化學吸附 - 化學吸附分析技術簡介 Micromeritics

包括的事宜

簡介
區分實際和化學吸附
化學吸著關係催化
化學吸著技術和方法催化劑的評估的
表面能
彙總

簡介

催化劑用於從消費品的生產的各種各樣的應用對環境保護的。 最佳設計和催化劑的高效的利用率要求對放射性材料的表面結構和表面化學的詳盡的瞭解。 化學吸附 (「化學吸著 ") 分析技術必要許多的情報評估催化劑材料在設計和生產階段,以及在使用期以後。 雖然催化劑和反應劑和產品可以是許多表單,此條款地址常用的異種催化劑。

區分實際和化學吸附

一種固體物料的一個特別特性是弱的表面能站點的配電器。 氣體或蒸氣分子可能變得被限制對這些站點。 這一般描述吸附現象。 表面佔去的分子的數量取決於幾個條件和表面功能包括溫度、壓、表面能配電器和這種固體的表面。 分子的數量的劇情被吸附與壓在恆溫稱吸附等溫線。

物理吸附 (「physissorpton ") 是相對地弱的範 der Waal 的在固定的表面和這個被吸附物 - 體引力之間的交往強制的結果。 物理吸附容易地被撤消。

根據氣體和固定,吸附現象可能也導致共享在這個被吸附物和固定的表面 - 一個化學鍵之間的電子。 這是化學吸附,并且不同於 physisorption,化學吸著是難撤消。 通常要求能源的一個重大的數量去除化工被吸附的分子。

在溫度和壓情況是有利條件下,物理吸附在所有表面進行。 化學吸著,然而,仅發生在某些吸附和吸附種類之間,并且,只有当表面被清洗以前被吸附的分子。 在適當的情況下,物理吸附可能導致形成多個層的被吸附的分子。 只要吸附可能聯繫與表面的直接聯繫化學吸著,另一方面,只進行; 通常認為一個單層進程。

物理吸附的特性是幾乎所有被吸附的分子可以被在吸附發生的同一個溫度的撤離去除。 因為它使可用對被吸附的分子必要這個的能源逃脫吸附站點,熱化加速解吸附作用。

一個化工被吸附的分子嚴格一定對表面,并且不可能逃脫,不用一個相對地很大數量的能源的彙集與必要的那比較解放一個實際上一定分子。 熱提供此能源,并且經常非常要求高溫清洗化工被吸附的分子表面。

Physisorption 傾向於仅發生在溫度在或在沸點吸附下附近以戰勝的壓。 這不是與化學吸著的實際情形。 化學吸著可能在溫度通常進行遠高於沸點吸附。

化學吸著關係催化

催化劑是影響一個化學反應的費率的材料。 催化劑不可能導致不會否則發生的回應; 它可能只增加這種回應處理平衡的費率。 ` 有效的』金屬的表面由化學吸著站點組成。 支持的催化劑是在支撐材料細致分開有效的金屬穀物被遞解的那些。 位於技術支持的表面的那些穀物是可用起反應與吸附。

如果回應的加速的費率完全歸結於分子的增加的濃度在表面,催化可能起因於反應劑的物理吸附。 這不是實際情形; 化學吸著是一個重要步驟,表面上修改反應劑 (被吸附的分子) 使它易接收對化學反應。 因為一個分析技術是很根本的在催化的研究中催化依賴性對形成有效的表面債券半成品是一個原因為什麼化學吸著

一個異種催化反應循環的階段是:

  1. 擴散 (運輸) 對催化劑的表面的反應劑
  2. 反應劑在用化學方法吸收的種類中的表面回應的化學吸著
  3. 產品的解放從催化劑的
  4. 產品擴散遠離准許的催化劑的表面的回收到第1步

預測效率第1步和第5步用分析技術幫助例如 porosimetry 物理吸附和的水銀,分析催化劑河床多孔性,催化劑巨型獨石或者催化劑材料各自的穀物。 分析第2步, 3 和 4 是化學吸著分析域。

化學吸著技術和方法催化劑的評估的

可能運用確定催化劑的相對效率在促進一種特殊回應或者使用化學吸著分析對研究催化劑毒化和在隨著時間的推移監控催化作用的降低使用。 等溫化學吸著分析用二個化學吸著技術執行: a) 靜態容量化學吸著和 b) 動態 (流的氣體) 化學吸著。 這個容量技術為得到化學吸著等溫線的高分辨率評定是方便的從非常低壓的到大氣壓在重要從最近四周的所有溫度到 1000 oC 或更加極大。

脈衝化學吸著,一個流的氣體技術,典型地進行以圍壓。 在這個範例在惰性氣體後流被清洗了,注射反應劑的少量,直到這個範例飽和。 一臺被校準的導熱性探測器 (TCD)用於確定反應劑分子的數量有效的站點佔去的在每射入。 最初的射入可能完全地用化學方法吸收; 在飽和最新射入都不會用化學方法吸收,指示飽和。 用化學方法吸收的氣體分子的數量直接地與放射性材料有關有效的表面。

每克用化學方法吸收的氣體的數量範例結合與這種回應的化學計量學的知識和與支撐材料混合的有效的金屬的數量在這種催化劑的公式化時允許百分比金屬散射被計算。 這可以是性能這種催化劑和一個重要經濟評定的重要指示符消耗大的有效的金屬如何在催化劑產品高效地被使用。

溫度被編程的解吸附作用 (TPD),溫度編程了減少 (TPR),并且溫度被編程的氧化作用 (TPO)是分析的催化劑三個非等溫方法。 溫度被編程的解吸附作用不典型地使用真空,在實際行業應用找到的更好的模擬的情況。 在 TPD 分析,材料在樣品管安置并且被預處理清洗激活表面。 其次,所選的氣體或蒸氣用化學方法吸收在有效的站點上,直到飽和達到,在後剩餘的分子驅趕出來與惰性氣體。

溫度 (能源) 被增加以一種受控費率,當惰性氣體恆流被維護在這個範例時。 惰性氣體和所有被放出的分子是由一臺導熱性探測器監控的。 TCD 信號與作為熱能被放出的分子的數量是按比例解決結合能。 數量被放出在特定溫度關於化學吸著站點的數量、力量和非均勻性的情報。

溫度被編程的減少主要用於學習種類的還原性例如在技術支持分散的金屬氧化物。 這介入流被稀釋的氫 (或另一種脫氧劑) 流在這個範例,當增加範例溫度。 下減少進行氫的數量被消耗的和溫度曲線圖在被評定。 氫的數量劇情被消耗與溫度可能導致一個或更多峰頂,并且得到的數據顯示可減少種類的數量在這個範例的,以及他們的活化能。

溫度被編程的氧化作用執行檢查催化劑可以被再氧化的區域。 通常這個範例被預處理,并且金屬氧化物減少到碱金屬。 當反應劑氣體,典型地 2% 氧氣,被應用於範例在脈衝或,二者擇一地,作為平穩的流,這個範例是激昂以一種均勻的速率。 氧化作用回應發生在一個特定溫度,并且氧氣發生的增加被定量。

表面能

當固定的表面顯示在吸附時,最精力充沛的站點首先佔用。 吸附熱在一個特定程度的表面覆蓋範圍 (裝載) 使用 Clausius- Clapeyron 等式,可以被計算。 此表達式描述等比容的吸附熱根據壓、溫度和氣體常數并且是特別可適用的對容量吸附技術得到的數據。

等比容吸附熱在覆蓋範圍的範圍的可以從吸附 isosteres 獲得,是壓劇情與溫度在被吸附的一個恆定的數量。 isosteres 從為在不同的溫度的同一材料得到的等溫線系列被提取。 在對數刻度密謀的 isostere 的傾斜 (lnP 與 1/T)n 提供一數據點 (qst, n),其中 n 表示覆蓋程度與 isostere 相關。 作為覆蓋範圍功能,相似的點劇情不同的覆蓋程度的描述表面能配電器。 在預測一種催化劑的活動的此信息幫助往一個特定化學反應的在一個特定溫度。

活化能可以從動態化學吸著技術得到的數據,特殊 TPD 也推導。 這個進程以這個方法在這個相反的方向作為為靜態容量技術描述的那。 在當前案件,熱 (能源) 是應用,當溫度增加,分子被解放按照最弱的接合的順序。 被放出的分子被轉移,并且 readsorption 沒有允許發生。 變化率表面覆蓋範圍或者裝載的,與變化率在溫度的有關。

簡單的分子解吸附作用的費率可能被塑造使用通常被表示為的一次動能學 - kq, k 是費率常數,指示對覆蓋範圍的這個負號減少與時間和 q 表示當前程度表面覆蓋範圍。

恆定的 k 可以表示以 Arrhenius 形式的費率, A exp (- E/RTA),其中 EA 是解吸附作用的活化能, T 是绝對溫度和 R 氣體常數。 A 叫作這個指數前因子。

結合關係和等式在根本上地存在了產生活化能的一個表達式根據可以取決於 TPD 分析的變量。

彙總

化學吸著是在異種催化的一個根本進程。 瞭解化學吸著進程與催化劑和反應劑相關是關鍵的對控制催化劑構成和製造和催化劑評估的。 所以,分析儀器能够評定化工和物理吸附和解吸附作用等溫線和那些能够分析 temperatureprogrammed 回應是強大的工具在催化的研究中。

此條款是作為一個分析技術題為的 「化學吸附」,一個更加全面的條款的一個濃縮的版本,可用在 Micromeritics』網站。

Micromeritics Instrument Corporation

來源: Micromeritics Instrument Corporation

關於此來源的更多信息请請參觀 Micromeritics Instrument Corporation

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

Last Update: 11. September 2013 07:30

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