化学吸着 - Micromeritics 著化学吸着の解析技法への紹介

カバーされるトピック

導入
物理的な、化学吸着の区別
触媒作用への化学吸着の関係
触媒の評価のための化学吸着技術そして方法
表面エネルギー
概要

導入

触媒は消費財の生産からの環境保護へのいろいろなアプリケーションで使用されます。 触媒の最適デザインそして効率的な利用は核分裂物質の表面の構造および表面化学の完全な理解を必要とします。 化学吸着 (「化学吸着」) の分析の技術はデザインおよび生産段階の、また使用のピリオド後の触媒材料を評価するのに必要な情報の多くを提供します。 触媒および反応体および製品が多くの形式である場合もあるがこの記事アドレス広く使われた異質触媒。

物理的な、化学吸着の区別

固体材料の特有な特性は弱い表面エネルギーサイトの分布です。 ガスまたは蒸気分子はこれらのサイトにバインドされるようになることができます。 これは一般に吸着現象を記述します。 表面によってとられる量の分子は固体の温度、圧力、表面エネルギー分布および表面積を含む複数の条件そして表面機能によって決まります。 一定した温度で圧力対吸着される量の分子のプロットは吸着等温線と呼出されます。

物理吸着 (「physissorpton」) は比較的弱い固体表面と吸着質 - 肉体的な魅力間のヴァン der Waal's の相互作用力の結果です。 物理吸着は容易に逆転します。

ガスによって固体、吸着現象はまた吸着質と固体表面 - 化学結合間の電子の共有で起因し。 これは化学吸着であり、 physisorption とは違って、化学吸着は逆転しにくいです。 重要な量のエネルギーは通常化学的に吸着された分子を除去するために必要となります。

物理吸着はすべての表面で温度および圧力状態が好ましければ起こります。 しかし化学吸着はある特定の吸着剤と吸着性種の間にだけ表面が前に吸着された分子のきれいになるときだけ発生し。 適切な条件の下で、物理吸着は多重層を形作る吸着された分子で起因できます。 化学吸着は、一方では、吸着性が表面が付いている直接接触を作ることができる限りだけ進みます; 通常単層プロセスであることを考慮します。

物理吸着の特性はほとんどすべての吸着された分子が吸着が発生した同じ温度の避難によって除去することができることです。 暖房は吸着された分子にすぐに利用できる吸着サイトを脱出するのに必要なエネルギーを作るので脱着を加速します。

化学的に吸着された分子は表面に強く区切られ、必要なそれと比較される比較的たくさんのエネルギーの流入なしで物理的に区切られた分子を解放するのに脱出できません。 このエネルギーは熱によって提供され、化学的に吸着された分子の表面をきれいにするために頻繁に非常に高温は必要となります。

Physisorption は勝つ圧力に吸着性の沸点の近くにまたはの下に温度にだけ発生しがちです。 これは化学吸着を用いるそうではないです。 化学吸着は通常吸着性の沸点の上で温度でよく起こることができます。

触媒作用への化学吸着の関係

触媒は化学反応のレートに影響を与える材料です。 触媒により別の方法で発生しない反作用を引き起こすことができません; それは反作用が平衡に近づくレートしか高めないことができます。 ` の実行中の」金属の表面は化学吸着のサイトで構成されます。 サポートされた触媒は精巧に実行中の金属の穀物を追放されるサポート資料で分けた触媒です。 サポートの表面にあるそれらの穀物は吸着性と反応して使用できます。

反作用の加速されたレートが表面で分子の高められた集中が単に原因、触媒作用は反応体の物理吸着に起因してもよい。 これは事実ではないです; 化学吸着はそれを化学反応により感受性が強くさせるために外見上反応体 (吸着された分子) を変える必要なステップ、です。 実行中の表面の結束の中間物の形成への触媒作用の依存は解析技法が触媒作用の調査でとても基本的であるので 1 つの理由なぜ化学吸着です。

異質触媒反応のサイクルの段階は次のとおりです:

  1. 触媒の表面への反応体の拡散 (輸送)
  2. 化学吸着で吸収された種間の反応体の表面の反作用の化学吸着
  3. 触媒からの製品の解放
  4. ステップ 1 にリサイクルすることを割り当てるべき触媒の表面からの製品の拡散

ステップ 1 および 5 の効率を予測することは触媒のベッドの気孔率、触媒材料の触媒のモノリス、または個々の穀物を特徴付ける porosimetry 物理吸着および水銀のような解析技法によって助けられます。 ステップ 2 を、 3 つ特徴付けておよび 4 つは化学吸着の分析の領域です。

触媒の評価のための化学吸着技術そして方法

化学吸着の分析は促進することと使用の触媒作用作業の劣化を一定時間にわたり監視すること定めるためにの触媒の相対的な効率を調査の触媒の中毒へ特定の反作用を適用される、または使用されるかもしれません。 等温の化学吸着の分析は 2 つの化学吸着の技術によって行われます: a) 静的な容積測定の化学吸着および b) ダイナミックな (流れるガスの) 化学吸着。 容積測定の技術は本質的に得る近い包囲されたからの 1000 の C にあらゆる温度でために便利非常に低圧からの大気圧に化学吸着の等温線の高解像の測定を oかより大きいです。

パルスの化学吸着、流れるガスの技術は包囲された圧力で、普通行われます。 サンプルが不活性ガスの流れできれいになった後、反応体の少しはサンプルが飽和するまで注入されます。 目盛りを付けられた熱伝導度の探知器が (TCD)量の各注入に実行中のサイトによってとられる反応体の分子を定めるのに使用されています。 最初の注入は全く化学吸着で吸収されるかもしれません; 彩度に彩度を明記するより遅い注入のどれも化学吸着で吸収されません。 化学吸着で吸収されるガスの分子の番号は核分裂物質の実行中の表面積と直接関連しています。

反作用の化学量論の知識と結合されるサンプルの 1 グラムあたり化学吸着で吸収される量のガスおよび触媒の公式の間にサポート資料と混合される量の実行中の金属はパーセントの金属の分散が計算されるようにします。 これはである効率的に高い実行中の金属が触媒の製品でどのようにの用いられているか触媒のパフォーマンスおよび重要な経済的な測定の重要な表示器場合もあります。

温度プログラムされた脱着 (TPD)、温度は減少 (TPR) をプログラムし、温度プログラムされた酸化は (TPO)触媒を特徴付けるための 3 つの非等温方法です。 温度プログラムされた脱着は普通真空、実際の産業アプリケーションで見つけられるよりよい模倣の条件を用いません。 TPD の分析では、材料はサンプルセルに置かれ、能動態の表面をきれいにするために前処理をされます。 彩度が達成される、そのあとで残りの分子は不活性ガスと流し出されます次にまで、指定ガスか蒸気は実行中のサイトに化学吸着で吸収されます。

不活性ガスの一定した流れがサンプルに維持される間、温度 (エネルギー) は制御されたレートで増加します。 不活性ガスおよび脱着させた分子は熱伝導度の探知器によって監察されます。 TCD のシグナルは熱エネルギーとして脱着する量の分子に比例しています克服します結合エネルギーを。 特定の温度で脱着する量は化学吸着のサイトの番号、強さおよび不均質についての情報を提供します。

温度プログラムされた減少が主にサポートで分散する金属酸化物のような種の希釈性を調査するのに使用されています。 これはサンプル温度が増加すると同時にサンプル上の薄くされた水素 (または別の還元剤) の流れることを含みますストリーム。 消費される減少が起こった温度プロフィールおよび量はの水素測定されます。 温度対消費される量の水素のプロットは 1つ以上のピークを作り出すことができ、得られるデータはサンプルの可約種の番号、また活性化エネルギーを明らかにします。

温度プログラムされた酸化は触媒が再酸化させることができる範囲を検査するために行われます。 通常サンプルは前処理をされ、金属酸化物は母材に減ります。 サンプルは反応体のガス、普通 2% の酸素がパルスのまたは、代わりに、安定したストリームとしてサンプルに、加えられると同時に均一レートで熱くします。 酸化反作用は特定の温度に発生し、酸素の生じる通風管は量を示されます。

表面エネルギー

固体表面が吸着性 -- にさらされるとき、最も精力的なサイトは最初に占められます。 特定の程度の表面の適用範囲 (ローディング) の吸着の熱は Clausius- Clapeyron の同等化を使用して計算することができます。 この表現は圧力、温度および気体定数の点では吸着の isosteric 熱を記述し、容積測定の吸着技術によって得られるデータに特に適当です。

isosteric 吸着される一定したボリュームに圧力のプロット対温度である吸着 isosteres から適用範囲の範囲上の吸着の得ることができます熱します。 isosteres は異なった温度の同じ材料のために得られる等温線の系列から得られます。 n が isostere と関連付けられる適用範囲の程度を表すところ対数目盛n で計画される isostere のst斜面 (lnP は対 1/T) 1 つのデータ点 (q の n) を提供します。 異なった程度の適用範囲のための同じようなポイントのプロットは適用範囲の機能として表面エネルギー分布を記述します。 特定の温度の特定の化学反応の方の触媒の作業の予測のこの情報エイド。

活性化エネルギーはまたダイナミックな化学吸着の技術によって得られるデータ特に TPD から推論することができます。 プロセスは静的な容積測定の技術のために記述されているそれとして反対の方向にこの方法によりあります。 現在のケースでは、温度が増加するので熱 (エネルギー) は最も弱い結合の順で応用および、分子解放されますです。 脱着させた分子は掃除され、 readsorption が発生しない注意します。 表面の適用範囲、またはローディングの変化率は温度の変化率と、関連しています。

簡単な分子脱着のレートは一般に表現される第 1 順序の動力学を使用してように模倣されるかもしれません - k がレートの定数である kq は、時間および q と適用範囲の減少を明記する負の符号表面の適用範囲の現在の程度を表します。

一定した k が Arrhenius 形式、 A Exp. に (- E が脱着のためのA活性化エネルギーであるところに E/RTA )、 T 表現することができるレートは絶対温度および R 気体定数です。 A は preexponential 要因として知られています。

関係および同等化を結合することは TPD の分析によって定めることができる変数の点では最終的にの上でもたらします活性化エネルギーのための表現を示しました。

概要

化学吸着は異質触媒作用の基本的なプロセスです。 触媒および反応体と関連付けられる化学吸着プロセスを理解することは触媒のそして触媒の評価のための構成そして製造の制御に主です。 従って、化学および物理吸着および temperatureprogrammed 反作用を分析することができる脱着の等温線およびそれらを測定することができる分析的な器械は触媒作用の調査の強力なツールです。

この記事は Micromeritics ので」使用できる解析技法として 「化学吸着」、とよばれる広範囲の記事の凝縮させたバージョンウェブサイトです。

Micromeritics Instrument Corporation

ソース: Micromeritics Instrument Corporation

このソースのより多くの情報のために Micromeritics Instrument Corporation を訪問して下さい。

Date Added: Jul 2, 2010 | Updated: Sep 11, 2013

Last Update: 11. September 2013 07:34

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