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麥克應(yīng)用之化學(xué)吸附—H+ Mordenite 的酸性位表征

閱讀:886      發(fā)布時(shí)間:2019-7-29
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H+ Mordenite (SiO2/Al2O3:90/1)的酸性位表征:

AutoChem的脈沖化學(xué)吸附和TPD應(yīng)用

 

前言

分子篩和其它催化劑的Brønstead酸度是影響反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的重要因素。因此,這些酸位點(diǎn)的表征非常重要,通常是參照氨化學(xué)吸附法測(cè)定催化劑酸度的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法(ASTM D 4824)進(jìn)行表征。此外,另一種表征方法則是使用丙胺對(duì)樣品進(jìn)行脈沖化學(xué)吸附,隨后進(jìn)行程序升溫脫附(TPD)并連用質(zhì)譜儀檢測(cè)丙烯的方式進(jìn)行分析(見(jiàn)圖1)。采用帶有蒸汽發(fā)生器選件的AutoChem化學(xué)吸附儀與質(zhì)譜儀聯(lián)用可以進(jìn)行該過(guò)程的完整表征分析。

圖1.胺與酸位點(diǎn)反應(yīng),通過(guò)類似霍夫曼消除反應(yīng)分解成丙烯和氨

圖為 美國(guó)麥克儀器公司AutoChem系列化學(xué)吸附儀

 

實(shí)驗(yàn)部分:

材料

本文中使用的催化劑為氫型絲光沸石H+ Mordenite (SiO2/Al2O3:90/1)。分別以異丙胺(> 99.5GC)和丙胺(> 99.0GC)作為試劑。丙烯(> 99%)也用于校正。

制備

絲光沸石(mordenite zeolite)可以帶有不同的陽(yáng)離子,包括NH4+H+。這些陽(yáng)離子可通過(guò)升溫轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>H+。樣品首先在惰氣氣氛中以10℃/ min的速率加熱至500℃進(jìn)行活化,然后降溫至分析溫度200℃。

分析

絲光沸石活化后即進(jìn)行脈沖化學(xué)吸附。在此步驟中,采用惰性氣體氦氣,通過(guò)流經(jīng)一個(gè)5cm3loop環(huán)向樣品中注入10次丙胺蒸汽,以確保樣品吸附飽和。分析的后一步是程序升溫脫附(TPD)。在這一步中,質(zhì)譜儀開(kāi)始掃描檢測(cè)產(chǎn)物丙烯信號(hào)。數(shù)據(jù)是在200°C500°C程序升溫期間采集得到。

 

結(jié)果分析:

數(shù)據(jù)

為了獲得定量數(shù)據(jù),質(zhì)譜儀必須通過(guò)采用高精度注射器刺穿墊圈注入已知體積Vcal的待檢測(cè)氣體(丙烯)來(lái)進(jìn)行校準(zhǔn)。質(zhì)譜儀信號(hào)的峰面積可以通過(guò)AutoChem峰值編輯軟件得到。為了增加校正精度,可以進(jìn)行多次注射直至峰面積相似為止。然后可以對(duì)這些峰面積取平均值,以給出實(shí)際氣體體積與質(zhì)譜儀峰面積之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)Vcal/Acal,從而計(jì)算出分子篩的酸度。圖2為此過(guò)程的示例。

圖2. 面積-體積校準(zhǔn)過(guò)程中質(zhì)譜儀信號(hào)的示例

圖3.AutoChem的熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)

圖4.質(zhì)譜儀峰值結(jié)果

 

此外,圖3和圖4表明,熱導(dǎo)檢測(cè)方法可檢測(cè)到化學(xué)吸附中殘留的胺和氨,而質(zhì)譜儀檢測(cè)則已區(qū)分出丙烯信號(hào),從而可以計(jì)算酸位點(diǎn)的濃度。對(duì)圖4中丙烯信號(hào)積分后可得峰面積Apms,酸位點(diǎn)濃度Nas可通過(guò)下式進(jìn)行計(jì)算:

以下是由圖4中數(shù)據(jù)得到的計(jì)算值,濃度值的單位為酸位微摩爾/每克分子篩。

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