Kemisk Adsorption - En Inledning till den Analytiska Tekniken för Kemisk Adsorption vid Micromeritics

Täckte Ämnen

Inledning
Göra Åtskillnad Mellan Läkarundersökning och Kemisk Adsorption
Förhållandet av Chemisorption till Catalysisen
ChemisorptionTekniker och Metoder för Utvärderingen av Katalysatorer
Ytbehandla Energier
Summariskt

Inledning

Katalysatorer används i en variation av applikationer från produktionen av konsumtionsvaror till skyddet av miljön. Optimaldesignen och effektiv utilization av katalysatorer kräver en grundlig överenskommelse av ytbehandla strukturerar och ytbehandlar kemi av den materiella aktivet. Kemiska analystekniker för adsorption (”chemisorption”) ger mycket av informationen som är nödvändig att utvärdera katalysatormaterial i designen, och produktionen arrangerar gradvis, såväl som efter en period av bruk. Även Om en katalysator och personerna som reagerar och produkterna kan vara av många bildar, denna artikel tilltalar gemensamt använda heterogena katalysatorer.

Göra Åtskillnad Mellan Läkarundersökning och Kemisk Adsorption

Ett särskiljande kännetecken av ett fast materiellt är en fördelning av svagt ytbehandlar energiplatser. Gasa, eller dunstmolekylar kan bli destinerade till dessa platser. Detta beskriver allmänt adsorptionfenomen. Antalet av molekylar som tas upp av ytbehandla, beror på flera villkorar och ytbehandlar inklusive temperatur för särdrag, pressar, ytbehandlar energifördelning och ytbehandlaområdet av heltäckandea. En täppa av antalet av molekylar som kontra adsorberas, pressar på den konstant temperaturen kallas adsorptionisothermen.

Läkarundersökningadsorption (”physissorpton”) är resultatet av förhållandevis svaga Skåpbil der Waals växelverkanstyrkor mellan heltäckandea ytbehandlar och adsorbaten - en läkarundersökningdragning. Läkarundersökningadsorption vändas om lätt.

Beroende av gasa och fast, kan adsorptionfenomen också resultera i dela av elektroner mellan adsorbaten och heltäckandea ytbehandla - en kemisk förbindelse. Denna är kemisk adsorption, och i motsats till physisorption, är chemisorption svår att vända om. Ett viktigt antal av energi krävs vanligt för att ta bort chemically adsorberade molekylar.

Läkarundersökningalla adsorption äger rum på ytbehandlar förutsatt att den temperatur och pressar villkorar är gynnsam. Chemisorption, uppstår emellertid endast mellan bestämda adsorbents och adsorptive art och, om endast ytbehandla göras ren av föregående adsorberade molekylar. Under riktigt villkorar, läkarundersökningadsorption kan resultera i adsorberade molekylar som bildar multipellagrar. Chemisorption å andra sidan, endast intäkter, så länge som det adsorptive kan göra direktkontakten med ytbehandla; det är vanligt ansett att vara ett processaa singel-lagrar.

Ett kännetecken av läkarundersökningadsorption är att nästan alla adsorberade molekylar kan tas bort av evakueringen på den samma temperaturen som adsorption uppstod på. Uppvärmning accelererar desorption, därför att den gör klart - som är tillgänglig till de adsorberade molekylarna energin som är nödvändig till flykten adsorptionplatsen.

En chemically adsorberad molekyl är starkt destinerad till ytbehandla och kan inte flykten utan tillströmningen av ett förhållandevis stort antal av energi som jämförs till det som är nödvändigt att befria en fysiskt destinerad molekyl. Denna energi ges by värmer, och ofta mycket krävs höga temperaturer till rengöringen en ytbehandla av chemically adsorberade molekylar.

Physisorption ansar för att uppstå endast på near temperaturer, eller nedanfört pressar kokpunkten av det adsorptive på segra. Detta är inte fallet med chemisorption. Chemisorption vanligt kan äga rum på temperaturer väl ovanför kokpunkten av det adsorptive.

Förhållandet av Chemisorption till Catalysisen

En katalysator är ett materiellt som påverkar klassa av en kemisk reaktion. En katalysator kan inte orsaka en reaktion som skulle annars för att inte uppstå; den kan endast förhöjning klassa som reaktionen att närma sig på equilibrium. Ytbehandla av en `-aktiv' belägger med metall komponeras av chemisorptionplatser. Stöttade katalysatorer är de som delade på fint korn av aktivet belägger med metall deporteras på en materiell service. De korn som lokaliseras på ytbehandla av servicen, är tillgängliga för att reagera med det adsorptive.

Om accelererade klassar av reaktion var enkelt tack vare en ökande koncentration av molekylar på ytbehandla, catalysis kunde resultera från läkarundersökningadsorption av personerna som reagerar. Detta är inte fallet; chemisorption är ett nödvändigt kliver och som synes att förändra personen som reagerar (den adsorberade molekylen) för att göra den mer mottaglig till kemisk reaktion. Beroendet av catalysisen på att bilda aktiv ytbehandlar förbindelseintermediates är en resonerar därför chemisorption, som en analytisk teknik är så grunden i studien av catalysisen.

Arrangerar av en heterogen katalytisk reaktion cyklar är:

  1. diffusion (transport) av personer som reagerar till ytbehandla av katalysatorn
  2. chemisorption av personer som reagerar ytbehandlar reaktioner bland chemisorbed art
  3. befrielse av produkter från katalysatorer
  4. diffusion av produkter i väg från ytbehandla av katalysatorn som låter återvinning kliva 1

Förutsägelsen effektiviteten av kliver 1, och 5 bistås av analytiska tekniker liksom porosimetry läkarundersökningadsorption och kvicksilver, som karakteriserar porositeten av katalysatorsängen, katalysatormonoliten eller de materiella individkornen av katalysatorn. Karakterisera kliver 2, 3, och 4 är området av chemisorptionanalyser.

ChemisorptionTekniker och Metoder för Utvärderingen av Katalysatorer

Chemisorptionanalyser kan appliceras för att bestämma en katalysators släktingeffektivitet, i att främja en särskild reaktion eller van vid studiekatalysator, förgiftning och i att övervaka degraderingen av katalytisk aktivitet med tiden av bruk. Isothermal chemisorptionanalyser utförs av två chemisorptiontekniker: chemisorption för statisk elektricitet för a) volymetrisk, och dynamisk (flöda gasa), chemisorption för b). Den volymetriska tekniken är lämplig för att erhålla en mätning med hög upplösning av chemisorptionisothermen från pressar mycket low till atmosfäriskt pressar på i grunden någon temperatur från near omgivande till C o1000 eller mer stor.

Pulsera chemisorption, flöda gasar teknik, utförs typisk på omgivande pressar. Gasa, litet antal av en person som reagerar injiceras, Efter ta prov har gjorts ren i ett flöde av inert, tills ta prov genomdränkas. En kalibrerad avkännare för termisk conductivity (TCD) är van vid bestämmer antalet av person som reagerarmolekylar som tas upp av aktivplatser på varje injektion. Initiala injektionar kan chemisorbeds totalt; på saturation som inga av de mer sistnämnda injektionarna ska, chemisorbeds och att indikera saturation. Numrera av molekylar av gasar chemisorbed förbinds direkt till aktivet ytbehandlar materiellt område av aktivet.

Antalet av gasar chemisorbed per gram av tar prov kombinerat med kunskapen av stökiometrin av reaktionen, och antalet av aktiv belägger med metall blandat med service som är materiell under utformningen av katalysatorn, låter procentna belägger med metall spridning som ska beräknas. Denna kan vara en viktig indikator av kapaciteten av katalysatorn, och ett viktigt ekonomiskt mäter av hur effektivt den dyra aktivet belägger med metall används i en katalysatorprodukt.

Temperatur-Programmerad Desorption (TPD), Temperatur Programmerade Förminskning (TPR), och Temperatur-Programmerad Oxidation (TPO) är tre non-isothermal metoder för att karakterisera katalysatorer. Temperatur-Programmerad desorption använder typisk inte en dammsuga, bättre simulering villkorar funnit i faktiska industriella applikationer. I TPD-analysen förläggas material i en ta provcell, och pretreated till rengöringen ytbehandlar aktivet. Därefter gasar ett utvalt, eller dunsten chemisorbeds på aktivplatserna, tills saturation uppnås, som de resterande molekylarna spolas efter ut med ett inert gasar.

Temperaturen (energi) ökas på kontrollerad klassar stunder som ett konstant flöde av inert gasar underhålls över ta prov. De inert gasar, och några desorbed molekylar övervakas av en avkännare för termisk conductivity. TCDNA signalerar är proportionella till antalet av molekylar desorbed som termisk energi övervinner den bindande energin. Antalet desorbed på specifika temperaturer ger information om numrera, styrkan och heterogeneityen av chemisorptionplatserna.

Temperatur-Programmerad förminskning är den främst van vid studien som reducibilityen av art liksom belägger med metall oxider skingrade på en service. Detta gäller att flöda en strömma av utspädda väten (eller ett annat förminskande medel) över ta prov, som ta provtemperaturen ökas. Antalet av konsumerade väten och temperaturen profilerar under vilket förminskningen ägde rum mätas. En täppa av antalet av den väten konsumerade kontra temperaturen kan den en eller flera jordbruksprodukter nå en höjdpunkt, och de erhållande datan avslöjer numrera av reducerbar art i ta prov såväl som deras aktiveringsenergier.

Temperatur-Programmerad oxidation utförs för att undersöka graden som en katalysator kan reoxidizeds till. Vanligt pretreateds ta prov, och belägga med metalloxiderna förminskas till basera belägger med metall. Ta prov värmas på ett enhetligt klassar, som personen som reagerar gasar, typisk 2% syre, appliceras till ta prov pulserar in eller, alternativt, som en stödja strömmer. Oxidationreaktionen uppstår på en specifik temperatur, och den resulterande uptaken av syre kvantifieras.

Ytbehandla Energier

När heltäckande ytbehandlar, utsatta till ett adsorptive, är de mest driftiga platserna upptas först. Värma av adsorption på en specifik grad av ytbehandlar täckning (ladda) kan beräknas genom att använda den Clausius- Clapeyron likställanden. Detta uttryck beskriver det isosteric värmer av adsorption benämner in av pressar, temperaturen och gasakonstanten och är bestämt tillämpbart till data erhållande av volymetriska adsorptiontekniker.

Det isosteric värmer av adsorption över en spänna av täckning kan erhållas från adsorptionisosteres, som är täppor av pressar vs. temperatur på en adsorberad konstant volym. Isosteresna dras ut från en familj av isotherms erhållande för samma som är materiella på olika temperaturer. Slutta av en isostere som konspireras på ett logaritmiskt fjäll (lnP vs 1/T)n ger en data pekar (qst, n), var n föreställer graden av täckning som är tillhörande med isosteren. En täppa av liknande pekar för olika grader av täckning beskriver ytbehandlaenergifördelningen som en fungera av täckning. Denna information bistår i förutsägelse aktiviteten av en katalysator in mot en specifik kemisk reaktion på en specifik temperatur.

Aktiveringsenergi också kan sluta sig till från data erhållande av den dynamiska chemisorptiontekniken, bestämt TPD. Det processaa vid denna metod är i motsatsriktningen som det som beskrivas för volymetrisk teknik för statisk elektricitet. Värma (energi) appliceras, och, som temperaturförhöjningar, befrias molekylar in beställer av den svagaste bindningen I det närvarande fallet. De desorbed molekylarna sopas bort, och ingen readsorption är tillåten att uppstå. Klassa av ändring av ytbehandlar täckning, eller att ladda, förbinds till klassa av ändring i temperatur.

Klassa av enkel molekylär desorption kan modelleras genom att använda 1st beställer kinetics som uttrycks gemensamt som - kq, var K är klassakonstanten, negationen undertecknar att indikera en förminskning i täckning med tid, och q föreställer strömgraden av ytbehandlar täckning.

Klassakonstanten K kan uttryckas i Arrhenius bildar, A exp (- E/RTA), var EA är aktiveringsenergin för desorption, T är evig sanningtemperaturen och R gasakonstanten. A är bekant som det preexponential dela upp i faktorer.

Kombinera förhållandena och likställandena framlade ovanför ultimately avkastningar som ett uttryck för aktiveringsenergi benämner in av variabler, som kan vara beslutsamma vid TPD-analyser.

Summariskt

Chemisorption är en grund som är processaa i heterogen catalysis. Överenskommelse det processaa tillhörande för chemisorption med en katalysator och en person som reagerar är nyckel- till att kontrollera sammansättningen och tillverkningen av katalysatorer och för katalysatorutvärdering. Därför analytiskt instrumenterar kapabelt av att mäta som är kemiskt, och läkarundersökningadsorption och desorptionisotherms och de som är kapabla av analysering av temperatureprogrammed reaktioner, är kraftiga bearbetar i studien av catalysisen.

Denna artikel är en förtätad version av en mer omfattande artikel betitlad ”Kemisk Adsorption,” som en Analytisk Teknik som är tillgänglig på den Micromeritics' webbplatsen.

Micromeritics Instrumentera Korporation

Källa: Micromeritics Instrumentera Korporation.

För mer information på denna källa behaga besök Micromeritics Instrumentera Korporation.

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

Last Update: 11. September 2013 07:39

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit