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        化學(xué)吸附:脈沖滴定法測試金屬分散度

        化學(xué)吸附:脈沖滴定法測試金屬分散度
        精微高博  2023-09-02  |  閱讀:8987

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        金屬分散度一般是負(fù)載型催化劑的一項重要性能指標(biāo),是指催化劑表面活性金屬原子數(shù)與催化劑上總金屬原子數(shù)之比,實際上常常和活性金屬的比表面積或金屬原子的晶粒尺寸相聯(lián)系。


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        圖1:負(fù)載型金屬催化劑


        金屬分散度(%)=單位質(zhì)量吸附量(μmol/g)×相對分子質(zhì)量(g/mole)/(金屬負(fù)載量%×化學(xué)定量因子×100)。


        CO脈沖滴定

        研究背景

        一氧化碳脈沖滴定是一種用于分析金屬分散度的常見實驗手段,例如Mn,F(xiàn)e,Cu等金屬負(fù)載型催化劑都可以用此方法進行分析。脈沖滴定前,通常選用合適預(yù)處理溫度對樣品進行惰性氣體流動吹掃,之后在恒定吸附溫度下選取合適體積定量環(huán)進行合適次數(shù)的脈沖滴定實驗。Ding,Zhang等人采用AMI-300化學(xué)吸附儀進行了CO脈沖滴定的實驗,研究了在SiO2作為助劑添加下的Co/C催化劑對于C1-C18醇類物質(zhì)的產(chǎn)率的影響。結(jié)果表明,當(dāng)SiO2添加量在0.2%的時候,該鈷基催化劑對于CO的吸附量是最高的,而CO的吸附容量與醇類轉(zhuǎn)化率的大小也有著正比的關(guān)系。另外,Cheng,F(xiàn)eng等人同樣使用該方法研究了Pt/LaSPC催化劑的脫苯效率。試驗結(jié)果表明當(dāng)Pt負(fù)載量達到0.2%且載體La的含量與改性粘土(SPC)的摩爾比為0.5:1時,有著最優(yōu)異的金屬分散度,并且性能測試也表明高分散度有利于提高催化劑對苯的化學(xué)吸附。


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        圖2:文獻中使用脈沖滴定的計算結(jié)果


        實驗探究

        我公司與某單位合作對用于處理工業(yè)廢氣,汽車尾氣的Mn基催化劑進行了CO脈沖滴定實驗,對其金屬分散度進行定量分析。該實驗采用500ul的定量環(huán),100%CO,He作為載氣,50℃進行多次脈沖滴定實驗,根據(jù)測試結(jié)果,測得其產(chǎn)品的金屬分散度在8.8%左右。


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        圖3:Mn基催化劑CO脈沖滴定實驗結(jié)果(AMI-300型全自動化學(xué)吸附儀)


        H2脈沖滴定

        研究背景

        氫氣脈沖滴定的原理與CO基本一致,唯一不同的是在載氣選擇上,更多的時候會選擇Ar作為載氣,因為H2和Ar的導(dǎo)熱系數(shù)相差更大,TCD采集信號時會更加精準(zhǔn)。但是在做貴金屬負(fù)載型催化劑,會發(fā)生“氫溢流現(xiàn)象”,對定量結(jié)果造成誤差影響。所以在此基礎(chǔ)上,一些研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)了使用氧氣先氧化負(fù)載在表面的貴金屬,然后使用氫氣進行滴定(氫氧滴定)。這種方法本質(zhì)上杜絕了氫氣和貴金屬的接觸反應(yīng),是和貴金屬上面的氧氣進行反應(yīng),所以避免了發(fā)生的溢流效應(yīng),減少了測試誤差。Olivia,Jose等利用該方法,研究了不同的雙金屬負(fù)載型催化劑(Pd-Cu,Pt-Cu,Rh-Cu和Ir-Cu)的金屬表面分散度,通過與TEM的表征結(jié)果聯(lián)立分析了其金屬表面分散性能,揭示了其硝酸鹽向氮轉(zhuǎn)換的影響因素。


        實驗探究

        我們公司與某單位合作,對用于費托反應(yīng)的金屬氧化物負(fù)載型催化劑進行了H2脈沖滴定的實驗,通過脈沖實驗計算的金屬分散度以及晶粒尺寸與客戶的TEM, 催化性能測試結(jié)果能一一對應(yīng)。


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        圖4:金屬負(fù)載型催化劑H2脈沖滴定結(jié)果(AMI-300)


        N2O脈沖滴定

        研究背景

        N2O是一種具有高選擇性的氣體,對于一些不吸附CO和H2的金屬負(fù)載型催化劑,選用N2O是測試其金屬分散度的有效方法,其本質(zhì)是利用了在其表面的金屬與之發(fā)生氧化反應(yīng)而不是吸附進行金屬分散度的測定,大部分容易氧化的金屬都可以選擇用N2O進行測試。該反應(yīng)的產(chǎn)物會產(chǎn)生N2,所以分離N2和N2O是這類實驗重要環(huán)節(jié)。


        實驗探究

        根據(jù)我們的測試經(jīng)驗,為客戶提供了四種分離方法。

        1)利用其沸點的不同,客戶可以購買液氬持續(xù)浸泡冷阱,使其液化N2O,保證氮氣可以正常通過冷阱并只被TCD檢測。

        2)使用堿性的分子篩填充冷阱,使其去除掉N2O。

        3)使用色譜柱,利用這兩種氣體的流過分離柱的速度不同,使得TCD單獨檢測N2O.。

        4)連接質(zhì)譜,利用該兩種氣體不同的質(zhì)荷比,通過對MS信號的定量積分,反算出其氣體消耗量。


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        圖5:合作客戶使用自制液氬阱進行的N2O氣體測試Cu分散度實驗結(jié)果

        (AMI-300+客戶自制液氬阱)研究


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        精微高博(JWGB)成立于2004年,推出中國第一臺靜態(tài)容量法氮吸附儀JW-RB,被譽為“中國氮吸附儀的開拓者”。19年來已發(fā)展為集研發(fā)、制造、銷售、服務(wù)于一體的國家級高新技術(shù)企業(yè),專業(yè)從事于靜態(tài)比表面積及孔徑分析儀、動態(tài)比表面積測定儀、蒸汽吸附儀、化學(xué)吸附儀、競爭吸附儀、微反裝置、真密度儀等材料表征設(shè)備的研究。是中國材料表征儀器的領(lǐng)先制造商,產(chǎn)品銷售全球十幾個國家和地區(qū),致力于向全球客戶提供高質(zhì)量、高易用性、高性價比的產(chǎn)品和服務(wù)解決方案。

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