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化學吸附基礎理論(二)

發布時間:2022-05-16      點擊次數:20

書接上文(化學吸附基礎理論),在上篇文章中,我們介紹了化學吸附的分類、動態化學吸附常使用的吸附氣體和3種定性動態化學吸附實驗(TPR、TPD、TPO)簡介,因此我們對動態化學吸附中的定性分析有了基礎的認識。本文,我們將繼續對化學吸附中的定量分析(脈沖滴定)進行介紹。


01

脈沖滴定能得到什么

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負載型金屬催化劑可應用于不同的催化過程,如加氫、脫硫、精細化學品或特殊化學品的合成以及生產過程(例如制藥、顏料等)。負載型金屬催化劑的重要特性包括活性金屬面積和金屬分散度?;钚越饘倜娣e對催化劑內具有催化活性的金屬位進行量比,金屬分散度則告訴我們催化劑合成過程中有多少負載金屬被有效地進行了利用。因此,表征催化劑中的活性金屬面積和分散度是非常重要的。脈沖滴定定量分析主要能得到以下結果:

  • 活性金屬表面積
    計算公式:
    A=Vm ? Ax ? S ? Av
    其中:

    A是活性金屬面積;

    Vm是活性氣體的吸附體積;

    Ax是金屬原子的橫截面積;

    S是金屬-氣體化學吸附的化學計量系數;

    Av是阿伏伽德羅常數。

  • 平均晶粒尺寸
    計算公式:
    d=(L ? 100 ?f)/AD
    其中:

    d是平均晶粒尺寸;

    L是金屬負載量;

    f是形狀因子;

    A是活性金屬面積;

    D是金屬密度(g/mL)。

  • 金屬分散度

    相較于上面的兩個參數,金屬分散度受到的關注更多一些。因為,理想情況下貴金屬是均勻的平鋪在載體上,但是實際上,金屬原子在載體上可能是聚集的狀態,這時候位于金屬聚集內部的原子不參與表面反應,在催化過程中是沒有起到作用的。

    計算公式:

    D=(Vm ? S ? M)/(100L)

    其中:

    D是金屬分散度;

    Vm是活性氣體吸附體積;

    S是金屬-氣體化學吸附的化學計量系數;

    M是摩爾質量;

    L是金屬負載量。

02

吸附質氣體

活性金屬
使用的活性氣體

Pt
氫氣、一氧化碳

Pd
一氧化碳

Ni
氫氣

Ag
氫氣

上表列舉了常見的幾種活性金屬及他們常用的活性氣體。需要注意的是,TPR/TPD/TPO使用的氣體為混合氣體(一定濃度的活性氣體與載氣的混氣),而脈沖滴定使用的活性氣體建議為純氣。

03

脈沖滴定測試


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與定性分析不同,對于定量分析來說,我們需要對樣品吸附的氣體的量進行準確的測定,因此,我們需要一個非常重要的配件,即Loop環,也叫定量環,顧名思義,Loop環的體積是準確且已知的。另一個不同點是,脈沖滴定是在恒定的溫度下進行測試,這個溫度一般不需要很高,常用的是40℃左右。

脈沖滴定的測試過程,在恒定溫度下,分別且連續的向樣品管內注入一個Loop環體積的活性氣體,用TCD檢測流過樣品管后反應后的剩余氣體量,直至樣品吸附飽和,TCD檢測出的剩余氣體量等于注入的氣體量,即峰面積穩定不再發生變化,停止測試。如下圖所示(紅色實線為實測數據):

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以上圖為例,第一次注射,所有氣體均被吸附(反應量為第一個虛線峰面積);第二次和第三次注射,部分氣體被吸附,檢測到部分的剩余量(反應量為第二個和第三個虛線峰面積);第四次至第六次,樣品吸附飽和。因此所有的氣體吸附量為3個虛線峰面積和。因此,再通過公式計算,即可得到我們需要的特征參數。



以下是華璞的兩款化學吸附儀,CM8310(單站化學吸附儀)CM8320(雙站化學吸附儀),均可以實現上文中提到的測試。歡迎有興趣的老師跟我們聯系咨詢。

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