الامتزاز الكيميائي -- مدخل إلى تقنيات التحليل الكيميائي الامتزاز بواسطة Micromeritics

الموضوعات التي تغطيها

مقدمة
التفريق الفيزيائية والكيميائية الامتزاز
علاقة بالكيماويات لالحفز
بالكيماويات تقنيات وأساليب لتقييم المحفزات
سطح الطاقات
ملخص

مقدمة

وتستخدم المواد الحفازة في مجموعة متنوعة من التطبيقات من إنتاج السلع الاستهلاكية لحماية البيئة. التصميم الأمثل والاستخدام الكفء للمحفزات يتطلب فهما شاملا للبنية السطح والكيمياء سطح المادة الفعالة. الامتزاز الكيميائي ("بالكيماويات") تقنيات تحليل توفير الكثير من المعلومات اللازمة لتقييم المواد حافزا في مراحل التصميم والإنتاج ، كما وكذلك بعد فترة من الاستخدام. على الرغم من أن الحافز والمواد المتفاعلة والمنتجات يمكن أن تكون ذات أشكال كثيرة ، وهذه المادة تتناول المواد الحفازة المستخدمة عادة غير متجانس.

التفريق الفيزيائية والكيميائية الامتزاز

ومن الخصائص المميزة للمادة صلبة هو توزيع ضعيف مواقع الطاقة السطحية. ويمكن للغاز أو بخار الجزيئات تصبح ملزمة لهذه المواقع. هذا يصف عموما ظاهرة الامتزاز. كمية من جزيئات تناولها من قبل يعتمد على السطح العديد من الشروط والسمات السطحية بما في ذلك درجة الحرارة والضغط وتوزيع الطاقة السطح ، والمساحة السطحية للمادة الصلبة. وتسمى قطعة كمية الجزيئات كثف مقابل الضغط على درجة حرارة ثابتة للأيسوثرم الامتزاز.

امتزاز فيزيائي ("physissorpton") هو نتيجة لتفاعل قوى ضعيفة نسبيا فان دير فال بين سطح الصلبة وكثف -- جذب البدنية. يتم عكس بسهولة امتزاز فيزيائي.

اعتمادا على الغاز والصلبة ، وهذه الظاهرة يمكن أن يؤدي أيضا الامتزاز في تقاسم الإلكترونات بين كثف وسطح صلب -- الرابطة الكيميائية. هذا هو الامتزاز الكيميائي وعلى عكس physisorption ، بالكيماويات من الصعب عكس ذلك. هناك كمية كبيرة من الطاقة وعادة ما هو مطلوب لإزالة الجزيئات كثف كيميائيا.

امتزاز فيزيائي تجري على جميع الأسطح شريطة أن درجة الحرارة وضغط الظروف مواتية. بالكيماويات ، ولكن يحدث فقط بين الممتزات بعض الأنواع وامتزاز وفقط إذا تم تنظيف السطح من الجزيئات كثف سابقا. في ظل الظروف المناسبة ، يمكن أن يؤدي إلى امتصاص الجزيئات المادية كثف تشكيل طبقات متعددة. بالكيماويات ، من ناحية أخرى ، إلا على عائدات طالما امتزاز يمكن إجراء اتصال مباشر مع السطح ، ويعتبر عادة أن تكون عملية واحدة طبقة.

ومن خصائص الامتصاص المادية التي يمكن إزالتها تقريبا كل الجزيئات كثف من قبل الاخلاء في نفس درجة الحرارة التي وقعت الامتزاز. الامتزاز التدفئة يسرع لأنه يجعل في متناول الجزيئات كثف الطاقة اللازمة للهرب من موقع الامتزاز.

يرتبط بقوة جزيء كثف كيميائيا إلى السطح ولا يمكن الهروب دون تدفق كمية كبيرة نسبيا من الطاقة مقارنة ذلك ضروريا لتحرير جزيء ملزمة فعليا. يتم توفير هذه الطاقة من الحرارة ودرجة الحرارة المطلوبة غالبا ما تكون مرتفعة جدا لتنظيف سطح الجزيئات كثف كيميائيا.

Physisorption يميل إلى أن يحدث إلا في درجات حرارة قريبة أو أقل من نقطة الغليان للامتزاز في الضغط السائدة. ليست هذه هي الحال مع بالكيماويات . بالكيماويات عادة ما يمكن أن يحدث في درجات حرارة أعلى بكثير من درجة غليان امتزاز.

علاقة بالكيماويات لالحفز

العامل المساعد هو المواد التي تؤثر على سرعة التفاعل الكيميائي. ويمكن لحافز لا تسبب رد فعل غير ذلك لن يحدث ، بل فقط يمكن أن تزيد من المعدل الذي تفاعل نهج التوازن. ويتكون السطح من المعدن "نشطة" من ​​بالكيماويات المواقع. المحفزات المدعومة هي تلك التي يتم ترحيلهم الحبوب حبيبات من المعدن نشطة على الدعم المادي. تلك الحبوب الموجودة على سطح الدعم المتاحة لتتفاعل مع امتزاز.

إذا كان معدل تسارع من رد فعل هو مجرد نتيجة لزيادة تركيز جزيئات على السطح ، ويمكن أن ينتج عن الامتزاز الحفز المادي للالمتفاعلة. ليست هذه هي القضية ؛ بالكيماويات هو خطوة أساسية ، على ما يبدو تغيير المتفاعلة (الجزيء كثف) لجعلها أكثر تقبلا لتفاعل كيميائي. اعتماد الحفز على تشكيل سطح السندات النشطة وسيطة هو أحد الأسباب بالكيماويات كتقنية تحليلية أساسية جدا في دراسة الحفز.

مراحل دورة تفاعل محفز غير المتجانسة هي :

1. نشر (النقل) من المواد المتفاعلة على سطح المحفز
2. بالكيماويات من المتفاعلة (ق) التفاعلات بين الأنواع السطحية chemisorbed
3. التحرر من المنتجات من المواد الحفازة
4. نشر المنتجات بعيدا عن سطح المحفز للسماح لإعادة التدوير الخطوة 1

توقع كفاءة الخطوات 1 و 5 بمساعدة التقنيات التحليلية مثل الامتزاز porosimetry البدنية والزئبق ، والتي تميز مسامية من السرير حافزا ، حافزا متراصة ، أو الحبوب الفردية للمواد حفازة. تميز الخطوات 2 و 3 و 4 هو مجال بالكيماويات التحليلات.

بالكيماويات تقنيات وأساليب لتقييم المحفزات

بالكيماويات ويمكن تطبيق تحاليل لتحديد الكفاءة النسبية حفاز في تعزيز تفاعل معينة ، أو تستخدم لدراسة التسمم ومحفز في رصد تدهور نشاط الحفاز مع مرور الوقت من استخدامه. يتم إجراء التحاليل بالكيماويات متساوي من قبل اثنين من بالكيماويات تقنية : أ) ثابت بالكيماويات الحجمي ، وب) ديناميكية بالكيماويات (ينساب الغاز). تقنية الحجمي مريحة للحصول على قياس عالية الدقة من بالكيماويات الأيسوثرم من الضغط المنخفض جدا للضغط الجوي في درجة حرارة أي أساسا من المحيط القريب إلى 1000 ^درجة مئوية أو أكثر.

نبض بالكيماويات ، وهي تقنية تدفق الغاز ، وعادة ما تتم في الضغط المحيط. بعد أن تم تنظيف العينة في تدفق غاز خامل ، يتم حقن كميات صغيرة من مادة متفاعلة حتى تشبع العينة. ويستخدم كاشف معايرة التوصيل الحراري (TCD) لتحديد كمية الجزيئات المتفاعلة التي تولاها المواقع المفعلة على كل حقنة. ويمكن حقن chemisorbed الأولي تماما ؛ على التشبع وسيتم chemisorbed أيا من الحقن في وقت لاحق ، مشيرا الى التشبع. وهناك علاقة مباشرة عدد جزيئات الغاز chemisorbed إلى المنطقة النشطة من سطح المادة الفعالة.

كمية الغاز chemisorbed لكل غرام من العينة جنبا إلى جنب مع المعارف من رياضيات الكيمياء من رد فعل وكمية من المعدن نشط مختلطة مع الدعم المادي من خلال صياغة حافزا يسمح حساب تشتت المعادن في المئة. يمكن أن يكون هذا مؤشرا مهما لأداء المحفز وتدبيرا اقتصاديا هاما للكيفية التي يجري استخدامها بكفاءة والمعادن مكلفة النشط في منتج محفز.

درجات الحرارة المبرمجة الامتزاز (TPD) ، درجة الحرارة المبرمجة لحد (TPR) ودرجة الحرارة المبرمجة الأكسدة (TPO) وثلاث منظمات غير متساوي أساليب لتحديد خصائص المواد الحفازة. درجة الحرارة المبرمجة الامتزاز عادة لا تستخدم فراغ ، محاكاة ظروف أفضل وجدت في التطبيقات الصناعية الفعلية. في التحليل TPD ، توضع المواد في خلية العينة وسابقة التجهيز لتنظيف الأسطح النشطة. المقبلة ، chemisorbed غاز أو بخار على تحديد المواقع النشطة حتى يتحقق الإشباع ، وبعد ذلك يتم مسح الجزيئات الباقية ما بغاز خامل.

هو زيادة درجة الحرارة (الطاقة) بمعدل تسيطر بينما حافظت على التدفق المستمر للغاز خامل أكثر من العينة. ورصد الغازات الخاملة وأي جزيئات المستوعبة بواسطة كاشف التوصيل الحراري. إشارة TCD يتناسب مع كمية من جزيئات الطاقة الحرارية المستوعبة ويتغلب على الطاقة ملزمة. الكميات المستوعبة في درجات حرارة محددة توفر معلومات عن عدد وقوة وتجانس من بالكيماويات المواقع.

وهي تستخدم أساسا في درجة الحرارة المبرمجة لدراسة تخفيض reducibility الأنواع مثل أكاسيد المعادن موزعة على الدعم. وهذا ينطوي على تدفق تيار من الهيدروجين المخفف (أو الحد من وكيل آخر) على عينة ويتم زيادة درجة حرارة العينة. ويتم قياس كمية استهلاك الهيدروجين ودرجة الحرارة الشخصية التي بموجبها تخفيض وقعت. ويمكن لقطعة كمية من الهيدروجين المستهلكة مقابل إنتاج الحرارة واحد أو أكثر القمم والبيانات التي تم الحصول عليها تكشف عن عدد من الأنواع اختزالها في العينة ، وكذلك تفعيل الطاقات الخاصة بهم.

يتم تنفيذ درجات الحرارة المبرمجة الأكسدة لفحص المدى الذي يمكن أن يكون حافزا reoxidized. وعادة ما تكون العينة سابقة التجهيز ، ويتم تخفيض أكاسيد المعادن لهذا المعدن الأساسي. يتم تسخين العينة بمعدل موحد ومتفاعل الغاز والأكسجين عادة 2 ٪ ، ويتم تطبيقها على عينة في البقول ، أو بدلا من ذلك ، كما دفق مستمر. ويحدث تفاعل الأكسدة عند درجة حرارة معينة ويتم امتصاص الكمية الناتجة من الأوكسجين.

سطح الطاقات

عندما يتعرض سطح صلب لامتزاز ، واحتلت معظم المواقع النشطة الأولى. ويمكن حساب حرارة الامتزاز في درجة معينة من التغطية السطحية (تحميل) باستخدام المعادلة كلوسيوس - Clapeyron. هذا التعبير يصف من امتصاص الحرارة isosteric من حيث الضغط ودرجة الحرارة والغاز المستمر وينطبق بشكل خاص على بيانات تم الحصول عليها بواسطة تقنيات الامتزاز الحجمي.

وisosteric تسخن من الامتزاز على نطاق التغطية يمكن الحصول عليها من isosteres الامتزاز ، والتي هي قطع من ضغط الحرارة في مقابل حجم ثابت كثف. يتم استخراج isosteres من عائلة مكونة من الأيسوثرم الحصول على نفس المواد في درجات حرارة مختلفة. المنحدر من isostere المرسومة على مقياس لوغاريتمي (الشرطة الوطنية الليبيرية مقابل 1 / T) _ن يوفر نقطة بيانات واحدة (ف _ش ، ن) ، حيث n يمثل درجة التغطية المرتبطة isostere. مؤامرة نقاط مماثلة لدرجات مختلفة من التغطية يصف توزيع الطاقة السطح بوصفها وظيفة من التغطية. هذه المعلومات يساعد في التنبؤ نشاط حافزا نحو تفاعل كيميائي معين في درجة حرارة محددة.

طاقة التنشيط كما يمكن استخلاصه من البيانات التي تم الحصول عليها بواسطة تقنية بالكيماويات الحيوية ، لا سيما TPD. هذه العملية عن طريق هذا الأسلوب في الاتجاه المعاكس والتي وصفت لتقنية الحجمي ثابت. في هذه الحالة ، يتم تطبيق الحرارة (الطاقة) ، وكلما زادت درجة الحرارة ، والجزيئات تتحرر من أجل أضعف من الترابط. واجتاحت جزيئات المستوعبة بعيدا وغير مسموح لreadsorption تحدث. ويرتبط معدل التغير التغطية السطحية ، أو تحميلها ، ومعدل التغير في درجات الحرارة.

قد تكون على غرار معدل الامتصاص الجزيئي بسيطة باستخدام حركية النظام 1 أعرب عموما ، KQ ، حيث k هو ثابت حال ، علامة سلبية تشير إلى انخفاض في التغطية مع الوقت ، ويمثل ف الدرجة الحالية من التغطية السطحية.

يمكن التعبير عن معدل ثابت ك في شكل أرينيوس ، وإكسب (E - _A / RT) ، حيث E هي الطاقة _وتنشيط الامتزاز ، T هي درجة الحرارة المطلقة ، والبحث المستمر للغاز. ومن المعروف ان كعامل preexponential.

الجمع بين العلاقات والمعادلات الواردة أعلاه الغلة في نهاية المطاف تعبير عن طاقة التنشيط من حيث المتغيرات التي يمكن تحديده من خلال تحليلات TPD.

ملخص

بالكيماويات هي عملية أساسية في الحفز غير المتجانسة. فهم بالكيماويات العملية المرتبطة حفاز والمتفاعلة هو مفتاح السيطرة على تكوين وتصنيع المواد الحفازة وحافزا للتقييم. ولذلك ، والأدوات التحليلية القادرة على قياس الكيميائية والفيزيائية الأيسوثرم الامتزاز والمج وتلك القادرة على تحليل ردود الفعل temperatureprogrammed هي أدوات قوية في دراسة الحفز.

هذا المقال هو نسخة مختصرة من المقالة أشمل بعنوان " الامتزاز الكيميائي "، باعتبارها وتقنيات تحليلية ، وهي متاحة على Micromeritics موقع على شبكة الإنترنت.

المصدر : مؤسسة Micromeritics الصك .

لمزيد من المعلومات عن هذا المصدر ، يرجى زيارة Micromeritics شركة الصك .