Химическая Адсорбция - Введение к Методу Химической Адсорбцией Аналитически Micromeritics

Покрытые Темы

Введение
Дифференцировать Физическую и Химическую Адсорбцию
Отношение Хемосорбции к Катализированию
Методы и Методы Хемосорбции для Оценки Катализаторов
Поверхностные Энергии
Сводка

Введение

Катализаторы использованы в разнообразие применениях от продукции товаров широкого потребления к предохранению окружающей среды. Оптимальная конструкция и эффективное использование катализаторов требуют тщательного вникания поверхностной химии структуры и поверхности активного вещества. Методы анализа Химической адсорбцией («хемосорбцией ") обеспечивают много из информации необходимой, что оценил материалы катализатора в конструкции и этапах производства, так же, как после периода пользы. Хотя катализатор и реактанты и продукты могут быть много форм, адреса этой статьи обыкновенно использовали несродные катализаторы.

Дифференцировать Физическую и Химическую Адсорбцию

Своеобразнейшая характеристика твердого материала распределение слабых мест поверхностной энергии. Молекулы Газа или пара могут стать связанными к этим местам. Это вообще описывает явление адсорбцией. Количество молекул принятых вверх поверхностными быть в зависимости от несколько условия и поверхностных характеристик включая температуру, давление, распределение поверхностной энергии, и поверхностную зону твердого тела. График количества молекул адсорбированных против давления на температуре постоянного вызван изотермой адсорбцией.

Физическая адсорбция («physissorpton ") результат относительно слабого усилий взаимодействия Van der Waal's между твердой поверхностью и адсорбатом - физической привлекательностью. Физическая адсорбция легко обращена.

В зависимости от газа и твердо, явление адсорбцией также может привести к в делить электронов между адсорбатом и твердой поверхностью - химическым соединением. Это химическая адсорбция и не похож на physisorption, хемосорбция трудна для того чтобы обратить. Необходимо, что извлекает значительно количество энергии обычно химически адсорбированные молекулы.

Физическая адсорбция осуществляет на всех поверхностях при условии, что условия температуры и давления благоприятны. Хемосорбция, однако, происходит только между некоторыми адсорбентами и адсорбционным видом и только если поверхность очищена ранее адсорбированных молекул. Под правильными условиями, физическая адсорбция может привести к в адсорбированных молекулах формируя множественные слои. Хемосорбция, с другой стороны, только продолжает покуда адсорбционное может коснуться непосредственный контакт с поверхностью; обычно рассмотрены, что будет однослойным процессом.

Характеристика физической адсорбции что почти все адсорбированные молекулы могут извлечься опорожнением на такой же температуре на которой адсорбция произошла. Топление ускоряет ход десорбции потому что оно делает охотно - доступной к адсорбированным молекулам энергия необходимая, что избеубежала место адсорбцией.

Химически адсорбированная молекула сильно прыгнута к поверхности и не может избеубежать без притока относительно большое количество энергии сравненной к тому необходимому, что освободил физически прыгнутую молекулу. Эта энергия обеспечена жарой и часто очень необходимы, что очищают высокие температуры поверхность химически адсорбированных молекул.

Physisorption клонит произойти только на температурах около или под температуры кипения адсорбционного на превалируя давлении. Это нет случая с хемосорбцией. Хемосорбция обычно может осуществлять на температурах значительно выше температура кипения адсорбционного.

Отношение Хемосорбции к Катализированию

Катализатор материал который влияет на тариф химической реакции. Катализатор не может причинить реакцию которая в противном случае не произошла бы; он только может увеличить тариф на котором реакция причаливает уравновешению. Поверхность металла ` активного' составлена мест хемосорбции. Поддержанные катализаторы те на которых тонко распыленные зерна активного металла ы на материале поддержки. Те зерна расположенные на поверхности поддержки имел в распоряжении прореагировать с адсорбционным.

Если ускорять ход тариф реакции был просто должн к увеличенной концентрации молекул на поверхности, то катализирование смогло привести к от физической адсорбции реактантов. Это нет случая; хемосорбция необходимый шаг, по-видимому изменяя реактант (адсорбированную молекулу) для того чтобы сделать ее более восприимчивым к химической реакции. Зависимость катализирования на формировать активные промежуточные звена скрепления поверхности одна причина почему хемосорбция по мере того как аналитически метод настолько основной в изучении катализирования.

Этапы несродного цикла каталитической реакции являются следующими:

  1. диффузия (переход) реактантов к поверхности катализатора
  2. хемосорбция реакций поверхности реактантов среди chemisorbed видов
  3. высвобождение продуктов от катализаторов
  4. диффузия продуктов далеко от поверхности катализатора, котор нужно позволить рециркулировать к разделу 1

Предсказывать эффективность разделов 1 и 5 помогать аналитически методами как физическая адсорбция и ртуть porosimetry, которые характеризуют пористость каталитического восстановления, монолит катализатора, или индивидуальные зерна материала катализатора. Характеризующ разделы 2, 3, и 4 домен анализов хемосорбции.

Методы и Методы Хемосорбции для Оценки Катализаторов

Анализы Хемосорбции могут быть прикладной определить относительную эффективность катализатора в повышать определенную реакцию, или использовано к отравлению катализатора изучения и в контролировать ухудшение каталитической деятельности над временем пользы. Изотермические анализы хемосорбции выполнены 2 методами хемосорбции: хемосорбция a) статическая объемная, и хемосорбция b) динамическая (пропуская газ). Объемный метод удобн для получать измерение высок-разрешения изотермы хемосорбции от очень низкого давления к атмосферному давлению на существенно любой температуре от близко окружающего к C o1000 или больш.

Хемосорбция ИМПа Ульс, пропуская метод газа, типично выполнена на окружающем давлении. После Того Как образец был очищен в подаче инертного газа, малые количества реактанта впрыснуты до тех пор пока образец не насыщен. Откалибрированный детектор термальной проводимости (TCD) использован для того чтобы определить количество молекул реактанта принятых вверх активными местами на каждой впрыске. Начальные впрыски могут быть chemisorbed полностью; на сатурации никакие из более последних впрысок будут chemisorbed, показывая сатурацию. Число chemisorbed молекул газа сразу отнесено к активной поверхностной зоне активного вещества.

Количество газа chemisorbed в грамм образца совмещенный с знанием стехиометричности реакции и количество активного металла смешанное с материалом поддержки во время образования катализатора позволяют рассеиванию металла процентов быть высчитанным. Это может быть важным индикатором представления катализатора и важного хозяйственного измерения как эффективно дорогий активный металл используется в продукте катализатора.

Температур-Запрограммированная Десорбция (TPD), Температура Запрограммировала Уменьшение (TPR) и Температур-Запрограммированная Оксидация (TPO) 3 non-изотермических метода для характеризовать катализаторы. Температур-Запрограммированная десорбция типично не использует вакуум, более лучшие имитируя условия найденные в фактических промышленных применениях. В анализе TPD, материалы помещены в клетке образца и pretreated для того чтобы очистить поверхности active. Затем, выбранные газ или пар chemisorbed на активные места до тех пор пока сатурация не достигана, после чего остальные молекулы потоплены вне с инертным газом.

Температура (энергия) увеличена на контролируемом тарифе пока подача постоянного инертного газа поддержана над образцом. Инертный газ и все десорбированные молекулы проконтролированы детектором термальной проводимости. Сигнал TCD пропорциональн к количеству молекул десорбированных как тепловая энергия отжимает binding энергию. Количества десорбированные на специфических температурах обеспечивают информацию о числе, прочности, и разнородности мест хемосорбции.

Температур-Запрограммированное уменьшение главным образом использовано для того чтобы изучить восстановляемость вида как окиси металла разметанные на поддержке. Это включает пропустить поток разбавленного водопода (или другого разбавителя) над образцом по мере того как температура образца увеличена. Измерены уничтоженное количество водопода и профиль температуры под которым уменьшение осуществило. График количества водопода уничтоженного против температуры может произвести одни или больше пики и полученные данные показывают число reducible вида в образце, так же, как их энергии активации.

Температур-Запрограммированная оксидация выполнена для того чтобы рассмотреть размер к которому катализатор можно reoxidized. Обычно образец pretreated и окиси металла уменьшены к основной металл. Образец heated на равномерном тарифе по мере того как газ реактанта, кислород типично 2%, прикладной к образцу в ИМПах ульс или, альтернативно, как устоичивый поток. Реакция оксидации происходит на специфической температуре и квантифицировано приводя к понимание кислорода.

Поверхностные Энергии

Когда твердая поверхность подвергается действию к адсорбционному, самые напористые места заняты сперва. Жару адсорбции на специфической степени поверхностного охвата (нагрузки) можно высчитать используя уровнение Clausius- Clapeyron. Это выражение описывает isosteric жару адсорбции оперируя понятиями давления, температуры, и газовой константы и в частности применимо к данным полученным методами объемной адсорбции.

Isosteric нагрюет адсорбции над рядом охвата можно получить от isosteres адсорбцией, которые графики давления против адсорбированной температуры при постоянном объеме. Isosteres извлечены от семейства изотерм полученных для такого же материала на различных температурах. Наклон isostere прокладывать курс на логарифмическом маштабе (lnP против 1/T)n обеспечивает одно частное значение (qst, n), где n представляет степень охвата связанную с isostere. График подобных пунктов для различных градусов охвата описывает распределение поверхностной энергии как функция охвата. Помощь Этой информации в предсказывать работу катализатора к специфической химической реакции на специфической температуре.

Энергию Активации также можно дедуцировать от данных полученных динамическим методом хемосорбции, в частности TPD. Процесс этим методом в противоположном направлении как то описанное для статического объемного метода. В присутствующем случае, жара (энергия) прикладной и, по мере того как температура увеличивает, молекулы освобождена в порядке самого слабого выпуска облигаций. Десорбированные молекулы подметены прочь и никакое readsorption не позволено произойти. Темп изменения поверхностного охвата, или нагружать, отнесен к темпу изменения в температуре.

Тариф простой молекулярной десорбции может быть моделирован используя кинетику 1-ого заказа обыкновенно выражаемую как - kq, где k константа тарифа, отрицательный знак показывая уменьшение в охвате с временем, и q представляет настоящую степень поверхностного охвата.

Тариф постоянн k можно выразить в форме Arrhenius, A exp (- E/RTA), где EA энергия активации для десорбции, T абсолютная температура, и R газовая константа. A как preexponential фактор.

Совмещать отношения и уровнения представил над в конечном счете производит выражение для энергии активации оперируя понятиями переменных величин которые могут быть определены анализами TPD.

Сводка

Хемосорбция основной процесс в гетерогенном катализе. Понимать процесс хемосорбции связанный с катализатором и реактантом ключев к контролировать состав и изготовление катализаторов и для оценки катализатора. Поэтому, аналитически аппаратуры способные измерять химическую и физическую адсорбцию и изотермы и те десорбции способные анализировать temperatureprogrammed реакции мощные инструменты в изучении катализирования.

Эта статья сконденсированная версия более всесторонней статьи озаглавленной «Химической Адсорбцией,» как Аналитически Метод, доступный на вебсайт Micromeritics'.

Micromeritics Аппаратура Корпорация

Источник: Micromeritics Аппаратура Корпорация.

Для больше информации на этом источнике пожалуйста посетите Micromeritics Аппаратуру Корпорацию.

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

Last Update: 11. September 2013 07:37

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit