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专利名称：表征固体材料的方法和装置以及确定探针分子的热力学特性的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及表征固体材料的方法和装置。本发明还涉及确定探针分子的热力学特性的方法和设备。本发明关注于表征粉末材料，尤其但非限制性地涉及它们的形态，尤其是它们的粒度(granulom6trie),以及它们的热力学性能,尤其用于热校准它们。这种粉末材料例如被用在各种气体处理应用中，例如用于去污染的目的。
背景技术：
这种特性的确定目前被证明是困难的。如果以确定这种类型的粉末材料的粒度值为例，则现有方法通常基于一系列越来越细的筛的使用，该材料经过所述筛以分选构成其的颗粒。在建立这种类型的材料的热校准的情况下，可求助于热量计。在每种情况下，需要 特定的设备，这些设备的使用常常是棘手和令人厌烦的。因而，DE-A-103 08 741提出在第一阶段中借助于脉冲加热源加热要寻求确定粒度的粉末材料，然后在上述第一阶段之后的第二阶段中測量来自该材料的粒子的冷却通量则可量化这些粒子的尺寸，因为小尺寸的粒子比最粗的粒子冷却得更快。这种方法因而要求相继的加热阶段和测量阶段，这延长了整个持续时间，同时限制了计算的粒度的评价精确性。

发明内容
本发明的目的在于提出更容易且更快速实施的方法和装置，同时能够获得可靠且精确的表征結果。为此，本发明的目的在于表征固体材料的方法，如在权利要求I中所限定的。本发明的目的还在于表征固体材料的装置，如在权利要求14中所限定的。本发明所基于的想法在于以热形式向要表征的粉末材料提供已知值的功率，同时观察这种材料然后作为响应发射的辐射热通量通过建立热平衡，即通过比较带给该材料的能量和在同时排出的能量，可以获得该材料的热损失。这些热损失可用在其中容纳所研究材料的井的壁的存在来解释这是因为，由于该材料与该井的壁之间的接触，所施加的功率的一部分通过在这些壁中的热传导而损失。当更细致地关注于该材料和该井的壁之间的接触界面时，这种考虑具有显著的益处由于该材料的粉末形态，这种接触界面并不对应于连续围绕该材料而延伸的区域，而是由所述壁和该材料的外围颗粒之间的众多小接触区域构成。其结果在于通过使用(尤其是利用红外热成象法(thermographie))经受上述预定功率的粉末材料的《热响应》，则能够可靠且精确地确定(典型地通过合适的计算)这种粉末材料的相关表征，这考虑了其形态。在这方面的实例在下文提供。在此要强调的是，在本发明的含义中，“粉末材料”的概念并不是指先前存在的关于粉末的严格分类。相反，本发明通常应用于这样的材料，该材料具有细分的或者多孔的固体结构，与在其中放置该材料的井的壁建立粒状接触界面。在实践中，本发明特别易于实施。尤其是不需要筛滤也不需要密封封闭要表征的材料。此外，此材料的热响应的測量通过在与材料加热同时的材料的直接观察而实现，所述材料的加热通过施加预定的功率来进行。因而可以理解，相应的操纵时间是短的，并且可快速地连续进行这在某种程度上可被称作《高流量(c^bit)》表征。本发明的实施因而被证明是经济的，这尤其是因为少量的材料对于获取可靠且重要的数据来说是足够的，这考虑了所获得的热响应的精确性和与这些热响应有关的测量的性能。典型地，如此表征的材料的质量小于lOOmg。正如随后更详细呈现的，本发明使得能够确定该粉末材料的形态特性，尤其是其粒度及其细屑比率(taux de fines)。本发明还使得能够建议该材料的热校准,尤其是为了使用其以用于确定g在吸附在该材料上的气体探针分子的热力学特性，例如焓。因而，根据本发明的方法和装置的有利的另外特征，単独的或者按照所有可能的技术组合，在从属权利要求2-10和15-17中说明。 本发明的目的还在于确定探针分子的热力学特性的方法，如在权利要求11中所限定的。这种确定方法的有利特征在从属权利要求12和13中说明。本发明的目的还在于确定探针分子的热力学特性的设备，如在权利要求18中所限定的。


在阅读了以非限制性说明的方式给出并且參考了附图的以下说明将更好地理解本发明。-图I是根据本发明的表征装置的图；-图2是根据本发明的确定设备的图；-图3的图显示了在本发明第一实施例范围内实现的具有不同粒度的相同材料的三个样品的温度測量结果随功率的变化；-图4的图显示了在本发明第二实施例范围内实现的具有不同细屑比率的相同材料的多个样品的温度測量结果随功率的变化；-图5的图显示了对于第二实施例的不同样品的功率/温度比率；-图6的图显示了在本发明第三实施例范围内实现的材料的温度測量结果随时间的变化；并且-图7的图显示了图6的一部分測量结果与流量之间的相关性，并且这是针对此流量的多个值来说的。
具体实施例方式在图I中示意性示出的根据本发明的装置I包括框(bloc) 2，在其中界定出井(puits)4。井4在其端部之一向外部自由开放,通向框2的面2A。在其相对端,井4由底部4A封闭。在实践中，框2以各种形式和材料制成。在所示的实例中，这种框2用不锈钢连在一起而制成。井4适合于在内部容纳要表征的材料M，所述材料M以粉末或者类似的形式提供并且置于该井的底部4A上，其中插入加热电阻器6。这种加热电阻器6因而至少部分地覆盖了井4的底部4A，以便其自身基本上均匀地被材料M覆盖，正如在图I中所示出的。作为实例，加热电阻器6由锡线构成，所述锡线在井4的底部4A上沿着弯曲线延伸。加热电阻器6电连接到可调节电压发生器8。在工作时，利用发生器8的电阻器6的供电使得能够向材料M施加可调节的预定功率P，其对应于由该电阻器所消耗的功率并且其加热材料M。装置I还包括红外成像仪10，其物镜12面向框2的面2A而放置。当然，此成像仪也可被定位为使得其光轴垂直于该框的面2A :在这种情况下，热成象法的測量通过在此面2A上以45°定位的镜子确保，使得热辐射向着该成像仪的方向反射。这种配置使得能够在排放可能损害其完整性的侵害性物流的情况下保护该成像仪。
成像仪10适合用于检测在红外区中的辐射，特别是对应于7. 5-13 μ m的光谱区，并且适合用于由这些辐射产生图像。作为实例，成像仪10是由FLIR Systems公司以标号((ThermoVision A20M》销售的成像仪,其输出信号通过软件《ThermaCAM Researcher》(注册商标)处理。在工作吋，由成像仪10产生的图像被送到未示出的计算机处理装置，该计算机处理装置能够确定表示发射由该成像仪检测的辐射的物体的温度的值。更特别地，为了借助于成像仪10获取绝对温度值，需要被观察的物体的发射率通过合适的辐射校准而预先获知或測量。在实践中，获知绝对温度值并不是必需的，如果测量的数据通过将它们彼此比较进行处理的话，正如就在下文中所解释的。在相同的意义下，还可以以灰度级使用成像仪的信号。因而，除了井4之外，框2界定出与上述井4相同的井4’，唯一的区别在于此井没有类似于加热电阻器6的电阻器。从以下涉及装置I的一般运行而提供的解释将更清楚这种井4’的优点。在实践中，这种井4’可被界定在框2中，就如图I中所不，或者井4和4’可通过同样且分开的小框或类似物的分别界定而个体化。在这后ー种情况下，充填以及必要时的井的更换变得容易。借助于发生器8的合适控制，通过向材料M施加预定的功率P，电阻器6加热置于井4的底部4A中的该材料。材料M的颗粒则一起发射辐射热通量，正如在图I中以箭头F所指示的。此热通量F由成像仪10检测并且由与此成像仪相连的计算机处理装置使用，以确定表示通过所提供的功率P加热材料而产生的材料M的温度的值。热通量F代表热能，该热能并不对应于由加热电阻器6传送到材料M的全部能量这是因为，材料M由干与井4的壁(尤其是与该井的侧壁下端部分和底部4A的壁)的热传导而损失热量。更特别地，如此由于材料M的热传导损失的能量直接与这种材料的粉末形态有关这是因为要理解的是，材料M越细分，这种材料的颗粒与井4的壁之间的接触界面总和越高，相应地增强了由干与这些壁的传导的热损失。在这种上下文中，热通量F具有显著的益处，因为通过获知施加到材料M的功率P的值，则可以表征材料M的粉末形态，正如下文由实施例1、2和3所示出的。有利地，通过成像仪10的热通量F的測量在通过停止发生器8突然切断功率P的施加之后继续。以此方式，来自材料M的热辐射从稳定模式的通量F到达瞬态模式的通量f，这与停止从材料M的中心区的热传播有关，其中功率P主要地甚至完全地向着井4的壁施加，尤其是向着此井的侧壁施加。象针对热通量F—祥，此热通量f使得能够推断与材料M的粉末形态有关的材料M的表征，正如以下的实施例3所示出的。有利地，在使用装置I的过程中，井4成对地与井4’联合。以此方式，设定井4和4’包含相同量的粉末材料M，来自井4的热通量F或f的測量结果与来自井4’的类似热通量F’或f’的测量结果之间的差别可被计算，以获取关于未受该装置的发射率和/或測量过程中的条件的热波动影响的该材料M的热数据。换句话说，井4’被用作与涉及井4的热测量对比的參考。
针对井4或者井4和4’对刚刚描述的内容可同时地或者依序地针对多个类似井或者井对而进行，所述井要么在框2中界定，要么是个体化的而未整合到同一个框中，正如针对井4和4’以上提及的。因而可以显著地提高井的总数并且因此提高要表征的材料的样品数目。当然，成像仪12则具有足够的空间分辨率以用于区分来自这些不同井的各自的热通量，以分别地使用与这些通量中的每ー个对应的数据。在实践中，在井4和4’中存在的材料M的量是小的它典型地小于lOOmg。此外，装置I有利地通过控制界面如《Labview》界面被控制。这种控制界面尤其控制发生器8。装置I以及实施其的方法可被应用于各种材料M。无机的材料M的优选清单如下氧化铝、ニ氧化硅、沸石、铝硅酸盐材料、稀土元素(铈、镧、镨、锆等，単独的或者混合的形式)氧化物，以及载有至少ー种选自金、钼、钯等的贵金属的上述材料之一。材料M还可以是有机的，只要它具有适合于本发明的形态特征(细分和/或具有大孔隙率的固体)它则尤其由聚合物如聚胺、聚磷腈和含磷衍生物构成，或者由具有低摩尔质量的有机分子构成。当然，甚至可能表征杂化固体材料，也即同时具有无机和有机的化学官能。装置I和实施其的方法使得能够尤其表征材料M的形态，尤其是其粒度，正如以下实施例I所示出的，以及其细屑比率，正如以下实施例2中所示出的。通过本发明的另ー种可能的表征涉及材料M的热校准，以使用这种材料用于确定气体探针分子的热力学特性，如在以下实施例3中所示出的，借助于图2的设备20的有利使用，这在下文中将更详细地描述。设备20包括框22，其类似于框2，并且在其中界定井24和24’，它们分别类似于井4和4’。尤其是，井24与类似于电阻器6的加热电阻器26连接并且与类似于发生器8的电发生器28连接。此外，设备20包括与成像仪10类似的红外成像仪30。相对于框2，框22具有另外的便利性。每个井24、24’的底部24A、24’A通过在该框中界定的管道34连接到该框的面22B，所述面22B与该井通到其的面22A相対。此外，烧结元件36延伸经过井24、24’中的每个管道34的ロ，同时置于此井的底部24A、24’ A上并且因而形成对于粉末材料M的支撑体。烧结元件36具有选择的孔隙率，以使得一方面该元件机械支撑粉末材料M而粉末材料M不会渗入该烧结元件的孔中，并且另ー方面该元件不是气密性的，即这种元件能够被气体流贯穿。典型地，烧结元件36的孔具有微米级的尺寸。而且，任选地(未示出)，框22是恒温的，也即其运行温度可借助于恒温器被施以可调节的值。这种温度调节在此框的所有井具有共同工作温度的情况下也可应用于整个框22上，或者各个地施加到每个井上。在实践中，相应的温度调节装置可采取各种形式，如电加热箱或者载热流体的循环线路，它们被整合到框22的厚度中。设备20还包括用于管道34的气体供应线路40。更特别地，此线路40包括气体进ロ 42，其分别供应管道34，以分别通向井24和24’的底部24A、24，A。每个进ロ 42配有电动阀门44或类似装置，能够控制在相应进ロ 42中循环的气体的流量。在它们的电动阀门44的上游，进ロ 42供应有包含具有一定浓度的探针分子S的气体混合物G。在实践中，气体混合物G以各种方式获得。第一种解决方案在于具有可直接连接到线路40的进ロ的这种混合物的源。另ー种解决方案如图2所示在于从向产生探针分子S的单元48供料的运载气体V的源46产生气体混合物G。有利地，线路40使得能够以与气体混合物G交替的方式供应无探针分子S的气体给进ロ 42。在所示的实例中 ，运载气体V的源46可被用于此目的，使用在电动阀门44的上游布置的多路阀50并且一方面供应来自单元48的气体混合物并且另一方面由源46直接供应。在进ー步的描述之前，在以下的实施例3的范围内，设备20的特定使用、其一般运行在下文被描述。在第一阶段中，设备20以与如上所述的装置I相同的方式被使用。正如在前面所提及并且在以下的实施例3中更详细示出的，此第一阶段的使用尤其使得能够热校准在井24和24’中存在的材料M。在此操作的第一阶段结束时，加热电阻器26的存在对于继续运行不再是有益的，因此它可以在必要时被取出。在第二阶段中，气体混合物G利用相连的电动阀门44的合适控制通过经过相应进ロ 42而供应给井24的底部24A。在贯穿烧结元件36之后，此气体混合物G到达粉末材料M并且在粉末材料M的厚度中前迸，这通过流入到这种材料的颗粒之间的自由空间直到其完全穿过该材料来进行。换句话说，在井24的内部实现材料M的气体渗滤(percolation)。在气体混合物G中包含的探针分子S然后与材料M的颗粒相互作用这种相互作用可根据情况是物理、化学或者物理化学性质的。在每种情况下，关注的是与这种相互作用有关的热现象。换句话说，取决于这种相互作用是放热还是吸热的，粉末材料M的颗粒一起从它们的表面发射辐射热通量，正如图2中的箭头φ所示出的。此热通量φ由成像仪30检测并且然后由与此成像仪连接的计算机处理装置使用，以确定表示由材料M与探针分子S的相互作用产生的材料M的表面温度的值在此上下文中，热通量Φ具有显著的质量，其一方面相关于该材料的颗粒和包含探针分子S的混合物G之间的渗滤的紧密接触，并且另一方面相关于通过其中《浸有》材料M的渗滤的气体相的该材料和这些探针分子之间的相互作用的热隔离。就象针对装置I 一祥，在设备20的井24中存在的材料M的量是小的它典型地小于lOOmg。此外要理解的是，在进ロ 42中的气体混合物G的流量要选择得足够低以获得所寻求的渗滤效果，尤其是避免这种气体混合物会扬起或者移动位于井24的底部24A并且持久地保持彼此接触的材料M的颗粒进ロ 42的气体流量典型地小于100ml/min，甚至为10-70ml/min。有利地，烧结元件36參与气体混合物G流就在其到达并且经过材料M之前的流动的均化。实际上，由于井24的小尺寸，尤其是管道34的小尺寸(其直径为毫米级)，气体混合物G的流动是层流模式的并且集中于井24中的管道34的ロ 烧结元件36允许在气体混合物流中产生湍流并且还允许气体混合物在朝向此烧结元件的材料M的一侧上的散布。换句话说，烧结元件36《破坏》进入井24中的气体混合物G流，同时在材料M处在该井的整个直径上均化该流。在实践中，在使用设备20时，井24有利地以成对的形式与井24’相连，以使得封闭进入此井24’的气体混合物G的入口，这借助于相连的电动阀门44的相应控制来进行。因而，通过来自井24的通量φ的測量结果与来自井24’的通量ザ的测量结果之间的差，可获得热数据，其不受该设备的发射率和/或外部环境的热波动的影响，正如上文针对来自井4和4’的通量F和F’所解释的。在必要时，框22的热调节在设备20的使用过程中是起作用的当气体混合物G以渗滤的方式流过材料M时，此材料的总体温度被置于调节的值，要理解，由材料M和探针分子S之间的相互作用所产生的表面热现象叠加在如此调节的材料的总温度上。在实践中，这种热调节可随时间是静态的，或者是动态的，这要么以坡度(rampe)来进行，要么以相继的平台(paliers)来进行。当然，设备20有利地通过与针对装置I所描述的类似的控制界面进行控制。此控制界面控制线路40，尤其是电动阀门44，并且在必要时的用于产生探针分子S的単元48和用于框22的热调节的恒温器。设备20以及实施其的方法可被应用于各种材料M/探针分子S对，以确定此探针分子S的热力学表征，尤其是为了确定这种探针分子的蒸发焓，如以下实施例3中所示。在实践中，材料M优选选自以上关于装置I时限定的清単，而探针分子S优选选自烃，烟灰，挥发性有机化合物，尤其是异丙醇，ー氧化碳，ニ氧化碳，羧酸，烷烃，炔烃，烯烃，醇，芳族化合物，硫醇，酷，酮，醛，酰胺，胺，N-丙基胺，尤其是异丙基胺，氨，卢剔啶，吡啶，氢，氟，氖，腈，喹啉以及它们中至少ー些的混合物。而且,运载气体V的优选清单如下空气,氮气,氧气,氩气,氦气以及它们中至少ー些的混合物。现在将描述本发明的三个实施例，尤其是使用装置I或者设备20。 实施例I :本实施例涉及ニ氧化硅的表征，涉及它们的粒度。使用三种ニ氧化硅，它们的粒度具有彼此不同的各自值。对于三种ニ氧化硅中的每ー种来说，在装置I的框2的井4和井4’中放置相同质量的粉末，例如20mg。对于分别包含三种上述ニ氧化硅的三对井4和4’中的每ー对来说，向井4的电阻器6供电，而在同吋，由每对的井4和4’发射的辐射热通量F和F’借助于成像仪10測量。对于上述每对的井4和4’的各自热测量结果的差值(AT)在图3中绘出，要理解的是，这个热差值一旦其值随时间稳定就进行测量因而，在标记为Pl的功率P的第一值下，图3显示三个点P3. 11、P3. 21和P3. 31，它们分别对应于与所用三种ニ氧化硅中的每ー种有关的热测量。通过改变施加到三个井4的功率值进行同样的测量利用功率值P2进行ー个新系列的測量(点P3. 12、P3. 22和P3. 32)，以及利用功率值P3进行另一系列的測量(点P3. 13、P3. 23 和 P3. 33)。
考虑到点P3. 11、Ρ3· 12和Ρ3· 13的几乎完美地排成直线，点Ρ3. 21、Ρ3. 22和Ρ3. 23的几乎完美地排成直线，以及Ρ3. 31、Ρ3. 32和Ρ3. 33的几乎完美地排成直线，可以得出的结论是，施加到ニ氧化硅颗粒的功率与取决于ニ氧化硅粒度作为响应发射的热通量之间的相关性的直接关连性。尤其是，基本上经过点Ρ3. 11、Ρ3. 12和Ρ3. 13的直线C3. I所具有的斜率值小于基本上经过点Ρ3. 21、Ρ3. 22和Ρ3. 23的直线C2的斜率值，而基本上经过点Ρ3. 21、Ρ3. 22和Ρ3. 23的直线C2所具有的斜率值小于基本上经过点Ρ3. 31、Ρ3. 32和Ρ3. 33的直线C3的斜率值。这些观察结果在以下的事实方面是一致的与直线C3. I相关的ニ氧化硅的粒度所具有的值小于与直线C3. 2相关的ニ氧化硅的粒度值，而与直线C3. 2相关的ニ氧化硅的粒度所具有的值小于与直线C3. 3相关的ニ氧化硅的粒度值。更进一歩地，借助于考虑了在装置I的井中放置的材料M的质量的影响以及所用材料的表观密度的影响的预先校准，本发明人建立了用于计算材料M的粒度的模型。此模型通过以下的方程式表示粒度=Κ1+Κ2*质量+Κ3*表观密度，
其中Kl是与通过以与上述直线C3. 1、C3. 2和C3. 3的类似方式測量而获得的直线的斜率对应的參数，并且其中K2和K3是通过上述校准建议的数值常数。实施例2 实施例2关注于ニ氧化硅的表征，涉及其细屑比率。使用粒状的ニ氧化硅，对于其来说当ニ氧化硅颗粒经受机械搅拌时寻求量化和评价机械强度。为此，制备这种ニ氧化硅的五个批料-批料I对应于处于其原始可获得状态的ニ氧化硅，即这种ニ氧化硅没有经历强制搅拌；-批料II对应于批料I在利用干超声浴搅拌30分钟后的ニ氧化硅；-批料111对应于批料I在经由强カ涡流机械搅拌了30分钟的ニ氧化硅；-批料IV对应于批料I在经由强力涡流机械搅拌了3分钟的ニ氧化硅；并且-批料V对应于批料I在利用超声浴搅拌了2分钟并且在随后通过在80°C下蒸发的异丙醇中分散之前的ニ氧化硅。在批料I至V的每个批料中，一方面取样20mg的材料，置于装置I的井4中，另ー方面取样的20mg的材料，置于井4’中。借助于成像仪12，针对每个批料I、II、III、IV和V測量由井4和4’发射的辐射热通量F和F’，并且这针对施加于井4的材料的功率P的不同值。測量结果绘于图4中在此图中所示的每个点具有作为纵坐标的所施加功率的值之一，以及作为横坐标的对于井4和4’的各自热测量结果的差(AT)。象实施例I 一祥，对于每个ニ氧化硅批料I、II、III、IV、V获得的实验点基本上排列成一行，同时由此限定分别标记为 C4. I、C4. 2、C4. 3、C4. 4 和 C4. 5 的直线。图4清楚地显示出，当強制机械搅拌针对所用ニ氧化硅进行吋，随着施加的功率P的增加，热数据AT向着较小的值移动与批料I的ニ氧化硅的情况相比，在所施加的功率提高的过程中Λ T的这种降低通过在批料II、III、IV和V中细屑的越来越显著地存在来解释。这是因为，这些细屑的存在增加了井4的壁与ニ氧化硅的颗粒之间的接触点由于与该井的壁的热传导而导致的损失因而变得更为显著，并且因此通过成像仪10检测的热数据Λ T更小。
在图5中绘制施加到该材料的功率与热数据Λ T之间的比率P/ Δ Τ，并且这是针对所试验的不同批料I至V的可以清楚地观察到，与批料II相比，批料V的制备导致ニ氧化
硅的显著变化。还可评价相比于批料I的每个批料内细屑的相对比例在图5中，如此计算的相对百分数垂直写在分别与批料II至V相关的线之上。实施例3 本实施例涉及在ニ氧化硅上的异丙醇吸附焓的确定。它借助于设备20来实施。在第一阶段中，将评价除了完全由于异丙醇分子在ニ氧化硅上的吸附所导致的热 现象之外可能会发生的所有热损失。换句话说，在此操作的第一阶段中，表征所用ニ氧化硅以建立其热校准。热损失的第一个原因涉及由干与井24的壁的传导所导致的损失。借助干与如上针对实施例I和2所述相同的操作，可以确定施加到ニ氧化硅的功率P与对应于井24和24’的各自热响应的差的热数据Λ T之间的相关性系数。热损失的第二个原因涉及由于自然对流所导致的损失，这归因于ニ氧化硅与就在该ニ氧化硅之上的环境空气的接触。但是，考虑到井24的小尺寸，本发明人观察到这些由于自然对流所导致的损失相比于传导损失是可以忽略的，这尤其是因为以下的事实ニ氧化硅与该井的壁之间的接触界面与ニ氧化硅与环境空气之间的接触界面相比是更为显著延伸的。热损失的第三个原因涉及由于ニ氧化硅的热扩散性所导致的损失。这个方面应当被考虑到，因为当关注于在第二操作阶段时异丙醇在ニ氧化硅上的吸附时，可有益地考虑以下的事实此吸附并不是以严格均匀的方式在整个ニ氧化硅中发生的，而是在井24的中心区域中开始，然后传播到该ニ氧化硅的剩余部分中，尤其是向着该井的侧壁的方向。为了评价此扩散性，借助于设备20，预定的功率P被施加到ニ氧化硅上，然后突然切断这种功率的施加向着井24的壁的热传播的停止然后借助于成像仪40随时间进行测量。通过重新进行针对功率P的不同值的这种操作，推断出表示由于ニ氧化硅的热分散率导致的损失的系数。在第二操作阶段中，借助于设备20进行异丙醇在ニ氧化硅上的吸附和解吸附循环。因而，图6显示出吸附和解吸附的循环-在第一个两千秒的过程中，向井24供应纯氮气，以《清洁》该ニ氧化硅，尤其是通过解吸附预先存在的水分子来进行，这解释了在图6中标为C6. I的冷却；-然后，在大约两百秒的过程中，包含氮气和异丙醇分子的气体混合物G循环经过该ニ氧化硅；异丙醇分子则被吸附到这种材料的颗粒的表面上并且观察到放热现象，正如在图6中标记为C6. 2的峰所示出的；-然后，在大约八百秒的过程中，中断包含异丙醇的混合物的循环，以便向井24只提供氮气；观察到预先吸附的异丙醇分子的解吸附，其由冷却峰C6. 3表示；-然后重复六次刚刚描述的吸附然后解吸附循环，同时因而相继观察到放热峰C6. 4和吸热峰C6. 5，然后再次是放热峰C6. 6和吸热峰C6. 7，如此等等，直到吸热峰C6. 15 ；并且-最后，在最后阶段中，在井24中气体进入被完全中断；但是观察到加热C6.16，这通过在周围环境中存在的水分子的吸附来解释。图6的热分布(piOfil)针对气体混合物G的不同流量来获得，并且对于试验的流量中的姆一个来说，记录对于五个放热峰C6. 6、C6. 8、C6. 10、C6. 12和C6. 14测量的面积的平均值，并且另一方面记录对于五个上述吸附峰的热数据AT的最大值。则可以评价与在ニ氧化硅上的异丙醇分子的吸附现象对应的热通量φ的功率，条件是测量的数据△!'利用在第一操作阶段过程中计算的热损失的两个系数来校正。图7显示出如此计算的热通量Ψ (以W表示)的功率随气体混合物G的流量(mol/s)之间的相关性所获得的直线C7的斜率(coeffici ent directeur)对应于异丙醇的蒸发焓的实验值(J/mol)。这个实验结果通过科学文献提供的值得到強化。
权利要求
1.表征固体材料的方法，其中 -将粉末形式的要表征的材料(M)置于井(4 ；24)中； -在通过向材料(M)施加预定功率⑵加热材料(M)的过程中，測量由该材料发射的第一辐射热通量(F)，并且 -从涉及第一辐射热通量(F)的測量结果推断材料(M)的第一表征，其与这种材料经由与井(4 ；24)的壁的热传导损失的热量有夫。
2.权利要求I的方法，其特征在于，借助于电阻器(6；26)加热材料(M)，所述电阻器(6 ；26)与该材料接触并且其消耗预定功率(P)。
3.权利要求I或2之一的方法，其特征在于，在加热材料(M)之后，中断预定功率(P)的施加，然后测量由材料(M)发射的第二辐射热通量(f)，并且从涉及第ニ辐射热通量(f)的測量结果推断该材料的第二表征，其与这种材料经由从该材料的中心区域向着井(4 ；24)的壁的热扩散性损失的热量有夫。
4.上述权利要求任ー项的方法,其特征在于,为了推断材料(M)的第一和/或第二表征，将涉及在施加预定功率(P)的过程中和/或之后由该材料发射的第一和/或第二辐射热通量(F，f)的測量结果与參考测量结果进行比较，所述參考测量结果通过测量不经过预定功率的施加由同样材料发射的辐射热通量(F’，f’ )而获得。
5.上述权利要求任ー项的方法，其特征在于，通过红外热成象法測量该ー个或多个辐射热通量(F，f，F’，f’)。
6.上述权利要求任ー项的方法,其特征在于,推断的第一表征与材料(M)的粉末形态有关。
7.权利要求6的方法，其特征在于，推断的形态表征在于材料(M)的粒度的值。
8.权利要求6的方法，其特征在于，推断的形态表征在于材料(M)的细屑比率。
9.上述权利要求任ー项的方法,其特征在于,推断的第一表征和/或推断的第二表征与材料(M)的热校准有夫。
10.上述权利要求任ー项的方法，其特征在于，要表征的材料(M)选自氧化铝，ニ氧化硅，沸石，铝硅酸盐材料，稀土元素氧化物，尤其是铈、镧、镨和/或锆的氧化物，载有至少ー种尤其选自金、钼和/或钯的贵金属的上述材料之一，聚合物，尤其是聚胺，聚磷腈和含磷衍生物，有机分子，以及它们中至少ー些的混合物。
11.确定探针分子的热力学特性的方法，其中 -获取包含探针分子(S)的气体混合物(G)，所述探针分子(S)可尤其通过吸附与粉末形式的固体材料(M)相互作用， -根据上述权利要求任ー项的表征方法表征材料(M), -在使气体混合物(G)以渗滤方式流过材料(M)的过程中，測量由该材料发射的第三辐射热通量(φ)，并且 -一方面从材料(M)的推断的第一表征以及必要时的推断的第二表征,并且另一方面从涉及第三辐射热通量(φ)的測量结果，推断探针分子(S)的至少ー个热力学特性。
12.权利要求11的方法，其特征在于，该推断的热力学特性是探针分子(S)的蒸发焓。
13.权利要求11或12之一的方法，其特征在于探针分子(S)选自烃，烟灰，挥发性有机化合物，尤其是异丙醇，ー氧化碳，ニ氧化碳，羧酸，烷烃，炔烃，烯烃，醇，芳族化合物，硫醇，酷，酮，醛，酰胺，胺，N-丙基胺，尤其是异丙基胺，氨，卢剔啶，吡啶，氢，氟，氖，臆，喹啉以及它们中至少ー些的混合物。
14.表征固体材料的装置(I)，包括 -至少ー个井(4 ;24),其适合于在其底部(4A ;24A)上容纳粉末形式的要表征的材料(M)， -对于所述井或者这些井的至少之ー来说，通过施加预定功率(P)加热材料(M)的元件(6 ;26)，其被置于该井的底部(4A ；24A)，以便通过被这种材料覆盖而与该材料接触，并且-測量由材料(M)发射的辐射热通量(F，f，F’，f’ )的装置(10 ;30)，这些测量装置适 合用于观察向外部的ー个或多个井(4;24)的ロ。
15.权利要求14的装置，其特征在于加热元件是由提供预定功率(P)的发生器(8；28)供电的电阻器(6 ；26) ο
16.权利要求14或15之一的装置，其特征在于该测量装置包括红外成像仪(10；30)。
17.权利要求14-16之一的装置，其特征在于以相邻方式布置的多个分开的井(4，4’；24，24’)，以便全部通过测量装置(10 ；30)观察。
18.确定探针分子的热力学特性的设备(20)，包括 -根据权利要求14-17任ー项的表征装置，以及 -对于此表征装置的所述井或者该井(24)的至少之一，包含探针分子(S)的气体混合物(G)的进ロ(42)，所述探针分子⑶可尤其通过吸附与材料(M)相互作用，此进ロ通到该井的底部(24A)。
全文摘要
本发明在于通过使其更易于实施并且同时获得可靠且精确的结果来改进固体材料的表征。根据本发明的方法将粉末形式的要表征的材料(M)置于井(4)中；在通过施加预定功率(P)加热材料(M)的过程中，测量由该材料发射的辐射热通量(F)；并且从涉及辐射热通量(F)的测量结果推断材料(M)的表征，其与这种材料经由与井(4)的壁的热传导损失的热量有关。
文档编号G01N25/18GK102725628SQ201080062411
公开日2012年10月10日 申请日期2010年12月8日 优先权日2009年12月8日
发明者B·帕瓦若, J·若利 申请人:罗地亚管理公司