Giải hấp phụ amoniac theo ch−ơng trình nhiệt độ (NH3 TPD)

a) Nguyên tắc

Amoniac đ−ợc hấp phụ bão hoμ trên các tâm axit của bề mặt xúc tác ở khoảng nhiệt độ hấp phụ hoá học của vật liệu rắn, xốp. Khi tăng nhiệt độ với tốc độ không đổi, năng l−ợng nhiệt cung cấp sẽ lớn hơn năng l−ợng hấp phụ NH₃. Do đó, NH₃ sẽbị giải hấp phụ ra khỏi bề mặt xúc tác vμ đ−ợc khí mang đ−a đến đetectơ để định l−ợng. L−ợng khí giải hấp sẽ đ−ợc ghi theo nhiệt độ.

Hằng số tốc độ giải hấp phụ đ−ợc xác định theo ph−ơng trình: K = Ko . exp [-E_d/RT]

Nh− vậy, ở cùng nhiệt độ, năng l−ợng giải hấp E_d cμng nhỏ thì giá trị K cμng lớn. Điều đó có nghĩa lμ quá trình giải hấp sẽ −u tiên cho những liên kết có năng l−ợng hoạt hoá thấp. Chính vì vậy, quá trình giải hấp trên các tâm axit yếu sẽ xảy ra tr−ớc vμ quá trình giải hấp trên các tâm axit mạnh sẽ xảy ra ở nhiệt độ cao hơn [19, 28, 109]. Từ l−ợng NH₃ giải hấp ở các nhiệt độ khác nhau có thể đánh giá độ axit vμ lực axit t−ơng ứng. Độ axit của xúc tác (qui về đơn vị mmol NH₃/gam xúc tác) đ−ợc xác định theo tổng diện tích pic NH₃ giải hấp. Lực của các tâm axit đ−ợc đánh giá dựa vμo giá trị nhiệt độ tại đó l−ợng NH₃ giải hấp cực đại (Tmax). Giá trị Tmax cμng lớn thì tâm axit có lực cμng mạnh vμ ng−ợc lạị Từ giá trị Tmax, có thể phân loại các tâm axit nh− sau:

- Tâm axit yếu: nhiệt độ giải hấp NH₃ Tmax ≤ 2500C

- Tâm axit trung bình: nhiệt độ giải hấp NH₃ 250⁰C < Tmax < 400⁰C - Tâm axit mạnh: nhiệt độ giải hấp NH₃ Tmax ≥ 400⁰C

−u điểm của ph−ơng pháp NH₃-TPD lμ NH₃ có đ−ờng kính động học nhỏ (0,26 nm) nên dễ dμng khuếch tán vμ hấp phụ trên các tâm axit của xúc

tác với sai số bé [93]. Tuy nhiên, ph−ơng pháp nμy không phân biệt đ−ợc các tâm Bronsted vμ tâm Lewis.

b) Thực nghiệm

Mẫu xúc tác có khối l−ợng xác định đ−ợc gia nhiệt đến 300⁰C trong dòng He để lμm sạch hơi ẩm vμ tạp chất bám trên bề mặt. Sau đó, NH₃ đ−ợc hấp phụ bão hoμ tại nhiệt độ 800C. Tiếp tục cho dòng He đi qua bề mặt mẫu để đuổi các chất bị hấp phụ vật lý. Sau đó, quá trình giải hấp đ−ợc tiến hμnh từ nhiệt độ hấp phụ lên đến 550⁰C với tốc độ gia nhiệt 10⁰C/phút. Hμm l−ợng khí NH₃ giải hấp phụ đ−ợc xác định bằng đetectơ dẫn nhiệt TCD.

Mẫu đ−ợc đo trên máy AutoChem II 2920 Micromeritics tại phòng thí nghiệm Công nghệ lọc hoá dầu vμ vật liệu xúc tác, khoa Công nghệ hoá học, tr−ờng Đại học Bách khoa Hμ Nộị