Экспериментальные методы исследования гетерогенных катализаторов
Содержание
Интегральные, дифференциальные лабораторные реактора.
Изотопные методы в катализе.
Термопрограммированные десорбция и реакция.
Флеш-десорбция.
Классификация
лабораторных
реакторов
(по C. Perego, S. Peratello. Catal. Today, 52 (1999), 133-145)
Скорость химической реакции – дифференциальная и интегральная.
Изменение
количества
вещества в
единицу времени
в единице
реакционного
пространства.
В статическом
реакторе V=const,
поэтому
,
в проточном
реакторе t=const,
поэтому
,
Интегральная
скорость
(производительность)
.
Принципиальный вид конструкции лабораторных реакторов
(по C. Perego, S. Peratello. Catal. Today, 52 (1999), 133-145)
Требования к реактору идеального вытеснения.
Преимущества
и недостатки
различных
конструкций
лабораторных
реакторов
смешения –
виброреактор,
реактор Карберри,
реактор Берти,
проточный
реактор с внешним
перемешиванием.
(по рекламе Autoclave Engineers)
Материальный баланс реактора смешения с внешним перемешиванием
(по Б. Лич. Катализ в промышленности. Т.1. М., Мир. 1986 )
Изотопные методы в катализе
Кинетика изотопного гетеро- и гомомолекулярного обмена.
R или R1 – скорости переноса метки, зависящие от концентраций веществ и температуры.
Кинетический изотопный эффект.
Физические основы метода.
Метод меченных атомов.
Стационарно-нестационарный изотопный кинетический метод.
Принципиальная схема установки. Кинетические основы метода.
(по Y. Schuurman at al. Catal. Today, v.38 (1997), p.129 )
Термопрограммированные десорбция и реакция
Уравнение
Поляни-Вигнера
для кинетики
термодесорбции.
Флеш-десорбция
Физические основы метода.
Определение основных физических характеристик катализаторов: удельная поверхность катализатора и активного компонента, пористость, механическая прочность, кислотность.
Удельная поверхность катализатора.
Наиболее распространенный метод – метод БЭТ.
В основе вывода уравнения БЭТ лежат следующие модельные предположения:
Адсорбция физическая и поэтому многослойная.
Теплота адсорбции первого слоя отлична (выше) от теплоты адсорбции в остальных слоях, которая, в свою очередь, близка к теплоте конденсации адсорбирующегося пара.
Предэкспоненциальные факторы адсорбционных коэффициентов для всех слоев, кроме первого, равны между собой.
;
Вид изотермы и возможности использования изотермы БЭТ для определения удельной поверхности зависят от величины константы С, которая по физическому смыслу модели равна отношению адсорбционных коэффициентов в первом и последующем слоях.
.
Удельная поверхность нанесенного на носитель металла (активного компонента).
Селективная хемосорбция кислорода, водорода и оксида углерода.
Удельная поверхность слоя зернистого материала.
Гидродинамические основы метода. Уравнение Эргуна.
Механическая прочность катализаторов
Прочность гранул катализатора по составляющей и по торцам. Прочность катализаторов для процессов в псевдоожиженном слое на истирание.
Пористость
Классификация пор по размерам (микропоры – до 2 нм, макропоры – свыше 50 нм). Порометрия микропор. Физические основы метода. Уравнение Кельвина (Томпсона), связывающее характерный размер пор t с поверхностным натяжением g и давлением пара p.
Ртутная порометрия макропор. Физические основы метода. Уравнение Уэшбора, связывающее характерный размер пор t с величиной поверхностного натяжения ртути g.
Плотность
Определение истинной плотности методом гелиевой пикнометрии.
Определение кажущейся плотности с помощью вытеснения ртути.
Насыпной вес.
Кислотность поверхности катализаторов
Методы измерения кислотности – калориметрия, термопрограммированная десорбция, адсорбция оснований, ИК-спектроскопия.