程序升温脱附法多孔材料吸附容量测定

1/5管式反应器程序升温脱附法测定多孔材料吸附容量实验一、实验目的：1.掌握管式反应器的结构；2.掌握管式反应器催化剂的装填与反应器安装；3.熟悉管式反应器H2程序升温脱附反应的流程；4.掌握管式反应器程序升温脱附的操作；5.掌握管式反应器程序升温脱附反应数据的测量与处理方法；二、实验原理：程序升温脱附法（TemperatureProgrammedDesorption，TPD）就是把预先吸附了某种气体分子的催化剂，在程序加热升温下，通过稳定流速的气体（通常用惰性气体，如He气），使吸附在催化剂表面上的分子在一定温度下脱附出来，随着温度升高而脱附速度增大，经过一个最高值后而脱附完毕。对脱附出来的气体，可以用热导检测器检测出浓度随温度变化的关系，达到TPD曲线。脱附出来的碱性气体用酸吸收，通过滴定的办法可以求得消耗的酸量，从而得到催化剂的总酸量。采用多功能吸附仪，检测器为热导检测器（TCD，ThermalConductivityDetector），H2为吸附质，N2为载气，对分子筛样品的吸附量进行测量。具体条件如下：检测器温度为80℃，桥流为80mA，反应器中催化剂的装填量为0.2g，颗粒度为40～60目。吸附试验是研究各种吸附剂、催化剂等固体性质的一种重要方法，对研究催化剂的酸碱性和探讨催化反应机理有一定的意义。本装置石英套管吸附器，针对不同的气体进行吸附、脱附、催化剂还原等试验。对吸附剂的评价可在0~0.2MPa下做带压操作，程序升温脱附三、实验内容：1.吸附剂的制备与填装：选取的吸附剂可能是很大的颗粒，这样就必须处理吸附剂，在实验室里采用研钵加工成小颗粒，并用标准筛取出20-60目的备用；松开吸附器进出气管螺帽，取出吸附管，将中心铝帽拧开，取出内管，吸附剂装入中心管后填入少量玻璃棉，插入内管，拧紧铝帽。将吸附器复位。2.进气与试漏：如实验用气体做吸附气，可用氮气接入进行试漏。三通阀、四通阀切换至吸附位。色谱分析气路进口设盲堵，调节稳压阀及质量流量计。可用皂沫检查接口处的气密性。停止气源5min内压力不下降即可进行试验。3.程序升温还原反应实验及数据处理；系统升温前先将测温、控温切换至吸附位，升温时要将仪表参数Oph控制在20，此时加热仅以20%的强度进行，电流值不大，以后可以提高该值，但不能超过50。以防止过度加热，而热量不能够及时传给吸附器则造成炉丝烧毁，此后根据要求设置升温段。程序升温2/5速率要在3~5℃/min。4.程序升温脱附实验步骤及数据处理：程序升温脱附1）催化剂制备：吸附剂需用研钵加工成小颗粒，并用标准筛取出20-60目的备用。（本实验以氢气做吸附气）2）准备气源：氢气，氮气（也可以采用其他气体），接好减压阀，气源连接后进行试漏过程，注意试漏采用氮气，溶蚀要把尾气开关关闭（或者用堵头堵死），冲压不能太快并且不能超过压力表的量程（本次压力不超过0.2MPa），否则会对仪表有损害。3）接入氢气气源，调节各阀门及质量流量计通入氢气。待氢气通入30分钟左右关闭。4）打开氮气开关，控制氮气流量，此时氮气为色谱载气，待气流稳定后开启色谱走基线。5）基线走稳后可开启程序升温控温仪表，开启前应检查温度切换开关是否在所需位置，升温速率在3~5℃/min。升温同时启动基线记录仪观察色谱谱图。低温吸附常温脱附准备气源，氢气、氮气、液氮冷阱。将尾气和皂膜流量计接好。通入氢气氮气，调节控制板上相应的气路稳压阀。给定气体流量，待尾气稳定开启色谱走基线。待极限稳定后将吸附器插入事先准备好装有液氮的冷阱中，同时调节基线记录吸附情况。当色谱出峰完成后，保存实验记录。将液氮冷阱取下，换上装有常温水的冷阱，同时调节基线记录脱附情况。3/5图1.管式反应器程序升温反应装置流程图1.TCD：色谱；2.TIC：控温；3.TE：热电偶；4.TY：加热元件；5.SM：皂沫流量计；6.SMV：六通阀；7.TI：测温；8.FMV：四通阀；9.R：反应器；10.TV：三通阀；11.CV：单向阀；12.FT/FV：质量流量计；13.F：过滤器；14.AC：干燥器；15.PI：测压；16.PSV：稳压阀四、实验步骤及实施过程：1.轻轻拔出反应器的热电偶，旋出上下密封接头，拆下管式反应器；2.在占空管上填装少量石英棉，用装料管压实，露出热电偶套管，称取50mg多孔分子筛样品，用装料漏斗装填，使其在热电偶出，再装填少量石英棉；3.将管式反应器安装进电加热炉，手动旋紧上下密封接头，轻轻将热电偶插回热电偶套管；4.开启载气钢瓶，将压力调至0.3MPa，调节载气稳压阀，将其压力调至0.05MPa，利用肥皂水进行管路气密性测试，调整气路不漏气；5.开启反应器电源，调整两气体流量计流量为30ml/min，开启桥流开关，钮调至80mA；6.开启N2000程序，设置进样器温度60℃，色谱柱箱温度60℃，TCD检测器温度80℃；7.将载气切换为H2+N2混合气，利用色谱基线调节按钮，将基线调节至0meV，升温至300℃，并恒温30min，后自动降温；8.将记录结果保存，并将数据导出作图；9.改变程序升温速率、催化剂装填量、反应气体流量观测其对反应结果影响，优化操作条件。数据记录：每5分钟记录依次记录以下数据：管式反应器床层实际温度、反应器设定温度、程序升温设定段数、桥流数值、两流量计流量、TCD检测信号4/5五、停车1.关闭色谱电源。2.关闭程序升温仪表电源。3.待温度降至200℃以下，停止通气，关闭所有电源。六、注意事项1.安装吸附器时要注意外管与内管间的连接间隙，内管不要顶到外管上以免在拧紧两者间的连接螺帽时使外管破裂。2.开加热检测电源前要将温度、负载切换至所需的位置。3.通气前检查三通、四通阀是否切换在所需的反应管名称处。4.双气路进气时为确保系统稳定和实验的准确，质量流量要大于10sccm。5.由于色谱为在线连续检测，所以稳定时间较长，用户可在开始时大气量使色谱稳定，后调节至所需流量。6.实验结束注意先关色谱电导的电流开关电源，后关气源。七、思考题：1、采用程序升温脱附法可以测定多孔吸附材料的那些性质？2、例举NH3-TPD的测定特性？3、阐述CO2-TPD可以表征吸附剂（催化剂）的那些特性？4、简述气相色谱TCD工作原理。八、吸附试验结果举例：低温吸附常温脱附吸附谱图如下（此峰为翻转峰）脱附实验谱图如下：5/5用气体取样器取0.5ml纯氮气，由色谱汽化室进样，同时启动基线记录仪记录已知体积的气体峰面积。色谱谱图如下：通过已知体积气体的峰面积与吸附的峰面积，计算出催化剂吸附量。本次实验的吸附氮气量约为65ml。程序升温脱附色谱谱图如下：