催化剂的热程序技术表征

为了表演的目的脉冲和温度程序化学吸附方法，用于原位表征和测试催化剂的PID EFFI(效率)微活性反应器可以重新配置并与质谱仪连接。

被称为“微催化剂表征和测试中心”(MCTC)，这是一个创新的研究工具，可以进行大量的催化剂表征实验，以及在压力范围从大气压到高达200bar(取决于仪器的配置)的活性测试。

在测试催化剂性能之前，可以使用诸如程序升温解吸、氧化和还原等表征技术作为参考点。由于能够在线跟踪催化剂的瞬时活性，因此可以收集有关催化剂活性寿命和失活行为的重要信息。

通过重新表征催化剂的后活性，可以获得与可能导致催化剂活性损失的参数有关的关键信息。通过将性能测试和表征结合在一个装置中，就可以获得某些应用中有关催化行为的准确和重要的信息。

仪器

图1中显示的是PID EFFI的MCCTC配置．这是专门为催化测试和催化剂表征而设计的，目的是确定样品的活性和选择性。

该仪器的关键部件包括:三个六端口阀门，指示通过反应器的流动路径和脉冲;用于活性气体和载气的质量流量控制器(mfc);能够在线分析气体混合物的四极质谱仪;和加热的反应堆区域，它能够达到高达1100摄氏度的温度，使用不同的上升速度。

液体蒸发器(用于涉及液体供给的情况)，连同所有阀门和管道，都被封装在一个加热到200°C的热盒中。这确保了气体的质量混合，并防止系统内的冷凝。

专利的液体/气体分离器用于冷却在大气条件下冷凝的蒸汽，然后将它们从气相中分离出来。为进一步研究收集这些液体产品是可能的。干气体在质谱仪中进行成分分析。

图1所示。mctc与质谱仪连接的流程图。

实验1:程序升温还原(TPR)

除了确定催化剂载体对活性金属分散的影响外，还使用程序升温还原来表征存在于催化剂中的可还原物种。

这里是H₂通过获得两种不同压力下的TPR曲线，分析了压力对催化剂还原曲线的影响;在1巴和25巴。本研究中使用了50:50比例的氧化铜(II)和氧化银(I)，每一种都使用了80 mg。

对于物种还原，使用了50 sccm流量的10%氢平衡氮混合物。作为载气和稀释剂，提供流量为100 sccm的氮气。为了生成完整的TPR剖面，炉温以每分钟10°C的速度升高至500°C。

与大多数TPR研究的进行方式类似，初始步骤涉及在常压下对氧化银和氧化铜混合物进行温度程序还原。

图2显示了大气压力TPR剖面。图2显示了在163°C处的一个陡峭的倒峰和在320°C处的一个更宽的倒峰。这些分别代表氧化银和氧化铜的活化温度。

第二步是在25巴的压力下进行相同的TPR分析。图3显示了25 bar压力TPR剖面。这包括在150°C的一个陡峭的倒峰和在250°C左右的一个更宽的倒峰。倒转的峰表示H的降低₂被还原的催化剂的下游。

Ag)₂O + H₂----> 2ag + h₂O

措+ H₂----> Cu + H₂O

氢在还原过程中被消耗。经过化学反应后，它与金属氧化物中的氧原子结合。正如预期的那样，很明显高H₂催化剂上的压力明显降低了还原温度。这种增加的压力为氧化物和氢的相互作用提供了更高的驱动力，特别是对于多孔催化剂载体而言。

由于在较低的温度下还原催化剂显著降低了烧结的机会，最终使更高的催化活性，这一原则在行业中非常有价值。TPR是一个整体反应，这意味着可以用质谱数据进行定量分析，以确定催化剂中可还原物种的总量。

实验二:脉冲化学吸附(PC)

脉冲化学吸附(PC)是一种常用的分析技术，用于确定催化剂的分散性(或存在于催化剂表面的活性物质)。这是通过脉冲释放CO或H等活性气体来实现的₂(如本例所示)在室温下吸附在催化剂上，并测定活性气体的吸附量。

在这种情况下，一个六通阀被用来脉冲的活性气体。这个阀门有一个0.5 ml的STP回路，每隔大约三分钟。为了保证在一分钟内完成充注，将10%的氢平衡氮混合物以20 sccm的流量引入回路。

氮气作为载气，在大气压力下以50 sccm的恒定速率通过。所研究的催化剂由约800 mg 0.5 wt% Pt/Al2O3组成。

质谱仪在实验过程中获得的数据如图4所示。五个不同的脉冲由五个不同的峰表示。最后三个峰是相同的。这些代表催化剂饱和后发生的脉冲。他们的目的是提供一个基线，以便对最初两个脉冲中吸附的气体量进行反向计算。

几乎所有的活性气体在初始脉冲中被吸附，而部分气体在第二次脉冲中被吸附。吸附气体的总量可以通过对这些峰进行积分，并将这些数据与已知的脉冲体积相结合得到。下面的公式用来确定催化剂目前的分散性。

D%是色散的百分比，F_年代是化学计量学因素(在本例中2双原子氢),佤邦的原子量是活性金属,通过气体吸附的总量,为铂195年阿姆河,Vmol的摩尔体积吸附(22.414升每摩尔),和M %的比例是活性金属重量(克每克样品的金属)。

Micromeritics化学吸附仪器使用的一个众所周知的标准，如Autochem II 2920，所研究的催化剂(0.5 wt% Pt/Al)₂O_3.)的离散度为35%±5%。由质谱仪和MCCTC收集的数据计算出的色散率为36%。

在增大压力下进行PC实验时，更活跃的物种被吸附。因此，催化剂的分散比例会更高。众所周知，在常压下反应的催化剂比在工业化学反应所要求的压力下反应的催化剂表现出更高的活性。

此外，PC技术还可以确定其他参数，如活性粒子的大小和活性金属的表面积。欧洲杯猜球平台活性颗粒的烧结或生长表现为较大的活性颗粒尺寸。一般而言，催化剂的活性随活性粒径的增大而降低。

图2。TPR剖面在大气压力下执行。

图3。TPR剖面在25 bar压力下进行VadsFs Wa VmolM% D%=•100•100。

使用MCCTC的附加催化剂表征实验

程序升温解吸(兼总经理)

在这种技术中，一旦活性气体饱和了催化剂表面，在线性温度斜坡期间从催化剂表面脱吸的气体量就会被测量。这种方法评估与活性物质结合的吸附分子相互作用的强度。它还量化了地表覆盖。

此外，该方法还可以确定在反应温度下催化剂表面吸附分子的比例。例如，如果氢被保留在像铂这样的催化剂上，直到期望的反应温度，催化剂就能够进行氢化反应。

图5说明了这种分析，因为它显示了在Autochem II 2920上收集的铂上氢的TPD剖面。Autochem II 2920使用热导检测器(TCD)来量化尾气中存在的氢的数量。MCCTC结合了质谱仪，提供了相同的TPD谱图。

在这里发生在三个不同的温度峰值，增加的信号强度表明氢从催化剂的表面释放。催化剂的不同活性位点由所示的多个峰表示。出现在较高温度下的峰反映了吸附焓较高的位置。

使用MCCTC可以在增加的压力下执行TPD。然而，只有在催化剂在相同的压力下被还原时才能这样做。

图4。H的脉冲化学吸附曲线₂在0.5 wt% Pt/Al上₂O_3.．

图5。H的TPD剖面₂在铂负载的氧化铝催化剂上。

程序升温氧化(TPO)

这项技术的主要目的是测定催化剂上活性物质的还原程度。将该技术与TPR结合，可以估计催化剂在完全失活之前的再生循环次数。De-NO_x催化剂如TiO₂和V₂O₅也可以用TPO来描述。

在工业中，这些催化剂被广泛用于将危险的氮氧化物污染转化为其他非污染成分。一般来说，氮和水可以安全地生产，因为这些催化剂促进了nhh的反应_3.没有_x．

预还原脱no的典型TPO剖面_x催化剂V₂O₅如图6所示。TPO剖面中包含三个氧化峰，其中两个分别在500°C和860°C下定义良好，而第三个是一个“肩峰”，接近960°C。

在这样升高的温度下出现的峰表明了还原产物的稳定性，而还原产物对反应具有活性。所讨论的催化剂对脱氮有极好的收率_x催化剂，其中活性测试报告的转化率为95%。

图6。V的TPO剖面₂O₅, de-NO_x催化剂。

结论

结合几乎所有的简单催化剂表征技术催化活性测试在美国，MCCTC是一种创新设备。2020欧洲杯下注官网这种组合降低了总成本，因为单一仪器的多功能性消除了对多个设备的需求。2020欧洲杯下注官网

该仪器能够在不同的实验温度和压力下对不同的催化剂进行表征，这是非常有价值的，因为在相同的工业反应条件下，催化剂可以进行初步表征和测试。

在活性测试之前，通过上述事实可以预测催化剂在预先设定的实验条件下的行为。这使得可以通过活性后测试表征来确定催化剂失活的原因。如果用户选择只使用一个系统来测试和描述活动，那么他们最终会节省金钱和时间。

这些信息来源于Micromeritics仪器公司提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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