CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM
2.3. NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA XÚC TÁC
2.3.5. Phương pháp giải hấp phụ theo chương trình nhiệt đợ (TPD)
2.3.5.1. Nguyên tắc
TPD là kỹ thuật rất đơn giản được ứng dụng rợng rãi dùng để xác định tính axit của nhiều loại axit rắn, như Al2O3, Al2O3 - SiO2 vơ định hình và zeolite, cho phép đánh giá mật đợ tâm axit cũng như lực axit của từng tâm, NH3 có khả năng phân cực mạnh trong điều kiện pha khí, và có kích cỡ nhỏ cho phép xuyên qua các lỡ rỡng của chất phân tích.
NH3 ở trạng thái hơi (được mang nhờ dịng khí N2) được hấp phụ đẳng nhiệt trên các chất hấp phụ. Các phân tử NH3 sẽ tương tác với các tâm axit của chất hấp phụ. Quá trình giải hấp tiến hành ở các nhiệt độ khác nhau sẽ đặc trưng cho độ axit của chất hấp phụ ở nhiệt độ đĩ. Lượng NH3 được giải hấp ở nhiệt độ sẽ được tính tốn tương ứng với đại lượng hấp phụ thuận nghịch NH3 ở nhiệt độ đĩ. Đại lượng này đặc trưng cho độ axit của chất hấp phụ.
- Tâm axit yếu: nhiệt độ giải hấp nhỏ hơn hay bằng 300oC
- Tâm axit trung bình: nhiệt độ giải hấp trong khoảng 300 ÷ 400oC. - Tâm axit mạnh: nhiệt độ giải hấp cao hơn 400oC
2.3.5.2. Quy trình thực nghiệm
Thiết bị phân tích TPD sử dụng máy Agilent 6890 GC. Mẫu chất hấp phụ được sử dụng là 1gam, kích thước hạt xúc tác 0,32 ÷ 0,64mm. Q trình hấp phụ và giải hấp phụ diễn ra trong bình phản ứng bằng thạch anh. Quy trình thực nghiệm bao gồm các bước sau:
+ Xử lý chất hấp phụ: chất hấp phụ trước khi tiến hành hấp phụ NH3 phải được xử lý bằng dịng khí nitơ với tốc độ 3 lít/giờ, từ nhiệt đợ phòng tăng từ từ lên 500oC, rời giữ trong 1 giờ, nhằm đuổi hết các khí đã bị hấp phụ, sau đó hạ nhiệt độ xuống 100oC. Các dịng khí trong hệ như sau:
chứa nước (12) và ra mơi trường.
+ Quá trình hấp phụ amoniac lên chất hấp phụ: Amoniac được mang bằng dịng N2 với vận tốc 3 lit/giờ được hấp phụ lên xúc tác ở nhiệt độ 100oC trong thời gian 1 giờ. Dịng khí đi trong hệ như sau:
Dịng N2 sục qua bình amoniac mang hơi amoniac đi qua bình làm khơ (6), lị phản ứng (10), lưu lượng kế (11) và bình nước (12) trước khi ra mơi trường.
6 4 4 1 2 3 2 N 4 5 12 8 9 10 11 7 Khí thải Hình 2.4. Sơ đồ hấp phụ NH3
(1 - Van điều áp; 2 - Áp kế; 3 - Van tiết lưu; 4 - Van on/off; 5 - Lưu lượng kế; 6 - Bình NaOH rắn; 7 - Van 4 chiều ;8 - Bình dung dịch NH3; 9 - Bình phản ứng; 10 - Lò nung; 11 - Đo lưu lượng; 12 - Lọ chứa nước hấp phụ khí thải)
+ Quá trình giải hấp amoniac: giai đoạn này được tiến hành trong khoảng nhiệt độ 200 ÷ 650oC (tớc đợ gia nhiệt 20 oC/phút) bằng khí mang He, tốc độ dịng khí mang He là 3 lít/giờ.
Dịng khí đi trong hệ như sau: khí He đi qua lưu lượng kế (5) rồi qua bình phản ứng (6), đầu ra của bình phản ứng được nối với máy GC/MS. Kết quả được ghi dưới dạng peak.
Hình 2.5. Sơ đờ giải hấp NH3
(1 - Van điều áp; 2 - Áp kế; 3 - Van tiết lưu; 4 - Van on/off; 5 - Lưu lượng kế; 6 - Bình phản ứng; 7 - Lò phản ứng; 8 - Máy GC/MS)