1.一种原位在线测定CO2在纯水中溶解度的装置,其特征在于,所述装置包括:共聚焦显微拉曼光谱仪、高压管路、循环管路、第一压力传感器、第二压力传感器、冷热台;
所述共聚焦显微拉曼光谱仪包括共聚焦显微镜、显示器、载物台,所述共聚焦显微拉曼光谱仪设有可切换的样品观测模式和拉曼光路模式:在样品观测模式下共聚焦显微拉曼光谱仪的共聚焦显微镜与DVD实时录像系统连接,实时显微放大样品图像进行观测;在拉曼光路模式下共聚焦显微镜与拉曼激光光谱仪连接,进行激光拉曼光谱测量检测;
所述高压管路中设有N2钢瓶、CO2钢瓶、真空泵、定量泵,所述真空泵与N2钢瓶和CO2钢瓶连接,所述定量泵也与N2钢瓶和CO2钢瓶连接;
所述循环管路中设有相平衡釜、循环泵、石英毛细管,所述相平衡釜、循环泵、石英毛细管连接形成回路;
所述第一压力传感器与所述高压管路中的定量泵连接,所述第二压力传感器与所述循环管路中的相平衡釜连接,所述高压管路中的定量泵与所述循环管路中的相平衡釜连接,所述循环管路中的石英毛细管置于所述冷热台内,所述冷热台固定于所述共聚焦显微拉曼光谱仪的载物台上。
2.如权利要求1所述原位在线测定CO2在纯水中溶解度的装置,其特征在于,所述高压管路中,所述真空泵依次经第三三通阀、第二三通阀、第一三通阀与N2钢瓶和CO2钢瓶连接,所述定量泵依次经第四三通阀、第二三通阀、第一三通阀与N2钢瓶和CO2钢瓶连接;所述第三三通阀还连接有第一二通阀。
3.如权利要求2所述原位在线测定CO2在纯水中溶解度的装置,其特征在于,所述循环管路中,所述循环泵与石英毛细管之间设有第三二通阀,所述相平衡釜与石英毛细管之间设有第四二通阀。
4.如权利要求3所述原位在线测定CO2在纯水中溶解度的装置,其特征在于,所述高压管路中的定量泵依次经第四三通阀、第二二通阀与所述循环管路中的相平衡釜连接。
5.如权利要求4所述原位在线测定CO2在纯水中溶解度的装置,其特征在于,所述第一二通阀、第二二通阀、第三二通阀或第四二通阀为二通的高压针阀;所述第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀或第四三通阀为三通的高压阀。
6.一种基于权利要求5所述的原位在线测定CO2在纯水中溶解度的装置的原位在线测定CO2在纯水中溶解度的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:(1)装置预处理
向循环管路内注入氮气检查装置的气密性,之后将高压管路、循环管路抽真空;
(2)绘制标准曲线
向相平衡釜内注满纯水,利用定量泵加入CO2气体,通过手动加压泵使气体与液体混溶,静置,利用循环泵将相平衡釜中的CO2-H2O体系循环至石英毛细管中,所述石英毛细管上设有一段透明的观测窗口,在共聚焦显微拉曼光谱仪的样品观测模式下,利用共聚焦显微镜观测石英毛细管内CO2-H2O体系的溶解变化,调整冷热台温度到T℃,将共聚焦显微拉曼光谱仪切换至拉曼光路模式,利用拉曼激光光谱仪检测石英毛细管内CO2-H2O体系的拉曼光谱图,并由公式 得到CO2-H2O体系中CO2和水的峰高比,当峰高比恒定时,表示石英毛细管CO2-H2O体系达到反应平衡,记录恒定的峰高比数值;通过定量泵若干次加入CO2,检测并记录CO2梯度浓度下CO2-H2O体系中CO2和水的恒定峰高比数值,以CO2浓度为横坐标,峰高比为纵坐标绘制标准曲线;
所述T℃的范围在30~80℃;
所述CO2梯度浓度的范围在0~1.5mol/kg;
所述公式 中,Ir表示CO2-H2O体系中CO2和水的拉曼峰高比, 为1385cm-1处CO2费米尔双键的峰高,υO-H为2800~3800cm-1处水的O-H伸缩振动峰的峰高;
(3)获取CO2在纯水中的溶解度数据
在相平衡釜内注满纯水,向纯水中加入过量的CO2气体,通过手动加压泵使气体与液体混溶,静置,利用循环泵将相平衡釜中的饱和CO2-H2O体系循环至石英毛细管中,在共聚焦显微拉曼光谱仪的样品观测模式下,利用共聚焦显微镜观测石英毛细管内饱和CO2-H2O体系的溶解变化,调整冷热台温度到T℃,控制手动加压泵调节压力到X MPa,观察饱和CO2-H2O体系内CO2气泡的变化,截取相态变化图,当饱和CO2-H2O体系相态变化不再明显后,将共聚焦显微拉曼光谱仪切换至拉曼光路模式,利用拉曼激光光谱仪检测石英毛细管内不同位置、不同时间点的饱和CO2-H2O体系的拉曼光谱图,确定石英毛细管内的饱和CO2-H2O体系达到反应平衡时,再用拉曼激光光谱仪检测石英毛细管内饱和CO2-H2O体系在T℃、X MPa条件下的拉曼光谱图,并由公式 得到饱和CO2-H2O体系的拉曼峰高比,将所得峰高比代入步骤(2)绘制的标准曲线中,计算出T℃、X Mpa条件下CO2在纯水中的溶解度数据;
所述T℃的范围在30~80℃;
所述X MPa的范围在3~35MPa;
所述公式 的定义与步骤(2)中相同。
7.如权利要求6所述原位在线测定CO2在纯水中溶解度的方法,其特征在于,步骤(1)中,所述向循环管路内注入氮气检查装置的气密性的操作步骤为:调节第一三通阀、第二三通阀和第四三通阀连通N2钢瓶和定量泵,使氮气进入到定量泵后关闭上述3个三通阀,接着调节第四三通阀、第二二通阀、第三二通阀和第四二通阀连通定量泵和循环管路,利用手动加压泵将氮气压入循环管路内,通过第二压力传感器的压力变化判断装置的气密性。
8.如权利要求6所述原位在线测定CO2在纯水中溶解度的方法,其特征在于,步骤(1)中,所述将高压管路、循环管路抽真空的操作步骤为:调节第一二通阀隔绝高压管路、循环管路和外部空气,调节第一三通阀隔绝高压管路、循环管路和N2钢瓶、CO2钢瓶,调节余下的所有二通阀和三通阀使真空泵和高压管路、循环管路连通,利用真空泵抽真空,当第一压力传感器上面的压力显示为零时,调节第三三通阀隔绝真空泵和高压管路、循环管路,最后关掉真空泵。
9.如权利要求6所述原位在线测定CO2在纯水中溶解度的方法,其特征在于,步骤(3)中,所述利用拉曼激光光谱仪检测石英毛细管内不同位置、不同时间点的饱和CO2-H2O体系的拉曼光谱图,确定石英毛细管内的饱和CO2-H2O体系达到反应平衡的操作方法为:用拉曼激光光谱仪照射检测石英毛细管内的样品,在不同位置进行测定,得到不同位置的样品的拉曼光谱图,根据公式 分别计算峰高比,当不同位置的峰高比一致且恒定不再变化后,再检测其中中端位置不同时间点的样品的拉曼光谱图,根据公式分别计算峰高比,当不同时间点的峰高比一致且恒定不再变化后,表示石英毛细管内的饱和CO2-H2O体系达到反应平衡。
10.如权利要求9所述原位在线测定CO2在纯水中溶解度的方法,其特征在于,所述不同位置选取沿石英毛细管长度方向的前端、中端、末端三处;所述不同时间点选取0、10、20、
30、40min这五个时间点。