c. Ảnh hưởng của tốc độ dòng nguyên liệu [18]
2.4.3. Phương pháp hấp phụ hóa học CO.
Người ta xác định độ phân tán kim loại trên bề mặt chất mang bằng phương pháp chuẩn độ bề mặt, dùng khí CO hoặc H2.
Nguyên tắc:
Phương pháp hấp phụ xung CO là phương pháp xác định độ phân tán của một số kim loại trên bề mặt xúc tác và kích thước các phần tử hoạt động trên cơ sở: Đo lượng khí CO hấp phụ lên kim loại trên bề mặt của mẫu phân tích và từ đó tính
Thực nghiệm:
Đo lượng khí CO hấp phụ trên bề mặt kim loại của mẫu nghiên cứu (ở đây là Co) dựa vào đó ta đo được lượng khí CO bị hấp phụ bởi kim loại trên bề mặt mẫu nghiên cứu. Và từ đó ta có thể tính được sự phân bố kim loại trên bề mặt chất mang. Trước khi hấp phụ CO, các xúc tác được khử trong dòng H2 ở 350oC trong 60 phút với tốc độ gia nhiệt 10oC/phút. Dòng CO được đưa vào với tốc độ 15 ml/phút trong 10 phút và đo tại 355oC, và hấp phụ hóa học CO được dẫn ở nhiệt độ 35oC.
Quá trình được thực hiện trên máy Autochem II 2920 V3.03, PTN CN Lọc hóa dầu và Vật liệu xúc tác hấp phụ, Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Tính toán độ hấp phụ:
Thể tích khí CO hấp phụ lên các tâm kim loại được tính theo công thức sau:
V = Σ * Vc * *
Trong đó:
V: thể tích khí CO/H2 được hấp phụ, cm3. Ac: trung bình của lần bơm không hấp phụ Ai: vùng hấp phụ riêng phần của lần bơm Vc: thể tích của khí CO hoặc H2 được bơm vào T: nhiệt độ phòng, 0C
Độ phân tán kim loại trên bề mặt chất mang được tính theo công thức: D =
2.4.4.Khử hóa theo chương trình nhiệt độ bằng H2
Nguyên tắc:
Phản ứng tổng quát
MOn + nH2 → M + nH2O
Hỗn hợp khí khử (thường dùng H2 pha loãng trong một khí trơ khác như Ar, He hoặc N2) được đưa qua bề mặt của mẫu oxit cần phân tích. Nhiệt độ của mẫu được tăng dần lên theo chương trình của nhiệt độ. Khi quá trình khử bắt đầu, lượng H2 trong hỗn hợp khí mang giảm đi làm thay đổi độ dẫn nhiệt của hỗn hợp khí. Sự thay đổi độ dẫn nhiệt này được nhận biết bằng detector dẫn nhiệt TCD và được chuyển hóa thành tín hiệu điện.
Khi quá trình khử dừng lại, H2 không bị tiêu thụ nữa, tỷ lệ các cấu tử trong hỗn hợp khí mang quay trở về tỷ lệ đã được thiết lập ở đầu thí nghiệm. Độ dẫn điện quay trở về giá trị ban đầu, tín hiệu điện của TCD trở về đường nền.
Trong quá trình khử, các kim loại ở trạng thái hóa trị cao sẽ bị khử xuống trạng thái hóa trị thấp. Trong giản đồ TPR, sẽ có sự xuất hiện của một vài peak ở
các mức năng lượng nhiệt khác nhau. Mỗi peak sẽ ứng với một mức chuyển trạng thái hóa trị, nhiệt độ khử cao hay thấp sẽ tương ứng với sự khử khó hay dễ của oxit kim loại nghiên cứu.
Quá trình khử của một oxit kim loại ở dạng khối khác với quá trình khử của oxit kim loại mang trên chất mang. Bởi vì khi mang lên chất mang, oxit kim loại thường tương tác với chất mang tạo phức chất. Nhiệt độ khử lúc này sẽ tăng hay giảm phụ thuộc vào tương tác giữa oxit kim loại và chất mang.
Thực nghiệm:
Các phân tích TPR H2 được tiến hành trong một thiết bị phản ứng vi dòng hình chữ U làm bằng quartz và được kết nối với một detector dẫn nhiệt (TCD). Các mẫu xúc tác trước tiên được rửa trong dòng khí Ar tại 350oC để loại bỏ vết nước. Khí khử là hỗn hợp 10% H2/Ar được nạp vào thông qua một bộ điều khiển lưu lượng dòng. Mẫu được gia nhiệt từ 50 đến 800oC với tốc độ gia nhiệt là 10oC/phút. Quá trình được thực hiện trên máy Autochem II 2920 V3.03, PTN CN Lọc hóa dầu và vật liệu xúc tác hấp phụ, Đại học Bách Khoa Hà Nội.