從環(huán)境氣體中分離提取惰性氣體的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本公開涉及一種從環(huán)境氣體中分離提取惰性氣體的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：除水分裝置；低溫分餾裝置；海綿鈦化學(xué)吸附裝置；氣相色譜分離裝置；惰性氣體收集裝置；和真空裝置。本公開還涉及一種從環(huán)境氣體中分離提取惰性氣體的方法，所述方法包括：除水分步驟；低溫分餾步驟；海綿鈦化學(xué)吸附步驟；氣相色譜分離步驟；和惰性氣體收集步驟。本公開還涉及以上系統(tǒng)和方法用于微升量級氪氣和百毫升量級氬氣的同步分離提取的用途。
【專利說明】從環(huán)境氣體中分離提取惰性氣體的系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及氣體樣品分離、以及惰性氣體提取【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種從少量環(huán)境氣體中高效分離提取其中的微量惰性氣體的系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]從少量環(huán)境氣體(如空氣、地下水和冰芯中溶解氣等)中高效分離提取惰性氣體的系統(tǒng)和方法是一種新型的綜合利用低溫分餾、化學(xué)吸附以及氣相色譜分離等方法提取其中的惰性氣體(氬氣和氪氣)的技術(shù)。通過該方法所提取的氬氣和氪氣樣品，可用于環(huán)境樣品的同位素和示蹤分析等應(yīng)用，例如進行放射性同位素39Ar和81Kr、85Kr測年等。具體為:對于環(huán)境氣體樣品(其主要成份為氮氣、氧氣、甲烷等)，首先除去水分和二氧化碳，然后通過低溫分餾方法實現(xiàn)對氬氣和氪氣的分離，再在高溫下利用海綿鈦進行化學(xué)吸附，除去絕大部分的氮氣、氧氣、甲烷等，實現(xiàn)對氬氣和氪氣的先后富集，最后利用色譜方法對富集后的氪氣進行分離，最終實現(xiàn)氬氣和氪氣的高效提取。
[0003]由于氪氣和IS氣在環(huán)境氣體樣品中的體積分數(shù)一般分別為百萬分之幾和1%水平，應(yīng)用中需要同時從一個環(huán)境氣體樣品中高效分離提取體積含量相差四個量級的兩種稀有氣體難度非常大，尤其樣品總量在數(shù)百毫升到數(shù)十升水平時。目前國際上主要是單一的分離提取氪氣或者氬氣，通常使用的方法為:對于氪氣，一般采用純粹低溫壓縮分餾進行氪氣富集，然后使用氣相色譜分離氪氣([l]Yokochi, R.；Heraty, L.J.；Sturch1, N.C.:Method for Purificat1n of Krypton from Environmental Samples for Analysis ofRad1krypton Isotopes.Analyical Chemistry80 (2008), N0.22,8688-8693)。這種方法最大的缺點就是在純粹低溫壓縮分餾階段，氪氣的損失比較大，使得氪氣的分離效率并不高。對于氬氣，一般采用大劑量氣相色譜分離方法，直接將氣體樣品色譜分離得到氬氣([2]Riedmann,R.A.!Separat1n of Argon from atmospheric air and Measurements Of37Arfor CTBT purposes, University of Bern, Dissertat1n, 2011)。此種方法雖然直接，但是對色譜柱填充以及溫度控制要求極高，而且分離效率以及產(chǎn)物純度并不理想。
[0004]上述兩種方法只能實現(xiàn)對單一的氪氣或者氬氣的分離，過程比較復(fù)雜，效率并不高，對應(yīng)用產(chǎn)生了很大的限制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在本公開的一些實施方案中，涉及一種從環(huán)境氣體中分離提取惰性氣體的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0006]除水分裝置，所述除水分裝置用于除去環(huán)境氣體樣品中的水分和二氧化碳；
[0007]低溫分餾裝置，所述低溫分餾裝置用于裝載來自所述除水分裝置的環(huán)境氣體樣品，并對所述環(huán)境氣體樣品進行低溫分餾，產(chǎn)生包含大部分氬氣的分餾氣體和包含少量氬氣和大部分氪氣的分餾殘余氣體；
[0008]海綿鈦化學(xué)吸附裝置，所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置用于高溫下進行化學(xué)吸附，先后除去所述低溫分餾裝置產(chǎn)生的分餾氣體和分餾殘余氣體中的氮氣、氧氣和甲烷，保留氬氣和氪氣，先后得到氬氣和包含少量氬氣和大部分氪氣的富氪氣體；
[0009]氣相色譜分離裝置，所述氣相色譜分離裝置采用氦載氣對經(jīng)所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置化學(xué)吸附后得到的富氪氣體進行色譜分離；
[0010]惰性氣體收集裝置，所述惰性氣體收集裝置用于收集惰性氣體，將所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置吸附分餾氣體得到的氬氣與所述氣相色譜分離裝置得到的氬氣合并，一起收集；并且，所述氣相色譜分離裝置分離得到氪氣也被送入惰性氣體收集裝置進行收集；和
[0011]真空裝置，所述真空裝置用于產(chǎn)生整個系統(tǒng)所需的真空條件。
[0012]在本公開的一些實施方案中，所述低溫分餾裝置包括:
[0013]活性炭儲氣管，所述活性炭儲氣管裝有活性炭，用于液氮溫度下物理吸附從所述除水分裝置送入的環(huán)境氣體樣品；和/或
[0014]氣體質(zhì)量流量計，所述氣體質(zhì)量流量計用于控制低溫分餾過程中分餾氣體和分餾殘余氣體進入所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置的速度，并分別記錄進入所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置的氣體量。
[0015]在本公開的一些實施方案中，所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置包括:
[0016]海綿鈦，所述海綿鈦用于高溫下進行化學(xué)吸附，先后除去所述低溫分餾裝置送入的分餾氣體和分餾殘余氣體中的氮氣、氧氣、甲烷；和/或
[0017]高溫反應(yīng)管，所述高溫反應(yīng)管用作所述海綿鈦與氣體之間反應(yīng)的容器；和/或
[0018]壓力計，所述壓力計用于監(jiān)視海綿鈦吸附裝置中的氣壓，以判斷所述海綿鈦與分餾氣體之間、所述海綿鈦與分餾殘余氣體之間化學(xué)吸附的進程，判斷化學(xué)吸附的完成時間。
[0019]在本公開的一些實施方案中，所述惰性氣體收集裝置包括:
[0020]氬氣收集管，所述氬氣收集管裝有活性炭，用于液氮溫度下收集經(jīng)所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置化學(xué)吸附分餾氣體得到的氬氣以及經(jīng)所述氣相色譜分離裝置分離得到的氬氣以存儲；和/或
[0021]氪氣收集管，所述氪氣收集管裝有活性炭，用于液氮溫度下收集經(jīng)所述氣相色譜分離裝置分離得到的氪氣以存儲。
[0022]在本公開的一些實施方案中，所述環(huán)境氣體選自空氣、地?zé)釟怏w、地下水溶解氣、地表水溶解氣、海洋水溶解氣和冰芯中溶解氣。
[0023]在本公開的一些實施方案中，涉及一種從環(huán)境氣體中分離提取惰性氣體的方法，所述方法包括:
[0024]除水分步驟，其中用除水分裝置除去環(huán)境氣體樣品中的水分和二氧化碳；
[0025]低溫分餾步驟，其中用活性炭儲氣管在液氮溫度下物理吸附由所述除水分裝置送入的環(huán)境氣體樣品，并對環(huán)境氣體樣品進行低溫分懼，產(chǎn)生包含大部分IS氣的分懼氣體和包含少量氬氣和大部分氪氣的分餾殘余氣體；
[0026]海綿鈦化學(xué)吸附步驟，其中在壓力計的監(jiān)視下，用海綿鈦在高溫反應(yīng)管中進行高溫化學(xué)吸附，除去所述低溫分餾裝置產(chǎn)生的分餾氣體和分餾殘余氣體中的氮氣、氧氣、甲烷，保留氬氣和氪氣，先后得到氬氣和包含少量氬氣和大部分氪氣的富氪氣體；
[0027]氣相色譜分離步驟，其中用進樣環(huán)裝載經(jīng)所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置化學(xué)吸附后得到的富氪氣體，氦載氣吹掃進樣環(huán)中的富氪氣體進入色譜柱，富氪氣體中的氬氣、氮氣和氪氣經(jīng)色譜柱分離，再被氦載氣依次吹掃進入所述惰性氣體收集裝置中進行收集；
[0028]惰性氣體收集步驟，其中將經(jīng)海綿鈦高溫化學(xué)吸附分餾氣體得到的氬氣與氣相色譜分離得到的氬氣合并，一起送入氬氣收集管中收集，并且將氣相色譜分離得到的氪氣送入氪氣收集管中收集。
[0029]在本公開的一些實施方案中，在所述低溫分餾步驟中，用所述低溫分餾裝置中的活性炭儲氣管中所裝有的活性炭在液氮溫度下物理吸附所述除水分裝置送入的環(huán)境氣體樣品；和/或
[0030]在所述海綿鈦化學(xué)吸附步驟中，用所述低溫分餾裝置中的氣體質(zhì)量流量計控制低溫分餾過程中分餾氣體和分餾殘余氣體進入所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置的速度，并分別記錄進入所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置的氣體量；和/或
[0031]在所述海綿鈦化學(xué)吸附步驟中，用所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置中的海綿鈦在高溫下進行化學(xué)吸附，先后除去所述低溫分餾裝置送入的分餾氣體和分餾殘余氣體中的氮氣、氧氣、甲烷；和/或
[0032]在所述海綿鈦化學(xué)吸附步驟中，用所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置中的高溫反應(yīng)管作為海綿鈦與氣體之間反應(yīng)的容器。
[0033]在本公開的一些實施方案中，有效分離并分別富集體積分數(shù)相差四個數(shù)量級的氬氣和氪氣。
[0034]在本公開的一些實施方案中，所述環(huán)境氣體選自空氣、地?zé)釟怏w、地下水溶解氣、地表水溶解氣、海洋水溶解氣和冰芯中溶解氣。
[0035]在本公開的一些實施方案中，涉及本公開中的系統(tǒng)或方法用于微升量級氪氣和百毫升量級氬氣的同步分離提取的用途。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]為了更清楚地說明本公開實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本公開中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0037]圖1為本公開實施例公開的一種從少量環(huán)境氣體(如空氣、地下水和冰芯中溶解氣等)中高效分離提取惰性氣體的系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

【具體實施方式】
[0038]有鑒于此，本公開的一些具體實施方案涉及一種從少量環(huán)境氣體(如空氣、地下水和冰芯中溶解氣等)中高效分離提取惰性氣體的系統(tǒng)和方法，以提高分離提取效率。技術(shù)方案如下:
[0039]本公開的一些具體實施方案涉及一種從少量環(huán)境氣體(如空氣、地下水和冰芯中溶解氣等)中高效分離提取惰性氣體的系統(tǒng)，包括:真空裝置、除水分裝置、低溫分餾裝置、海綿鈦化學(xué)吸附裝置、氣相色譜分離裝置、惰性氣體收集裝置，其中:
[0040]所述除水分裝置用于除去環(huán)境氣體樣品(其主要成份為氮氣、氧氣、甲烷等)中的水分和二氧化碳，隨后環(huán)境氣體樣品被送入所述低溫分餾裝置；
[0041]所述低溫分餾裝置用于裝載環(huán)境氣體樣品，并對環(huán)境氣體樣品進行低溫分餾，產(chǎn)生分餾氣體(包含主要的氬氣)和分餾殘余氣體(包含少量的氬氣和主要的氪氣)，實現(xiàn)對氬氣與氪氣的分離；
[0042]所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置用于高溫下進行化學(xué)吸附，先后除去所述低溫分餾裝置產(chǎn)生的分餾氣體和分餾殘余氣體中的氮氣、氧氣、甲烷等，氬氣和氪氣被保留下來，先后得到IS氣和富氪氣體(包含少量的IS氣和主要的氪氣)，實現(xiàn)對IS氣與氪氣的富集；
[0043]所述氣相色譜分離裝置包括色譜柱、進樣環(huán)和氦載氣，所述進樣環(huán)裝載經(jīng)所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置化學(xué)吸附后得到的富氪氣體，所述氦載氣吹掃進樣環(huán)中的富氪氣體進入所述色譜柱中，富氪氣體中的氬氣、氮氣和氪氣經(jīng)色譜柱分離，再被氦載氣依次吹掃進入所述惰性氣體收集裝置中進行收集，從而實現(xiàn)氪氣的分離；
[0044]所述惰性氣體收集裝置用于收集惰性氣體，將所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置吸附分餾氣體得到的氬氣與所述氣相色譜分離裝置得到的氬氣合并，一起送入惰性氣體收集裝置進行收集，最終存儲；同樣地，所述氣相色譜分離裝置分離得到氪氣也被送入惰性氣體收集裝置進行收集；
[0045]所述真空裝置包括不銹鋼真空管道、真空閥門、真空密封件和真空泵系統(tǒng)，用于產(chǎn)生實驗所需的真空條件。
[0046]在本公開的一些具體實施方案中，所述低溫分餾裝置還包括:
[0047]活性炭儲氣管；
[0048]所述活性炭儲氣管，裝有活性炭，用于液氮溫度下物理吸附所述除水裝置送入的環(huán)境氣體樣品。
[0049]在本公開的一些具體實施方案中，所述低溫分餾裝置還包括:
[0050]氣體質(zhì)量流量計；
[0051]所述氣體質(zhì)量流量計，用于控制低溫分餾過程中分餾氣體和分餾殘余氣體進入所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置的速度，并分別記錄進入所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置的氣體量。
[0052]在本公開的一些具體實施方案中，所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置包括:
[0053]海綿鈦；
[0054]所述海綿鈦，用于高溫下進行化學(xué)吸附，先后除去所述低溫分餾裝置送入的分餾氣體和分餾殘余氣體中的氮氣、氧氣、甲烷等。
[0055]在本公開的一些具體實施方案中，所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置還包括:
[0056]高溫反應(yīng)管；
[0057]所述高溫反應(yīng)管，用于所述海綿鈦與氣體之間反應(yīng)的容器。
[0058]在本公開的一些具體實施方案中，所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置還包括:
[0059]壓力計；
[0060]所述壓力計，用于監(jiān)視海綿鈦吸附裝置中的氣壓，用于判斷所述海綿鈦與分餾氣體之間、所述海綿鈦與分餾殘余氣體之間化學(xué)吸附的進程，判斷化學(xué)吸附的完成時間。
[0061]在本公開的一些具體實施方案中，所述惰性氣體收集裝置包括:
[0062]氬氣收集管；
[0063]所述氬氣收集管，裝有活性炭，用于液氮溫度下收集經(jīng)所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置化學(xué)吸附分餾氣體得到的氬氣以及經(jīng)所述氣相色譜分離裝置分離得到的氬氣，最后存儲。
[0064]在本公開的一些具體實施方案中，所述惰性氣體收集裝置還包括:
[0065]氪氣收集管；
[0066]所述氪氣收集管，裝有活性炭，用于液氮溫度下收集經(jīng)所述氣相色譜分離裝置分離得到的氪氣，最后存儲。
[0067]在本公開的一些具體實施方案中，還涉及一種從少量環(huán)境氣體(如空氣、地下水和冰芯中溶解氣等)中高效分離提取惰性氣體的方法，包括:
[0068]除水分，除水分裝置除去環(huán)境氣體樣品(其主要成份為氮氣、氧氣、甲烷等)中的水分和二氧化碳，隨后環(huán)境氣體樣品被送入所述低溫分餾裝置；
[0069]低溫分餾，活性炭儲氣管液氮溫度下物理吸附所述除水分裝置送入的環(huán)境氣體樣品，并對環(huán)境氣體樣品進行低溫分餾，產(chǎn)生分餾氣體(包含主要的氬氣)和分餾殘余氣體(包含少量的IS氣和主要的氪氣)，實現(xiàn)對IS氣與氪氣的分離；
[0070]海綿鈦化學(xué)吸附，在壓力計的監(jiān)視下，海綿鈦在高溫反應(yīng)管中進行高溫化學(xué)吸附，除去所述低溫分餾裝置產(chǎn)生的分餾氣體和分餾殘余氣體中的氮氣、氧氣、甲烷等，氬氣和氪氣被保留下來，先后得到氬氣和富氪氣體(包含少量的氬氣和主要的氪氣)，實現(xiàn)對氬氣與氪氣的富集；
[0071]氣相色譜分離，進樣環(huán)裝載經(jīng)所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置化學(xué)吸附后得到的富氪氣體，氦載氣吹掃進樣環(huán)中的富氪氣體進入色譜柱，富氪氣體中的氬氣、氮氣和氪氣等成份經(jīng)色譜柱分離，再被氦載氣依次吹掃進入所述惰性氣體收集裝置中進行收集，從而實現(xiàn)氪氣的分離；
[0072]惰性氣體收集，將經(jīng)海綿鈦高溫化學(xué)吸附分餾氣體得到的氬氣與氣相色譜分離得到的氬氣合并，一起送入氬氣收集管中收集，最終存儲；將氣相色譜分離得到的氪氣送入氪氣收集管中收集，最終存儲。
[0073]在本公開的一些具體實施方案中，還包括:
[0074]所述低溫分餾裝置中的活性炭儲氣管，裝有活性炭，用于液氮溫度下物理吸附所述除水裝置送入的環(huán)境氣體樣品。
[0075]在本公開的一些具體實施方案中，還包括:
[0076]所述低溫分餾裝置中的氣體質(zhì)量流量計，用于控制低溫分餾過程中分餾氣體和分餾殘余氣體進入所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置的速度，并分別記錄進入所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置的氣體量。
[0077]在本公開的一些具體實施方案中，還包括:
[0078]所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置中的海綿鈦，用于高溫下進行化學(xué)吸附，先后除去所述低溫分餾裝置送入的分餾氣體和分餾殘余氣體中的氮氣、氧氣、甲烷等。
[0079]在本公開的一些具體實施方案中，還包括:
[0080]所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置中的高溫反應(yīng)管，用于海綿鈦與氣體之間反應(yīng)的容器。
[0081]為使本公開的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本公開作進一步詳細的說明。
[0082]實施例
[0083]請參閱圖1，圖1為本公開實施擬公開一種從少量環(huán)境氣體(如空氣、地下水和冰芯中溶解氣等)中高效分離提取惰性氣體的系統(tǒng)，包括:除水分裝置102、低溫分餾裝置110、海綿鈦化學(xué)吸附裝置120、氣相色譜分離裝置103、惰性氣體收集裝置130和真空裝置101，其中:
[0084]真空裝置101將整個裝置抽真空，將環(huán)境氣體樣品(其主要成份為氮氣、氧氣、甲烷等)通入除水分裝置102除去其中的水分和二氧化碳。
[0085]在液氮溫度下，將環(huán)境氣體樣品送入低溫分餾裝置110中的活性炭儲氣管1101中，在氣體質(zhì)量流量計1102的控制下，活性炭儲氣管1101中的分餾氣體和分餾殘余氣體先后被通入海綿鈦化學(xué)吸附裝置120中，實現(xiàn)氬氣與氪氣的分離。
[0086]海綿鈦化學(xué)吸附裝置120中的海綿鈦1201，在壓力計1203的監(jiān)視下，在高溫反應(yīng)管1202中進行高溫化學(xué)吸附，氬氣和氪氣被保留下來，先后得到氬氣和富氪氣體(包含少量的IS氣和主要的氪氣)，實現(xiàn)IS氣和氪氣的富集。
[0087]將海綿鈦1201高溫吸附產(chǎn)生的富氪氣體送入氣相色譜分離裝置103中，實現(xiàn)氪氣的分離。
[0088]將海綿鈦1201高溫吸附得到的氬氣以及氣相色譜分離裝置103分離得到的氬氣合并，一同送入惰性氣體收集裝置130的氬氣收集管1301中收集，最終存儲；將氣相色譜分離裝置103分離后得到的氪氣送入惰性氣體收集裝置130的氪氣收集管1302中收集，最終存儲。
[0089]發(fā)明人經(jīng)過多次實驗總結(jié)出本公開實施例公開的一種從少量環(huán)境氣體(如空氣、地下水和冰芯中溶解氣等)中高效分離提取惰性氣體的系統(tǒng)的分離效率非常之高，可以簡單快速地從少量環(huán)境氣體中同時高效率地分離提取出微升氪氣和百毫升氬氣，具有極大的應(yīng)用價值和前景。
【權(quán)利要求】
1.一種從環(huán)境氣體中分離提取惰性氣體的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 除水分裝置，所述除水分裝置用于除去環(huán)境氣體樣品中的水分和二氧化碳； 低溫分餾裝置，所述低溫分餾裝置用于裝載來自所述除水分裝置的環(huán)境氣體樣品，并對所述環(huán)境氣體樣品進行低溫分懼，產(chǎn)生包含大部分IS氣的分懼氣體和包含少量IS氣和大部分氪氣的分餾殘余氣體； 海綿鈦化學(xué)吸附裝置，所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置用于高溫下進行化學(xué)吸附，先后除去所述低溫分餾裝置產(chǎn)生的分餾氣體和分餾殘余氣體中的氮氣、氧氣和甲烷，保留氬氣和氪氣，先后得到IS氣和包含少量IS氣和大部分氪氣的富氪氣體； 氣相色譜分離裝置，所述氣相色譜分離裝置采用氦載氣對經(jīng)所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置化學(xué)吸附后得到的富氪氣體進行色譜分離； 惰性氣體收集裝置，所述惰性氣體收集裝置用于收集惰性氣體，將所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置吸附分餾氣體得到的氬氣與所述氣相色譜分離裝置得到的氬氣合并，一起收集；并且，所述氣相色譜分離裝置分離得到氪氣也被送入惰性氣體收集裝置進行收集；和真空裝置，所述真空裝置用于產(chǎn)生整個系統(tǒng)所需的真空條件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從環(huán)境氣體中分離提取惰性氣體的系統(tǒng)，其中所述低溫分餾裝置包括: 活性炭儲氣管，所述活性炭儲氣管裝有活性炭，用于液氮溫度下物理吸附從所述除水分裝置送入的環(huán)境氣體樣品；和/或 氣體質(zhì)量流量計，所述氣體質(zhì)量流量計用于控制低溫分餾過程中分餾氣體和分餾殘余氣體進入所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置的速度，并分別記錄進入所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置的氣體量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從環(huán)境氣體中分離提取惰性氣體的系統(tǒng)，其中所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置包括: 海綿鈦，所述海綿鈦用于高溫下進行化學(xué)吸附，先后除去所述低溫分餾裝置送入的分餾氣體和分餾殘余氣體中的氮氣、氧氣、甲烷；和/或 高溫反應(yīng)管，所述高溫反應(yīng)管用作所述海綿鈦與氣體之間反應(yīng)的容器；和/或壓力計，所述壓力計用于監(jiān)視海綿鈦吸附裝置中的氣壓，以判斷所述海綿鈦與分餾氣體之間、所述海綿鈦與分餾殘余氣體之間化學(xué)吸附的進程，判斷化學(xué)吸附的完成時間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從環(huán)境氣體中分離提取惰性氣體的系統(tǒng)，其中所述惰性氣體收集裝置包括: 氬氣收集管，所述氬氣收集管裝有活性炭，用于液氮溫度下收集經(jīng)所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置化學(xué)吸附分餾氣體得到的氬氣以及經(jīng)所述氣相色譜分離裝置分離得到的氬氣以存儲；和/或 氪氣收集管，所述氪氣收集管裝有活性炭，用于液氮溫度下收集經(jīng)所述氣相色譜分離裝置分離得到的氪氣以存儲。
5.權(quán)利要求1-4中的任一項所述的從環(huán)境氣體中分離提取惰性氣體的系統(tǒng)，其中所述環(huán)境氣體選自空氣、地?zé)釟怏w、地下水溶解氣、地表水溶解氣、海洋水溶解氣和冰芯中溶解氣。
6.—種從環(huán)境氣體中分離提取惰性氣體的方法，所述方法包括: 除水分步驟，其中用除水分裝置除去環(huán)境氣體樣品中的水分和二氧化碳； 低溫分餾步驟，其中用活性炭儲氣管在液氮溫度下物理吸附由所述除水分裝置送入的環(huán)境氣體樣品，并對環(huán)境氣體樣品進行低溫分懼，產(chǎn)生包含大部分IS氣的分懼氣體和包含少量氬氣和大部分氪氣的分餾殘余氣體； 海綿鈦化學(xué)吸附步驟，其中在壓力計的監(jiān)視下，用海綿鈦在高溫反應(yīng)管中進行高溫化學(xué)吸附，除去所述低溫分餾裝置產(chǎn)生的分餾氣體和分餾殘余氣體中的氮氣、氧氣、甲烷，保留氬氣和氪氣，先后得到氬氣和包含少量氬氣和大部分氪氣的富氪氣體； 氣相色譜分離步驟，其中用進樣環(huán)裝載經(jīng)所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置化學(xué)吸附后得到的富氪氣體，氦載氣吹掃進樣環(huán)中的富氪氣體進入色譜柱，富氪氣體中的氬氣、氮氣和氪氣經(jīng)色譜柱分離，再被氦載氣依次吹掃進入所述惰性氣體收集裝置中進行收集； 惰性氣體收集步驟，其中將經(jīng)海綿鈦高溫化學(xué)吸附分餾氣體得到的氬氣與氣相色譜分離得到的気氣合并，一起送入氬氣收集管中收集，并且將氣相色譜分離得到的氪氣送入氪氣收集管中收集。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的從環(huán)境氣體中分離提取惰性氣體的方法，其中: 在所述低溫分餾步驟中，用所述低溫分餾裝置中的活性炭儲氣管中所裝有的活性炭在液氮溫度下物理吸附所述除水分裝置送入的環(huán)境氣體樣品；和/或 在所述海綿鈦化學(xué)吸附步驟中，用所述低溫分餾裝置中的氣體質(zhì)量流量計控制低溫分餾過程中分餾氣體和分餾殘余氣體進入所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置的速度，并分別記錄進入所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置的氣體量；和/或 在所述海綿鈦化學(xué)吸附步驟中，用所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置中的海綿鈦在高溫下進行化學(xué)吸附，先后除去所述低溫分餾裝置送入的分餾氣體和分餾殘余氣體中的氮氣、氧氣、甲燒;和/或 在所述海綿鈦化學(xué)吸附步驟中，用所述海綿鈦化學(xué)吸附裝置中的高溫反應(yīng)管作為海綿鈦與氣體之間反應(yīng)的容器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的從環(huán)境氣體中分離提取惰性氣體的方法，其中有效分離并分別富集體積分數(shù)相差四個數(shù)量級的氬氣和氪氣。
9.權(quán)利要求6-8中的任一項所述的從環(huán)境氣體中分離提取惰性氣體的方法，其中所述環(huán)境氣體選自空氣、地?zé)釟怏w、地下水溶解氣、地表水溶解氣、海洋水溶解氣和冰芯中溶解氣。
10.權(quán)利要求1-5中的任一項所述的系統(tǒng)或權(quán)利要求6-9中的任一項所述的方法用于微升量級氪氣和百毫升量級氬氣的同步分離提取的用途。
【文檔編號】B01D53/00GK104383784SQ201410705017
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】胡水明, 涂樂義 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)