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麦克应用系列之化学吸附—H + Y型分子筛(SiO2 / Al2O3:5.2 / 1)的酸位点表征

麦克默瑞提克(上海)仪器有限公司  2019-06-24  点击2437次

H + Y型分子筛(SiO2 / Al2O35.2 / 1)的酸位点表征


前言

    分子筛和其它催化剂的Brønstead酸度是影响反应动力学的重要因素。因此,这些酸位点的表征非常重要,通常参照氨化学吸附法测定催化剂酸度的标准试验方法(ASTM D 4824)进行。另一种表征方法则是使用丙胺对样品进行脉冲化学吸附,然后进行程序升温脱附(TPD)并连用质谱仪检测丙烯的方式进行分析(见图1)。采用带有蒸汽发生器的AutoChem化学吸附仪与质谱仪联用可以进行完整的表征分析。

图1.胺与酸位点反应,通过类似霍夫曼消除反应分解成丙烯和氨。

http://www.micromeritics.com/Repository/Images/Unique/Autochem_II_2920_Front_view_1.jpg

图为美国麦克仪器公司AutoChem系列化学吸附仪


实验部分:

材料

本文中使用的分子筛含有氢阳离子,其硅铝比为5.2:1。分别以异丙胺(> 99.5%GC)和丙胺(> 99.0%GC)作为试剂。丙烯(> 99%)也用于校正。

准备

Y型分子筛样品可含有多种阳离子,包括铵和氢。这些化合物中的阳离子可通过线性升温转化为氢阳离子。样品首先在氦气气氛中以10℃/ min的速率加热至500℃,然后冷却至分析温度200℃,以此来活化样品。

分析

Y分子筛活化后即进行脉冲化学吸附。在此步骤中,通过流经一个5cm 3环的惰性气体氦气向样品注入10次丙胺蒸汽(以确保样品吸附饱和)。分析的最后一步是程序升温脱附(TPD)。在分析的这一步骤中,质谱仪开始扫描检测产物丙烯。数据是在200°C到500°C的程序升温期间收集得到。


结果分析

为了获得定量数据,必须通过采用高精度注射器刺穿垫圈注入已知体积Vcal的待检测气体(丙烯),以此来校准质谱仪。质谱仪信号的峰面积可以通过AutoChem峰值编辑软件得到。为了增加校正精度,可以进行多次注射直至峰面积相似为止。然后可以对这些峰面积取平均值,以给出质谱仪峰面积与实际气体体积之间的转换系数,从而计算出分子筛的酸度。图2给出了此过程的示例。

图2. 面积-体积校准过程中质谱仪信号的示例。

图3.AutoChem的热导率数据。


图4.质谱仪峰值结果。


此外,图3和4表明,热导检测方法包括化学吸附中残留的胺和氨,而质谱仪检测则区分出丙烯信号,从而可以计算酸位点的浓度。通过对图4中丙烯信号积分得到峰面积(APMS)后,酸位点浓度Nas可计算如下:

以下是与图4中数据相对应的计算值。浓度值表示为:每克分子筛的酸位点微摩尔数。


结论:

本文通过使用美国美国麦克仪器公司生产的,配备蒸汽发生器选件的AutoChem系列化学吸附仪,进行了H+ZSM-5 (SiO2 / Al2O3:5.2 / 1) 的酸性位表征。采用的方法为丙胺的脉冲化学吸附。实验过程是首先使样品吸附足量的丙胺,之后在200-500℃的范围内进行脱附。脱附过程中,由与仪器连接的质谱进行尾气分析,通过质谱得到的峰面积数据计算出H+ZSM-5 (SiO2/Al2O3:5.2 /1)酸性位点的密度值。整个实验过程为全自动进行,峰面积数据由AutoChem系列化学吸附仪配备的Peak Edit软件计算得出。