2.3.5.1. Nguyên tắc
TPD là kỹ thuật rất đơn giản được ứng dụng rộng rãi dùng để xác định tính axit của nhiều loại axit rắn, như Al2O3, Al2O3 - SiO2 vô định hình và zeolite, cho phép đánh giá mật độ 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 lỗ rỗng của chất phân tích.
NH3 ở trạng thái hơi (được mang nhờ dòng 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 đó. Lượng NH3 được giải hấp ở nhiệt độ sẽ được tính toán tương ứng với đại lượng hấp phụ thuận nghịch NH3 ở nhiệt độ đó. Đại lượng này đặc trưng cho độ axit của chất hấp phụ.
- 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. Quá 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 dòng khí nitơ với tốc độ 3 lít/giờ, từ nhiệt độ phòng tăng từ từ lên 500oC, rồi giữ trong 1 giờ, nhằm đuổi hết các khí đã bị hấp phụ, sau đó hạ nhiệt độ xuống 100oC. Các dòng khí trong hệ như sau:
Dẫn khí N2 được vào bình phản ứng (9), sau đó qua lưu lượng kế (11) vào bình chứa nước (12) và ra môi trường.
+ Quá trình hấp phụ amoniac lên chất hấp phụ: Amoniac được mang bằng dòng N2 với vận tốc 3 lit/giờ được hấp phụ lên xúc tác ở nhiệt độ 100oC trong thời gian 1 giờ. Dòng khí đi trong hệ như sau:
Dòng N2 sục qua bình amoniac mang hơi amoniac đi qua bình làm khô (6), lò phản ứng (10), lưu lượng kế (11) và bình nước (12) trước khi ra môi trường.
6 4 4 1 2 3 2 N 4 5 12 8 9 10 11 7 Khí thaûi 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 (tốc độ gia nhiệt 20 oC/phút) bằng khí mang He, tốc độ dòng khí mang He là 3 lít/giờ.
Dòng 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 đồ 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)