第五章 催化剂表征与所用仪器.ppt

第五章工业催化剂的活性评价与宏观物性表征 中南大学化学化工学院2004 11 估量催化剂价值的四个指标 1 活性 2 选择性3 寿命4 价格实验室与工业装置测定催化剂活性的差异 活性评价必须在实验室小规模 但不能准确估量大规模装置内的催化性能 两者要关联 工业反应器的原料气速大 外扩散可消除 催化剂的表征手段与所用仪器 催化剂概述催化剂的性能指标催化剂宏观物理性质测定近代物理方法在催化剂表征中的应用简介 催化剂概述 2 1Catalystisthebasisofchemistryindustry Catalystandcatalysis催化剂是指一种能够改变化学反应速度而本身不参与最终产物的物质 催化作用是一种化学作用 是靠用量极少而本身不被消耗的一种叫做催化剂的外加物质来加速化学反应的现象 催化剂概述 Thebasiccharactersofcatalysts1 catalystscanacceleratethespeedofchemicalreaction meanwhileitdoesn tinvolveintheendproduct 2 catalystshaveselectivity 3 itcouldonlyacceleratethepotentialthermalreactions 4 itcouldonlychangethereactionspeedinsteadoftheequivalence Theclassificationofcatalystsaccordingtotheprocesscharacteristics theyareusuallydividedinto均相配合物催化剂 多相固体催化剂和酶催化剂三大类 催化剂的性能指标 Generally catalystshavesomecharactersasfollows 1 活性 2 selectivity 3 mechanicalstrength 4 lifecycle 5 geometrymechanicalcharacter 6 macrophysicalstructure 7 microphysicalstructure etc Somecorrespondingparametersthatareusedintheindustrialproduction 1 conversionrate2 spacevelocity3 spacetimeyield4 selectivity5 yieldperpass 催化剂宏观物理性质测定 工业催化剂或载体是具有发达孔系和一定内外表面的颗粒集合体 若干晶粒聚集为大小不一的微米级颗粒 实际成形催化剂的颗粒或二次粒子间 堆积形成的孔隙与晶粒内和晶粒间微孔 构成该粒团的孔系结构催化剂的直径和粒径分布表示粒径分布最简单的方法是直方图 测量粒径1nm以上的粒度 最简单的是用标准筛进行筛分法 此外还有光学显微镜 重力沉降 扬析法 沉降光透法及光衍射法机械强度的测定一般有单粒抗压碎强度的测定 堆积抗压碎强度测定磨损性能试验抗毒稳定性及其测定比表面积测定与孔结构表征 重点介绍 比表面积测定 孔和表面是多相催化反应发生的空间 对普通工业催化剂一般采用蒸汽物理吸附和压汞法 1 催化剂比表面积的测定常用的测定总比表面积的方法有BET法和色谱法 测定活性比表面的方法有化学吸附法和色谱法 1 BET法测单一比表面积经典的BET法 基于理想吸附的物理模型 假定表面上各个吸附位置从能量角度而言都是等同的 吸附时放出的吸附热相同 并假定每个吸附位只能吸附一个质点 而已吸附质点之间作用力可以忽略 BET公式 表示当气体靠近其沸点并在固体上吸附达平衡时 气体的吸附量V与平衡压力p间的关系 BET法测单一比表面积 式中V 平衡压力为p时吸附气体的总体积 Vm 催化剂表面覆盖单分子层气体时所需气体的体积 p 被吸附气体在吸附温度下平衡时的压力 ps 被吸附气体在吸附温度下的饱和蒸汽压力 C 与被吸附气体种类有关的常数 为便于实验上的运算 可将上式改成如下形式 BET法测单一比表面积 可以看出 以p V ps p 对p ps作图 可得一直线 直线在纵轴上的截距等于1 VmC 直线的斜率等于C 1 VmC 若令A 1 VmC B C 1 VmC则实验时 每给定一个p值 可测定一个对应的V值 这样可在一系列p值下测定V值 从而求得Vm值 按上述方法测定实验数据后可绘出BET图 BET法测单一比表面积 用BET公式求固体表面积的关键 在于通过实验测出一系列的相对应的p和V值 然后将p V ps p 对p ps作图 可得一直线 直线在纵轴上的截距是1 VmC 斜率是 C 1 VmC 可以求得有了Vm值后 换算为被吸附气体的分子数 将此分子数乘以1个分子所占的面积 即得被测样品的总比表面积S 式中V 吸附气体的摩尔体积 在标准状况下等于22400ml N 阿伏加德罗常数 常见测定气体吸附量的方法有三种 即容量法 重量法和色谱法 1 容量法容量法测定比表面是测量已知量的气体在吸附前后体积之差 由此即可算出被吸附的气体量 2 重量法重量法的原理是用特别设计的方法 称取被催化剂样品吸附的气体重量 3 气相色谱法测定时 固定相就是被测固体本身 载体气可选用氮气 氢气等 吸附质可选用易挥发并与被测固体间无化学反应的物质 BET容量法装置示意图 1 8 12 13 两通活塞 9 11 Y形三通活塞 可接通大气或水泵 几种厂家生产的比表面积分析仪 产品型号 JW 004型产品厂商 北京精微高博科技开发中心JW 04型全自动氮吸附比表面仪 采用固体标样法 可以快速而准确的测试比表面积 对于科研和工业生产现场检测是一种较理想的仪器 JW 004型两用氮吸附比表面仪 既可采用固体标样 也可采用气体标样 除应用于科研 生产外 还适合于教学实验的应用 全自动快速比表面积分析仪 产品编号 C12213产品型号 GeminiV2365 2380技术参数1 比表面积测量范围为0 01m2 g到无上限2 总孔体积测量范围为4 10 6cm3 g到无上限特点1 单点 多点BET比表面积 Langmuir比表面积2 t 图法的微孔分析3 STSA及总孔体积的分析4 Gemini 2380除具有2365的全部功能外 还增加了BJH孔径分布 同时吸 脱附曲线可以收集一千个数据点 其他物理方法在催化剂表征中的应用简介 X射线光电子能谱仪 XPS或ESCA X射线衍射仪 XRD X射线光电子能谱仪 产品编号 C12082产品型号 JPS 9200技术参数1 普通光源分辨率0 9eV1 500cps 900kcps2 单色光源分辨率0 65eV100kcps3 普通光源Al 600W Mg 500W 2 5 50mA 单色光源Al 600W 2 5 50mA4 能量搜索范围 0 1480eV 步长 0 025eV5 真空度7X10 8 X射线衍射仪 Y 2000型自动X射线粉末衍射仪 xrd 产品编号 C12062产品型号 Y 2000型技术参数1 高稳定性的X射线发生器 额定功率 3KW X射线管电压 10 60KV1KV step X射线管电流 5 80mA1mA step2 X射线衍射管