化学吸附 - 化学吸附分析技术简介 Micromeritics

包括的事宜

简介
区分实际和化学吸附
化学吸着关系催化
化学吸着技术和方法催化剂的评估的
表面能
汇总

简介

催化剂用于从消费品的生产的各种各样的应用对环境保护的。 最佳设计和催化剂的高效的利用率要求对放射性材料的表面结构和表面化学的详尽的了解。 化学吸附 (“化学吸着 ") 分析技术必要许多的情报评估催化剂材料在设计和生产阶段,以及在使用期以后。 虽然催化剂和反应剂和产品可以是许多表单,此条款地址常用的异种催化剂。

区分实际和化学吸附

一种固体物料的一个特别特性是弱的表面能站点的配电器。 气体或蒸气分子可能变得被限制对这些站点。 这一般描述吸附现象。 表面占去的分子的数量取决于几个条件和表面功能包括温度、压、表面能配电器和这种固体的表面。 分子的数量的剧情被吸附与压在恒温称吸附等温线。

物理吸附 (“physissorpton ") 是相对地弱的范 der Waal 的在固定的表面和这个被吸附物 - 体引力之间的交往强制的结果。 物理吸附容易地被撤消。

根据气体和固定,吸附现象可能也导致共享在这个被吸附物和固定的表面 - 一个化学键之间的电子。 这是化学吸附,并且不同于 physisorption,化学吸着是难撤消。 通常要求能源的一个重大的数量去除化工被吸附的分子。

在温度和压情况是有利条件下,物理吸附在所有表面进行。 化学吸着,然而,仅发生在某些吸附和吸附种类之间,并且,只有当表面被清洗以前被吸附的分子。 在适当的情况下,物理吸附可能导致形成多个层的被吸附的分子。 只要吸附可能联系与表面的直接联系化学吸着,另一方面,只进行; 通常认为一个单层进程。

物理吸附的特性是几乎所有被吸附的分子可以被在吸附发生的同一个温度的撤离去除。 因为它使可用对被吸附的分子必要这个的能源逃脱吸附站点,热化加速解吸附作用。

一个化工被吸附的分子严格一定对表面,并且不可能逃脱,不用一个相对地很大数量的能源的汇集与必要的那比较解放一个实际上一定分子。 热提供此能源,并且经常非常要求高温清洗化工被吸附的分子表面。

Physisorption 倾向于仅发生在温度在或在沸点吸附下附近以战胜的压。 这不是与化学吸着的实际情形。 化学吸着可能在温度通常进行远高于沸点吸附。

化学吸着关系催化

催化剂是影响一个化学反应的费率的材料。 催化剂不可能导致不会否则发生的回应; 它可能只增加这种回应处理平衡的费率。 ` 有效的’金属的表面由化学吸着站点组成。 支持的催化剂是在支撑材料细致分开有效的金属谷物被递解的那些。 位于技术支持的表面的那些谷物是可用起反应与吸附。

如果回应的加速的费率完全归结于分子的增加的浓度在表面,催化可能起因于反应剂的物理吸附。 这不是实际情形; 化学吸着是一个重要步骤,表面上修改反应剂 (被吸附的分子) 使它易接收对化学反应。 因为一个分析技术是很根本的在催化的研究中催化依赖性对形成有效的表面债券半成品是一个原因为什么化学吸着

一个异种催化反应循环的阶段是:

  1. 扩散 (运输) 对催化剂的表面的反应剂
  2. 反应剂在用化学方法吸收的种类中的表面回应的化学吸着
  3. 产品的解放从催化剂的
  4. 产品扩散远离准许的催化剂的表面的回收到第1步

预测效率第1步和第5步用分析技术帮助例如 porosimetry 物理吸附和的水银,分析催化剂河床多孔性,催化剂巨型独石或者催化剂材料各自的谷物。 分析第2步, 3 和 4 是化学吸着分析域。

化学吸着技术和方法催化剂的评估的

可能运用确定催化剂的相对效率在促进一种特殊回应或者使用化学吸着分析对研究催化剂毒化和在随着时间的推移监控催化作用的降低使用。 等温化学吸着分析用二个化学吸着技术执行: a) 静态容量化学吸着和 b) 动态 (流的气体) 化学吸着。 这个容量技术为得到化学吸着等温线的高分辨率评定是方便的从非常低压的到大气压在重要从最近四周的所有温度到 1000 oC 或更加极大。

脉冲化学吸着,一个流的气体技术,典型地进行以围压。 在这个范例在惰性气体后流被清洗了,注射反应剂的少量,直到这个范例饱和。 一台被校准的导热性探测器 (TCD)用于确定反应剂分子的数量有效的站点占去的在每射入。 最初的射入可能完全地用化学方法吸收; 在饱和最新射入都不会用化学方法吸收,指示饱和。 用化学方法吸收的气体分子的数量直接地与放射性材料有关有效的表面。

每克用化学方法吸收的气体的数量范例结合与这种回应的化学计量学的知识和与支撑材料混合的有效的金属的数量在这种催化剂的公式化时允许百分比金属散射被计算。 这可以是性能这种催化剂和一个重要经济评定的重要指示符消耗大的有效的金属如何在催化剂产品高效地被使用。

温度被编程的解吸附作用 (TPD),温度编程了减少 (TPR),并且温度被编程的氧化作用 (TPO)是分析的催化剂三个非等温方法。 温度被编程的解吸附作用不典型地使用真空,在实际行业应用找到的更好的模拟的情况。 在 TPD 分析,材料在样品管安置并且被预处理清洗激活表面。 其次,所选的气体或蒸气用化学方法吸收在有效的站点上,直到饱和达到,在后剩余的分子驱赶出来与惰性气体。

温度 (能源) 被增加以一种受控费率,当惰性气体恒流被维护在这个范例时。 惰性气体和所有被放出的分子是由一台导热性探测器监控的。 TCD 信号与作为热能被放出的分子的数量是按比例解决结合能。 数量被放出在特定温度关于化学吸着站点的数量、力量和非均匀性的情报。

温度被编程的减少主要用于学习种类的还原性例如在技术支持分散的金属氧化物。 这介入流被稀释的氢 (或另一种脱氧剂) 流在这个范例,当增加范例温度。 下减少进行氢的数量被消耗的和温度曲线图在被评定。 氢的数量剧情被消耗与温度可能导致一个或更多峰顶,并且得到的数据显示可减少种类的数量在这个范例的,以及他们的活化能。

温度被编程的氧化作用执行检查催化剂可以被再氧化的区域。 通常这个范例被预处理,并且金属氧化物减少到碱金属。 当反应剂气体,典型地 2% 氧气,被应用于范例在脉冲或,二者择一地,作为平稳的流,这个范例是激昂以一种均匀的速率。 氧化作用回应发生在一个特定温度,并且氧气发生的增加被定量。

表面能

当固定的表面显示在吸附时,最精力充沛的站点首先占用。 吸附热在一个特定程度的表面覆盖范围 (装载) 使用 Clausius- Clapeyron 等式,可以被计算。 此表达式描述等比容的吸附热根据压、温度和气体常数并且是特别可适用的对容量吸附技术得到的数据。

等比容吸附热在覆盖范围的范围的可以从吸附 isosteres 获得,是压剧情与温度在被吸附的一个恒定的数量。 isosteres 从为在不同的温度的同一材料得到的等温线系列被提取。 在对数刻度密谋的 isostere 的倾斜 (lnP 与 1/T)n 提供一数据点 (qst, n),其中 n 表示覆盖程度与 isostere 相关。 作为覆盖范围功能,相似的点剧情不同的覆盖程度的描述表面能配电器。 在预测一种催化剂的活动的此信息帮助往一个特定化学反应的在一个特定温度。

活化能可以从动态化学吸着技术得到的数据,特殊 TPD 也推导。 这个进程以这个方法在这个相反的方向作为为静态容量技术描述的那。 在当前案件,热 (能源) 是应用,当温度增加,分子被解放按照最弱的接合的顺序。 被放出的分子被转移,并且 readsorption 没有允许发生。 变化率表面覆盖范围或者装载的,与变化率在温度的有关。

简单的分子解吸附作用的费率可能被塑造使用通常被表示为的一次动能学 - kq, k 是费率常数,指示对覆盖范围的这个负号减少与时间和 q 表示当前程度表面覆盖范围。

恒定的 k 可以表示以 Arrhenius 形式的费率, A exp (- E/RTA),其中 EA 是解吸附作用的活化能, T 是绝对温度和 R 气体常数。 A 叫作这个指数前因子。

结合关系和等式在根本上地存在了产生活化能的一个表达式根据可以取决于 TPD 分析的变量。

汇总

化学吸着是在异种催化的一个根本进程。 了解化学吸着进程与催化剂和反应剂相关是关键的对控制催化剂构成和制造和催化剂评估的。 所以,分析仪器能够评定化工和物理吸附和解吸附作用等温线和那些能够分析 temperatureprogrammed 回应是强大的工具在催化的研究中。

此条款是作为一个分析技术题为的 “化学吸附”,一个更加全面的条款的一个浓缩的版本,可用在 Micromeritics’网站。

Micromeritics Instrument Corporation

来源: Micromeritics Instrument Corporation

关于此来源的更多信息请参观 Micromeritics Instrument Corporation

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

Last Update: 11. September 2013 07:29

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