흡착 및 탈착을 의미합니다. 도표에서 두 번째 x축에 표시된 상대 증기압 범위는 이 측정 범위에서 0.999까지 해당합니다.
아래 예에서 측정은 가열식 압력 컨트롤러가 있는 IsoSORP SA(400-150, S-SC) 장비로 수행되었습니다. 가열식 압력 컨트롤러 덕택에 임계 미만 증기 H2S 및 NH3는 응축 없이 고압까지 사용될 수 있습니다.
유독성 및 폭발성 기체 흡착 측정
유독성 및 폭발성 기체 흡착 측정
기술적인 연소 공정 중 연료가 완전히 산화되지 않는 경우가 있습니다. 그 결과 CO가 생성될 수 있습니다. 또한, 석탄 및 바이오매스 기체화 공정, 수증기 개질 및 용광로 기체에서 비교적 많은 양의 CO가 생성됩니다. 이 유독성 기체는 일부 촉매를 중독시키는 것으로 알려져 있으며, 추가로 활용하기 전에 하류 기체 정화 공정에서 제거해야 합니다. 흡착은 일반적으로 기체 분리 및 정화에 신뢰할 수 있는 공정입니다. 적절한 흡착 물질을 선택하거나 개발하기 위해 흡착 등온선이 필요합니다. 위 다이어그램은 25℃에서 활성탄의 CO와 CH4 흡착을 최대 고압과 비교한 것입니다. 이 흡착 물질은 CH4를 더 효과적으로 흡착하므로 CH4로부터 CO를 제거하는데 적합하지 않습니다.
위 다이어그램에서 보듯, 영구 기체를 사용한 측정은 정압 컨트롤러 또는 유동 기체 도우징 시스템이 장착된 모든 IsoSORP SA 장비로 수행할 수 있습니다.
고압 기체 및 임계 미만 유체 흡착
고압 기체 및 임계 미만 유체 흡착
다공성 흡착 물질에 대한 고압 기체 흡착 측정은 고체 – 기체 상호 작용을 이해하는 데 중요한 공정 및 응용 분야 관련 조치를 제공합니다. 고압 흡착 분석은 흡착 및 탈착의 정량적 질량 변화 및 운동 속도뿐만 아니라 실제 세계, 응용 분야 관련 흡착 능력, 기공 접근성 및 등량 흡착열에 대한 정보를 제공합니다. 일반적으로 연구되는 재료에는 활성탄, 제올라이트, 금속 수소화물, 금속 – 유기 프레임워크/MOF 및 실리카가 있습니다.
Rubotherm 시리즈 IsoSORP SA 장비를 사용하면 뛰어난 정확성과 재현성으로 고압 기체 흡착을 측정할 수 있습니다. 측정의 재현성을 입증하기 위해 다양한 구성의 IsoSORP SA 장비를 사용하여 내부 참조 물질에 대해 고압 질소(N2) 흡착 측정을 수행했습니다. 아래 다이어그램은 정적 또는 유동 구성을 갖춘 IsoSORP SA 장비 4대를 사용하여 최대 150bar 압력 범위에서 N2 흡착을 측정한 결과를 비교한 것입니다. 다양한 구성이 적용된 여러 장비에서 측정을 수행한 결과 우수한 재현성이 입증되었습니다.
IsoSORP 장비는 Gibbs 초과 흡착 데이터를 제공합니다. 초과 흡착 데이터는 He를 참조 기체로 사용하여 측정한 흡착 물질의 입자골격 부피를 사용하여 보정된 부력/부피입니다. 흡착 물질이 차지하여 증가하는 기공 부피는 무시됩니다. 결과적으로 초과 흡착 등온선은 고압에서 최대를 통과한 후 감소합니다. 일반적으로 높은 흡착과 기공 점유, 또한 고압에서 초과 흡착과 절대 흡착 간 차이가 상당히 커질 수 있습니다. 오른쪽 아래 다이어그램은 이를 설명합니다. 이 다이어그램은 30℃, 최대 압력 330bar에서 석탄 시료에 대한 CH4의 초과 흡착을 절대 흡착과 비교한 결과입니다.
Rubotherm 시리즈 RSCS 소프트웨어는 실험 데이터를 기반으로 하여 초과 흡착을 절대 흡착으로 손쉽게 변환합니다. 흡착 물질의 밀도는 초과 흡착 등온선이 감소하는 부분에서 결정되며, 데이터 처리를 거쳐 결과로 제공됩니다.
고압 기체 및 임계 미만 유체 흡착
고압 기체 및 임계 미만 유체 흡착
가장 높은 압력은 지하 깊숙한 지층에서 정기적으로 발생합니다. 천연 가스는 수천 미터 깊이에서 흡착되어 석탄 또는 셰일을 형성할 수 있습니다. 이 독특한 기체 저장소를 활용하려면 이러한 물질의 기체 양은 동일한 압력 및 온도 조건 하에서 측정되어야 합니다. IsoSORP SA 장비는 최대 700bar, 150°C까지 측정할 수 있으므로 대략 5,000m 깊이의 조건을 형성할 수 있습니다. 아래 다이어그램은 700bar까지의 압력과 다른 온도에서 측정된 CH4 용량을 셰일 톤당 입방피트 단위로 나타냅니다. 이 자료를 통해 지질 셰일 가스 저장소 용량에 대한 결론을 도출할 수 있습니다.
실온에서 임계 미만 상태인 유체로 고압 흡착을 측정하려면 장비가 완전히 가열되어야 합니다. 장비에서 젖은 부품의 차가운 부분은 임계 미만(SC) 유체의 응축과 시스템 압력의 저하를 초래합니다. IsoSORP SA 장비에는 젖은 부품의 온도가 기술적으로 관련 있는 여러 SC 유체(예: CO2, 부탄, NH3)의 임계 온도 이상인지 확인하는 가열식 압력 컨트롤러를 장착할 수 있습니다. 이 컨트롤러는 고압에서 SC 유체를 사용하여 측정을 수행합니다.
오른쪽 아래 다이어그램은 35°C, 최대 압력 80bar*에서 폴리에테르 폴리올의 CO2 흡수량을 보여줍니다. 폴리올은 경질 폴리우레탄 폼 제조에 사용되고 발포는 CO2 기체 배출로 수행됩니다. 공정 및 물질 개발을 위해 제어된 P 및 T에서 CO2 용해도를 확인해야 합니다. IsoSORP SA 장비는 이상적으로 이 데이터를 생성하도록 설계되었습니다.
비강성 흡착 물질(예: 폴리머, 이온성 액체)은 흡수된 기체를 사용하여 부피/밀도를 변화시킵니다. 이 부피 변화는 공정 설계 및 데이터 처리에 매우 중요합니다. IsoSORP SA는 시험 물질의 부피 변화를 광학적으로 감지할 수 있는 창이 있는 고압 시료 셀이 장착되어 이러한 목적에 사용할 수 있습니다. 오른쪽 그림은 창이 포함된 고압 시료 셀이 장착된 IsoSORP SA를 보여줍니다. 위 다이어그램에서 흡수된 CO2로 생성된 폴리머 부피는 녹색 데이터로 표시됩니다*.
*데이터 출처: M. R. Di Caprio, et al. : Polyether polyol/CO2 solutions: Solubility, mutual diffusivity, specific volume and interfacial tension by coupled gravimetry-Axisymmetric Drop Shape Analysis; Fluid Phase Equilibria; 425 (2016), 342-350
증기 흡착
증기 흡착
기본적인 화학공학 및 재료과학 응용 분야 중 다수에는 증기 흡착에 대한 기본적인 이해가 필요합니다. 몇 가지 예로, 기체나 공기의 건조, 연통 기체의 정화, 정유 가스의 분리 및 의약품이나 식품의 습윤 및 건조 공정이 있습니다 이러한 예와 무수히 많은 경우에서, 물과 유기 용매 증기의 흡착 등온선과 동역학은 적절한 재료 배합 및/또는 공정 설계에 중요한 역할을 합니다.
기체 및 증기 도우징 시스템으로 구성된 IsoSORP SA 시스템은 증기 흡착 측정에 탁월한 성능을 보이는 이상적인 장비입니다. 응축 방지 가열 기능이 탑재된 IsoSORP는 독창적인 설계를 통해 기술적으로 적절한 가습 기체와 순수한 증기 대기를 모두 사용하여 매우 높은 습도/증기 압력에서 측정이 가능합니다. 오른쪽 다이어그램은 120°C에서 활성탄에 순수 수증기(운반 기체 없음)의 흡착 및 탈착 등온선 예를 보여줍니다. 이 측정에서 압력 범위는 최대 1.8bar이며 120°C에서 포화 압력은 약 90%입니다. 등온선은 포화도 50% 미만에서 흡착이 거의 없는 소수성 흡착 물질의 전형적인 형태로 나타납니다. 그러면 흡착량은 가파르게 증가하여 중량이 거의 45% 정도 증가합니다. 흡착 등온선에 비교할 때 탈착 등온선은 히스테리시스 루프로 나타납니다.
아래 그림은 25℃에서 순수한 디클로로메탄 증기를 활성탄에 흡착시키는 또 다른 예입니다. 디클로로메탄은 세정제 및 용매로 널리 사용되는 물질입니다. 이 물질은 유독하며 환경으로 배출되어서는 안됩니다. 디클로로메탄 및 기타 유기 용매를 제거하기 위해서는 활성탄 흡착이 표준 방법입니다. 결과는 유기 증기 등온선이 최대 65wt%의 부하량으로 활성탄에 전형적인 Type 1 흡착 등온선으로 나타났음을 보여줍니다.
Rubotherm IsoSORP SA는 순수, 압력 제어 수증기 대기 또는 가습된 운반체 기체 흐름에서의 정적 증기 흡착 측정을 위해 다양한 구성으로 제공됩니다. 특정 재료 응용 분야에 따라 측정 방법은 다르게 선택하지만 신뢰할 수 있는 장비는 기술에 관계없이 동일한 결과를 제공합니다. 아래 그림은 IsoSORP의 우수한 성능을 입증하기 위해 수증기가 순수한 증기로 흡착된 것과 150℃에서 N2 운반체로 흡착된 것을 비교한 결과를 나타냅니다. IsoSORP 구성은 응용 분야와 관계없이 동일한 데이터를 생성합니다.
