기체 가스 흡착탈착 분석기 소개 ; 정밀하게 고압 고온 저온 환경 제어.
스위스 KEP 그룹 SETARAM사 공급, 모델 GASPRO는, 에너지 및 환경분야에서 수소, 이산화탄소, 메탄(CH4), 질소, 아르곤 ,헬륨, 네온 등 다양한 기체 가스의 흡착 분석기 이고, 전세계에서 가장 많이 사용되는 가스 흡착탈착 분석기 입니다.
모델 GASPRO는 고압 환경에서 기체가스 흡착 현상을 분석하기 위해 설계된 자동화 장비입니다.
이 장비는 고체나 액체 시료 샘플에(주로 고체 샘플) 점점 압력을 높이거나 낮추며 가스 혹은 기체를 주입할 수 있고, 이때 압력 변화를 정밀하게 측정하여 샘플 시료가 흡수하거나 방출한 가스 기체의 양을 계산할 수 있습니다. (Sievert’s method). 이 기술을 통해 흡착, 흡수, 탈착 과정들을 상세히 분석할 수 있습니다.
Sievert 시스템이란?
시베르츠 시스템은 **부피 측정법(volumetric method)**을 사용해 기체의 흡착 및 탈착량을 측정하는 방식입니다. 이 방법의 핵심 원리는 다음과 같습니다.
- 초기 상태: 알려진 부피와 압력을 가진 가스 저장 용기에 기체를 채웁니다.
- 주입: 이 용기의 밸브를 열어 샘플이 들어 있는 챔버로 일정량의 기체를 주입합니다.
- 압력 변화 측정: 샘플이 기체를 흡수하면 챔버 내의 압력이 감소합니다. 이 압력 변화량을 정밀하게 측정하여 샘플에 흡수된 기체의 양을 계산합니다.
- 반복: 이러한 과정을 반복적으로 진행하여 다양한 압력에서의 기체 흡착량을 측정하고, 이를 통해 **압력-조성 등온선(PCT: Pressure-Composition-Temperature)**을 얻게 됩니다
모델 GASPRO에는 고성능 고압 밸브, 고정밀 센서, 정밀 압력 조절기 등 최고의 기술이 적용되어 있어, 매우 정확하고 신뢰성 높은 성능을 제공합니다.
이러한 특성 덕분에 GASPRO는 정밀한 기체 흡착 분석이 필요한 연구 및 산업 분야에서 꼭 필요한 측정 분석기 입니다.
또한, 열량계나 마이크로열량계와 함께 연동해서 사용할 수도 있습니다.
이 장비는 미세 열량계와의 연동을 고려한 설계로, **기체 흡착양과 발열량(열유속)**을 동시에 분석할 수 있습니다. 이를 통해 일반적인 Van’t Hoff 방식처럼 간접 계산이 아닌, 직접적인 열역학적 특성 측정이 가능합니다.
특히 흡착열(Heat of Sorption)을 정량 분석함으로써, 기체와 고체 사이의 상호작용 강도를 파악하고, 표면 특성을 보다 정확하게 평가할 수 있습니다.
가스 흡착/탈착/반응 분석이 모두 가능한 이유 ;
정밀 압력 제어 시스템
- PID 기반 압력 조절 기능으로 흡착 등온곡선과 탈착 곡선 모두를 정밀 제어 가능.
고온-저온 온도 조절
- –260°C ~ 500°C의 온도 범위를 통해 저온 흡착과 고온 탈착 분석을 흡착->탈착->흡착->탈착…연속적으로 수행 가능.
시간에 따른 압력 변화 추적
- 시간·압력 데이터를 기반으로 흡착/탈착 속도 및 평형 상태를 계산.
사이클 반복 실험 (Cycle life)
- 같은 시료에 대해 흡착→탈착→흡착→… 반복 실험 가능 → 내구성/재사용성 평가
모델 GASPRO는 “흡착과 탈착 모두 가능한 반응형 흡착 분석기”이며, 단순한 물리흡착 장비(DVS 또는 BET 계열)와 달리 기체 반응성, 압력 변화, 열적 응답까지 모두 통합적으로 분석 가능한 고급 장비입니다.
측정원리는 무게 변화 측정 방식이 아니라, 압력 변화 기반 기체 소비량을 정량 측정 합니다.
“기체가 얼마나 시료에 흡착되거나 반응했는지, 압력의 변화를 통해 정밀하게 측정하는 장비입니다.”
- 시료가 기체를 흡착 → 압력 감소 → 압력 감소 양을 계산
- 온도와 압력을 제어해 흡착/탈착/반응 과정을 모두 분석
- 수소 저장재, CO₂ 흡착제, 촉매, 환원 반응 등 다양하게 활용
가스 흡착 방법 ; 기체 주입 압력을 높이거나(고압) / 온도를 낮춤(저온)/ 목표가스 주입
가스 탈착 방법 ; 기체 주입 압력을 낮추거나(저압, 진공)/ 온도를 높임(고온)/ 불활성 기체로 씻어냄.
방법들을 선택하거나 복합적인 방법으로 흡착과 탈착을 반복하여 실험 가능.
MODEL GAS PRO, (스위스 세타람 제조 공급)
- 가스 흡착탈착 양 분석
- 고압 진공 환경
- 부식성 반응성의 다양한 가스에서 실험 가능
- 모델 Calvet, Micro Calvet 의 초미세 열량계에 연결하여 시료에 대한 가스 흡탈착의 발열양 측정 가능
- Plug in 추가 가능 연결 장치 ;
-고압 질량분석기(MASS SPECTROMETER), 기체 성분 분석용, 모델 FLEXI HP MS
-고압 수소 공급 장치, 모델 FLEXI HYCO
- 추가 옵션 장치 ;
-영하 260°C 초저온 냉각 환경 조성 장치, 모델 Cryo Pro
-수 mg 단위 시료 정확히 주입 측정 장치, 모델 MICRODOSER
응용 사용 분야 소개
① 가스흡탈착기 모델 GAS PRO 단독 사용 예 ;
특징: 고정밀 압력·온도 제어 기반의 가스 흡착·탈착 용량 및 동역학 측정에 최적화.
연구 분야 –> 예시 (연구목표)
-수소 저장 소재 –> 금속 수소화물, MOF와 COF의 H₂ 저장 용량 및 흡·탈속도. (연구목표: 고압 저장 성능 평가)
-탄소 포집(CCS) –> 고체 흡착제의 CO₂ 등온선, 재생성능 측정. (연구목표: 포집 효율 향상, 재생 비용 절감)
-메탄, 천연가스 저장 –> ANG와CNG 소재의 CH₄ 저장 특성 평가. (연구목표: 저장 효율 분석, 상용 조건 모사)
-촉매 반응 연구 –> 반응 기체의 소비·생성량 정밀 계측. (연구목표: 전환율·활성도 검증)
-흡착 동역학 –> 기체 확산·반응 속도 분석. (연구목표: 속도 지배 단계 규명, 소재구조 최적화)
② 가스흡탈착기 모델GAS PRO + 초미세 열량계 모델 CALVET 연동복합 사용 예 ;
특징: 가스 거동(P–C–T 데이터)과 반응 열(발열·흡열)을 동시에 정량 분석하여 메커니즘 규명·안전성 평가·에너지 효율 분석에 활용.
연구 분야 –> 예시 (연구목표)
-고압 반응 안전성 평가 –> H₂ 저장 합금, 금속 촉매의 발열 반응 측정, 배터리에서 가스와 열이 위험하게 발생하는 경우는 주로 과충전, 단락(내부·외부), 고온 환경 노출, 기계적 손상, 제조 결함 때입니다. 이때 전해액·전극이 분해되거나 분리막이 손상돼 급격한 발열과 가스 방출이 일어날 수 있습니다. (연구목표: 과열·폭주 위험 예측, 안전 운전 설계)
-흡착 메커니즘 규명 –> 동일 흡착량 대비 발열 특성 비교. (연구목표:물리·화학 흡착구분, 결합 에너지 분포 추정)
-CCS 소재 개발 –> CO₂ 흡·탈착 발열량과 재생 에너지 동시 분석. (연구목표: 재생 효율 극대화, 운전비용 절감).
-에너지 저장소재 최적화 –> 수소·메탄 저장소재의 저장량과 발열량 동시 측정 (연구목표: 저장 효율·열관리 최적화)
-촉매 반응 열분석 –> 촉매전환의 전환율과 반응열 동시 측정 (연구목표: 부반응 식별, 선택성 향상)
-흡착탈착 사이클 내구성 평가 –> 반복 흡·탈착에서 발열 변화 모니터링 (연구목표: 성능 열화 메커니즘 규명)
핵심 차이 ; GAS PRO 단독 VS GAS PRO + CALVET 초정밀 열량계 와의 차이점
• GAS PRO 단독 → *시료에 기체를 얼마나 흡착하는가 ?*, 기체 저장·전환 성능에 대한 정량적 용량·속도 분석.
• GAS PRO + CALVET 초정밀 열량계→ *시료에 흡착하면서 어떤 에너지가 오고가는가 ?* 성능 분석 + 반응 열 거동까지 확보 → 열메커니즘·열안전성·열효율을 동시에 검증.
핵심 차이 ; GAS PRO (가스흡탈착양 분석기) VS TGA (가스흡탈착 열중량분석기) 와의 차이점
GAS PRO
→ “압력 변화를 측정하는 분석기”
→ 흡착탈착시 무게 변화가 거의 없는 초경량 시료
→ 기체별 흡착량 분석 가능(추가 가스분석기 연동시, 모델 FLEXI HP MS)
→ 측정 요소 : 흡착탈착 기체 몰수(mol) 측정, P–C–T 곡선, 등온선, 동역학 곡선. (단위 mol은 분자의 개수를 나타내는 국제 단위라서, 다른 실험 조건이나 시료와 정량적으로 비교할 수 있습니다.
→ 권장 샘플 :
- 흡착탈착시 무게 변화가 거의 없는 초경량 시료 : (금속 수소화물, MOF, COF, 그래핀, 나노소재)
- 고압 가스 흡착/탈착 특성 정밀 측정 : (수소저장합급, 고압메탄저장소재, CO₂저장 소재)
- 정밀 동역학·등온선·PCT 데이터 필요: (흡착 속도 분석, 압력-조성 관계 측정)
- 반복 수명 테스트,Cycling : (장기 운전 안정성·용량 유지율 측정)
- 고정밀 압력제어와 온도제어가 필요한 측정 샘플
TGA
→“무게 변화를 측정하는 분석기”
→ 질량 변화가 크거나 부산물 분석이 중요한 고온·고압 반응 연구에 적합
→ 측정 요소 : 질량 변화(%) vs 시간/온도/압력, 흡착·탈착 질량량
→ 권장 샘플 :
- 질량 변화가 확실한 시료 : (수분 흡착제, 산화·환원 반응 촉매, 광물 변성 실험)
- 고온·고압 조건에서의 반응: (1000 °C 이상 고온 반응 실험)
- 반응 부산물(고체·액체) 생성 여부 분석 (열분해, 소성, 탄화, 산화 반응 연구)
- 온도 압력 변경 조건에서 무게 변화를 함께 보고 싶은 경우 (단, 고압력제어가 되는 특수 TGA가 필요 합니다)
아래 이미지는,
가스 흡착탈착 분석기인, Model GAS PRO 분석기의 이미지와 특징에 대한 설명 입니다.
(스위스, 세타람사 공급)
기체 흡착탈착 분석기, 모델 GAS PRO의 주요 특징
1. 고정밀 압력 센서 2개 사용
–High Accuracy 센서를 두 개 장착해, 아주 작은 흡착량 변화도 정확하게 측정 가능.
–여러 번 기체를 주입·측정하는 경우에도, 일반 센서에서 생길 수 있는 **누적 오차(cumulative error)**를 최소화.
2. 다중 확장 저장소(Expansion reservoirs) ; 기체 부피와 압력을 정밀하게 조절·측정하는 핵심 부품입니다.
–5개의 정밀 교정된 부피를 가진 기체 저장소가 있어, 고압 대용량 실험에서부터 미세 주입 까지 가능 합니다.
–각각 온도 제어와 압력 측정이 가능해, 다양한 실험 조건에서 정밀 측정 지원.
3. 정교한 압력 제어 장치
–실험 중 원하는 압력을 빠르고 안정적으로 맞출 수 있음.
–등온선, 동역학, 사이클 테스트 같은 다양한 모드에서 중요한 역할.
4. 자동화된 실험 모드 15가지
–Isotherm 측정 (압력-흡착량 관계)
-Kinetics 분석 (흡착/탈착 속도)
–Cycling 테스트 (반복 수명 시험)
–그 외 다양한 실험 절차를 자동으로 수행
5. GAS PRO 장비의 배관·연결부 위치 ; 가스 & 진공 연결부(포트)들이 장비 측면 패널에 배치되어 있음.
연결 가능한 항목:
Test gas – 실험에 사용할 기체 공급 라인
Pneumatic supply – 밸브 구동 등에 쓰이는 압축 공기 공급
Vent – 기체 배출구
Vacuum – 시료 셀이나 배관을 진공으로 만드는 라인
Helium for calibration – 헬륨 교정용 라인 (누설 및 dead volume 교정에 사용)
Burst disk – 과압 방지용 안전 디스크
목적: 실험실 설치 시 배관을 한쪽 면에서 모두 연결할 수 있게 해서, 설치 편의성과 안전성을 높임. GAS PRO는 실험 기체, 진공, 헬륨 교정, 배출, 압축공기, 안전장치 연결부를 한쪽 패널에 모아놔서 설치와 유지보수가 쉽습니다.
6. 광범위한 온도 범위 제공 ;
-맞춤형 솔루션을 통해 영하의 온도부터 -260 ~ 500°C 이상까지 실험 가능
-흡착, 탈착, 반응, 열분해 등 다양한 응용 분석을 하나의 장비로 수행 합니다.
7. 다양한 분석 모드 지원 ;
- PCT 측정 ; 시스템내의 가스 압력(P) – 조성(시료가 흡착한 가스의 양, C) – 실험온도(T)의 관계를 측정하는 방법으로, 가스의 저장 소재, 가스 흡착제, 분리막 재료 등에서 다양한 가스의 흡·탈착 특성 평가에 필수적인 분석 기법입니다. 주로 흡착 또는 저장 가능한 가스의 양, 평형 압력, 반응 특성 및 온도 의존성 등을 파악하기 위해 사용됩니다.
- 반응 속도 측정 (kinetics) ; 얼마나 빠르게 흡착 또는 탈착이 이루어지는지 속도 측정, 시간(t) 대비 흡착량(q), 압력(P), 온도(T) 변화
위 1번과 2번의 측정방법을 이용하여 =>
- Charge(가스흡착)/Discharge(가스방출) 측정 =>1번 또는 소수의 반복 사이클에서 수행하며, 흡탈착량, 압력, 온도 등의 데이터를 측정 합니다.
- 수명 시험(cycle-life)까지 가능 => Charge/Discharge 사이클을 수십~수백 번 이상 반복하여, **장기적인 반복 사용 시 재료의 수명 안정성, 성능 유지 여부(저장 성능 열화 여부)**를 평가하는 시험 입니다.
8. 최대 200 bar까지 고압 실험 지원 ;
GAS PRO – Maximum temperature and pressure of standard vessel : 400°C and 200 bar
GAS PRO – Maximum temperature and pressure for HT vessel : 500°C and 100 bar
-시료와 기체 간의 반응량, 반응속도, 열화(노화) 특성을 동시에 정량 분석
9. 높은 정밀도 보장 ;
-여러 측정 포인트에서 발생할 수 있는 누적 오차를 최소화
-반복 실험과 다단계 반응에서 신뢰도 있는 결과 도출
10. 소량 시료의 정밀 측정 가능 ;
-특허 받은 마이크로도저(microdoser)(특허번호: US8132476)를 통해
-수 mg 단위의 시료도 정확하게 주입하여 측정 ; 100mg 미만의 소량 시료를 위한 옵션입니다
11. 외부 열량계 연동 기능 제공 ;
-초미세 DSC 시차주사 열량계 모델 Calvet 모델 Micro Calvet 등과 연동하여 기체 반응 중의 발열/흡열 반응까지 정량 분석 가능
-열역학적 특성과 기체 반응 특성을 동시에 평가 ; 열메커니즘· 열안전성· 열효율을 동시에 검증
위 동영상은 세타람사 모델 GAS PRO 에 대한 간단한 소개 동영상 입니다. KEP Technologies 그룹/ 스위스 SETARAM사의 한국대리점은 한미산업 입니다.
글로벌 본부 세타람 사 스위스 소재–>웹사이트
글로벌 제조 세타람 사 리옹(제네바 남서쪽 1.5시간 거리)
아시아 본부 홍콩 or China
모델명 GAS PRO
한국대리점 한미산업
가스 흡착탈착 분석기, 상세 사양, 모델 GAS PRO
모델 GAS PRO의 개념도
한미산업
지난 30여년간 국내 Tribology(마찰/마모/연마/윤활), 스크래치 마이크로 물성 고온 경도계, 베어링시험기, 3차원표면 형상측정기 내외경 측정기, 열_분석기, 열경화 시험기 등을 국내에 공급해오면서 기술산업 발전에 조금이나마 노력하여 왔습니다. 미.일.유럽 소재, 유명 제조공급사인 BRUKER, PHOENIX TRIBOLOGY, KEP, SETARAM, SETSMARMT, INNOWEP, TABER, AMTEC, WALKWAY, ANFATEC, SHINTO-HEIDON, ENEOS MATERIALS, TRICO사의 최첨단 장비들을 국내에 소개 및 판매 기술 지원하여 왔으며, 또한 이기술을 바탕으로 일부 품목 제조를 통하여 국산화에도 노력하여 왔습니다.
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