Экспериментальные методы исследования гетерогенных катализаторов

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:

1.         Адсорбция физическая и поэтому многослойная.

2.         Теплота адсорбции первого слоя отлична (выше) от теплоты адсорбции в остальных слоях, которая, в свою очередь, близка к теплоте конденсации адсорбирующегося пара.

3.         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.