TPR là phương pháp được sử dụng rộng rãi để xác định tính chất của xúc tác. Nhờ phương pháp này, chúng ta có thể hiểu được khả năng bị khử của từng chất có trong mẫu, đặc biệt dùng trong nghiên cứu xúc tác, nghiên cứu tính chất của các chất có trong hệ: kim loại quý, chất mang có tính oxi hóa, các chất hấp phụ,... Phương pháp này cũng có thể cho phép định lượng các chất khử trong mẫu.
Thiết bị đo: Thiết bị phân tích TPR là máy Nova Station A của Phòng Thí Nghiệm Trọng điểm Công nghệ Hóa học và Dầu khí, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM.
Qui trình đo:
- Mẫu xúc tác được cho vào bình thạch anh trước tiên phải qua giai đoạn xử lý bằng dòng khí N2 trong 2 giờ ở 200C nhằm làm sạch hoàn toàn bề mặt mẫu.
- Sau đó thổi dòng khí 5 %H2 trong N2 qua mẫu thử và nâng nhiệt độ làm việc đến 900C với tốc độ 10C/phút để thực hiện giai đoạn khử.
- Thành phần của dòng khí được theo dõi khi tăng nhiệt độ tuyến tính.
- Đầu dò Catharometer được sử dụng để xác định sự thay đổi trong thành phần của khí.
Các số liệu thu được là nhiệt độ khử cực đại (Tmax, °C) và diện tích đỉnh khử tính trên mg xúc tác (Smax). Từ Smax ta sẽ biết được lượng hyđro được sử dụng cho quá trình khử. Khi đó mức độ khử được xác định qua hệ thống các phương trình:
Số mol platin có trong m gam xúc tác (n′Pt)
xt Pt
m ×%Pt n' =
100×195 (2.9) Trong đó: mxt - khối lượng xúc tác (g).
%Pt - phần trăm khối lượng của platin trong m (g) xúc tác. Số mol platin bị khử trong m gam xúc tác (nPt):
2 H Pt n n = x (2.10)
Trong đó: nH2- số mol hyđro bị dùng cho quá trình khử suy ra từ diện tích đỉnh khử.
X - hóa trị của Pt ở dạng oxit, x có giá trị bằng 4 do Pt trong hợp chất với oxy có dạng PtO2 được khử trực tiếp thành Pto
Mức độ khử của oxit platin: Pt Red 1 Pt n K (%) = ×100 n' (2.11) Số mol Cr2O3 bị khử trong m gam xúc tác:
2 2 3 H Cr O 2.n n = 3 (2.12)
Trong đó: nH2- số mol hyđro bị dùng cho quá trình khử suy ra từ diện tích đỉnh khử Mức độ khử của Cr2O3: 2 3 2 3 Cr O Red 2 Cr O n K (%) = ×100 n' (2.13)
Với n'Cr O2 3- số mol Cr2O3 có trong m gam xúc tác. Số mol CuO bị khử trong m gam xúc tác:
2
CuO H
n = n (2.14)
Trong đó: nH2 - số mol hyđro bị dùng cho quá trình khử suy ra từ diện tích đỉnh khử Mức độ khử của CuO: CuO Red 3 CuO n K (%) = ×100 n' (2.15)
Với n'CuO - số mol CuO có trong m gam xúc tác.
Kết quả TPR được lập dưới dạng phổ. Vị trí đỉnh quyết định bởi môi trường của các thành phần có khả năng khử và bởi tính chất hóa học của nó. Diện tích đỉnh phản ánh lượng H2 tiêu thụ cho quá trình khử. TPR thường được tiến hành ở áp suất riêng phần của khí hoạt hóa thấp. Dựa vào các đỉnh thu được ở các nhiệt độ khử khác nhau ta có thể xác định các kim loại liên kết yếu hay mạnh ở trạng thái phân tử hay nguyên tử của nó.