We gebruiken cookies om uw ervaring te verbeteren. Door verder te browsen op deze site, stemt u in met ons gebruik van cookies. Meer informatie.
Dit artikel richt zich op de oppervlaktezuurgraadeigenschappen van oxidekatalysatoren en -dragers (γ-Al2O3, CeO2, ZrO2, SiO2, TiO2, HZSM5-zeoliet) en de vergelijkende detectie van hun oppervlakken door middel van temperatuurgeprogrammeerde ammoniakdesorptie (ATPD). ATPD is een betrouwbare en eenvoudige methode waarbij het oppervlak, na te zijn verzadigd met ammoniak bij een lage temperatuur, een temperatuurverandering ondergaat, wat leidt tot desorptie van probeermoleculen en de meting van de temperatuurverdeling.
Door middel van kwantitatieve en/of kwalitatieve analyse van het desorptiepatroon kan informatie worden verkregen over de desorptie-/adsorptie-energie en de hoeveelheid ammoniak die op het oppervlak is geadsorbeerd (ammoniakopname). Als basismolecuul kan ammoniak worden gebruikt als probe om de zuurgraad van een oppervlak te bepalen. Deze gegevens kunnen helpen om het katalytische gedrag van de monsters te begrijpen en zelfs om de synthese van nieuwe systemen te verfijnen. In plaats van een traditionele TCD-detector werd in deze taak een quadrupoolmassaspectrometer (Hiden HPR-20 QIC) gebruikt, die via een verwarmde capillaire buis met het testapparaat was verbonden.
Het gebruik van QMS maakt het mogelijk om gemakkelijk onderscheid te maken tussen verschillende soorten die van het oppervlak desorberen, zonder gebruik te maken van chemische of fysische filters en vallen die de analyse nadelig zouden kunnen beïnvloeden. Een juiste instelling van de ionisatiepotentiaal van het instrument helpt fragmentatie van de watermoleculen en de daaruit voortvloeiende interferentie met het ammoniak m/z-signaal te voorkomen. De nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van temperatuurgeprogrammeerde ammoniakdesorptiegegevens werden geanalyseerd aan de hand van theoretische criteria en experimentele tests, waarbij de effecten van de dataverzamelingsmodus, het draaggas, de deeltjesgrootte en de reactorgeometrie werden benadrukt en de flexibiliteit van de gebruikte methode werd aangetoond.
Alle bestudeerde materialen vertonen complexe ATPD-modi in het temperatuurbereik van 423-873 K, met uitzondering van cerium, dat smalle, opgeloste desorptiepieken vertoont die duiden op een uniforme lage zuurgraad. Kwantitatieve gegevens tonen verschillen in ammoniakopname tussen andere materialen en silica van meer dan een orde van grootte. Omdat de ATPD-verdeling van cerium een Gaussische curve volgt, ongeacht de oppervlaktebedekking en de verwarmingssnelheid, wordt het gedrag van het onderzochte materiaal beschreven als een lineariteit van vier Gaussische functies, geassocieerd met een combinatie van matige, zwakke, sterke en zeer sterke bindingsgroepen. Nadat alle gegevens waren verzameld, werd ATPD-modellering toegepast om informatie te verkrijgen over de adsorptie-energie van het probeermolecuul als functie van elke desorptietemperatuur. De cumulatieve energieverdeling per locatie geeft de volgende zuurgraadwaarden aan, gebaseerd op gemiddelde energiewaarden (in kJ/mol) (bijv. oppervlaktebedekking θ = 0,5).
Als testreactie werd propeen onderworpen aan dehydratatie van isopropanol om aanvullende informatie te verkrijgen over de functionaliteit van de onderzochte materialen. De verkregen resultaten waren consistent met eerdere ATPD-metingen wat betreft de sterkte en abundantie van zure oppervlakteplaatsen, en maakten het bovendien mogelijk om onderscheid te maken tussen Brønsted- en Lewis-zure plaatsen.
Figuur 1. (Links) Deconvolutie van het ATPD-profiel met behulp van een Gaussische functie (gele stippellijn geeft het gegenereerde profiel weer, zwarte stippen zijn experimentele gegevens) (rechts) Ammoniakdesorptie-energieverdelingsfunctie op verschillende locaties.
Roberto Di Cio Faculteit Ingenieurswetenschappen, Universiteit van Messina, Contrada Dee Dee, Sant'Agata, I-98166 Messina, Italië
Francesco Arena, Roberto Di Cio, Giuseppe Trunfio (2015) “Experimentele evaluatie van de ammoniak-temperatuurgeprogrammeerde desorptiemethode voor het onderzoeken van de zure eigenschappen van heterogene katalysatoroppervlakken” Applied Catalysis A: Review 503, 227-236
Hide analytics. (9 februari 2022). Experimentele evaluatie van de methode van temperatuurgeprogrammeerde desorptie van ammoniak om de zure eigenschappen van heterogene oppervlakken van katalysatoren te bestuderen. AZ. Geraadpleegd op 7 september 2023 van https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=14016.
Hide analytics. “Experimentele evaluatie van een temperatuurgeprogrammeerde ammoniakdesorptiemethode voor het bestuderen van de zure eigenschappen van heterogene katalysatoroppervlakken”. AZ. 7 september 2023
Verborgen analyses. “Experimentele evaluatie van de temperatuurgeprogrammeerde ammoniakdesorptiemethode voor het bestuderen van de zure eigenschappen van heterogene katalysatoroppervlakken”. AZ. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=14016. (Geraadpleegd: 7 september 2023).
Hide analytics. 2022. Experimentele evaluatie van een temperatuurgeprogrammeerde ammoniakdesorptiemethode voor het bestuderen van de zure eigenschappen van heterogene katalysatoroppervlakken. AZoM, geraadpleegd op 7 september 2023, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=14016.
Geplaatst op: 7 september 2023
