催化劑表征與所用儀器

催化劑表征與所用儀器第一頁，共二十二頁，2022年，8月28日估量催化劑價值的四個指標(biāo)：1）活性（?。。?）選擇性3）壽命4）價格實驗室與工業(yè)裝置測定催化劑活性的差異：活性評價必須在實驗室小規(guī)模，但不能準(zhǔn)確估量大規(guī)模裝置內(nèi)的催化性能，兩者要關(guān)聯(lián)。工業(yè)反應(yīng)器的原料氣速大，外擴(kuò)散可消除第二頁，共二十二頁，2022年，8月28日第三頁，共二十二頁，2022年，8月28日第四頁，共二十二頁，2022年，8月28日第五頁，共二十二頁，2022年，8月28日催化劑的表征手段與所用儀器 催化劑概述催化劑的性能指標(biāo)催化劑宏觀物理性質(zhì)測定近代物理方法在催化劑表征中的應(yīng)用簡介第六頁，共二十二頁，2022年，8月28日催化劑概述2.1Catalystisthebasisofchemistryindustry.Catalystandcatalysis

催化劑是指一種能夠改變化學(xué)反應(yīng)速度而本身不參與最終產(chǎn)物的物質(zhì)；

催化作用是一種化學(xué)作用，是靠用量極少而本身不被消耗的一種叫做催化劑的外加物質(zhì)來加速化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象。第七頁，共二十二頁，2022年，8月28日催化劑概述Thebasiccharactersofcatalysts

1.catalystscanacceleratethespeedofchemicalreaction,meanwhileitdoesn’tinvolveintheendproduct;

2.catalystshaveselectivity;

3.itcouldonlyacceleratethepotentialthermalreactions;

4.itcouldonlychangethereactionspeedinsteadoftheequivalence.Theclassificationofcatalysts

accordingtotheprocesscharacteristics,theyareusuallydividedinto均相配合物催化劑、多相固體催化劑和酶催化劑三大類。第八頁，共二十二頁，2022年，8月28日催化劑的性能指標(biāo)Generally,catalystshavesomecharactersasfollows:

1.活性；2.selectivity;3.mechanicalstrength;4.lifecycle;5.geometrymechanicalcharacter;6.macrophysicalstructure;7.microphysicalstructure;etc.Somecorrespondingparametersthatareusedintheindustrialproduction:

1.conversionrate2.spacevelocity3.spacetimeyield4.selectivity5.yieldperpass第九頁，共二十二頁，2022年，8月28日催化劑宏觀物理性質(zhì)測定工業(yè)催化劑或載體是具有發(fā)達(dá)孔系和一定內(nèi)外表面的顆粒集合體。若干晶粒聚集為大小不一的微米級顆粒。實際成形催化劑的顆?；蚨瘟Ｗ娱g，堆積形成的孔隙與晶粒內(nèi)和晶粒間微孔，構(gòu)成該粒團(tuán)的孔系結(jié)構(gòu)催化劑的直徑和粒徑分布

表示粒徑分布最簡單的方法是直方圖，測量粒徑1nm以上的粒度，最簡單的是用標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分法，此外還有光學(xué)顯微鏡、重力沉降－揚析法、沉降光透法及光衍射法機(jī)械強(qiáng)度的測定

一般有單粒抗壓碎強(qiáng)度的測定、堆積抗壓碎強(qiáng)度測定磨損性能試驗抗毒穩(wěn)定性及其測定比表面積測定與孔結(jié)構(gòu)表征（重點介紹）第十頁，共二十二頁，2022年，8月28日比表面積測定孔和表面是多相催化反應(yīng)發(fā)生的空間。對普通工業(yè)催化劑一般采用蒸汽物理吸附和壓汞法。

1.催化劑比表面積的測定

常用的測定總比表面積的方法有BET法和色譜法，測定活性比表面的方法有化學(xué)吸附法和色譜法

（1）BET法測單一比表面積

經(jīng)典的BET法，基于理想吸附的物理模型，假定表面上各個吸附位置從能量角度而言都是等同的，吸附時放出的吸附熱相同；并假定每個吸附位只能吸附一個質(zhì)點，而已吸附質(zhì)點之間作用力可以忽略。BET公式，表示當(dāng)氣體靠近其沸點并在固體上吸附達(dá)平衡時，氣體的吸附量V與平衡壓力p間的關(guān)系：

第十一頁，共二十二頁，2022年，8月28日BET法測單一比表面積

式中V——平衡壓力為p時吸附氣體的總體積；

Vm——催化劑表面覆蓋單分子層氣體時所需氣體的體積；

p——被吸附氣體在吸附溫度下平衡時的壓力；

ps——被吸附氣體在吸附溫度下的飽和蒸汽壓力；

C——與被吸附氣體種類有關(guān)的常數(shù)。

為便于實驗上的運算，可將上式改成如下形式：

第十二頁，共二十二頁，2022年，8月28日BET法測單一比表面積

可以看出，以p/V(ps-p)對p/ps作圖，可得一直線，直線在縱軸上的截距等于1/VmC，直線的斜率等于C-1/VmC。

若令A(yù)=1/VmC，B=C-1/VmC

則

實驗時，每給定一個p值，可測定一個對應(yīng)的V值，這樣可在一系列p值下測定V值，從而求得Vm值。

按上述方法測定實驗數(shù)據(jù)后可繪出BET圖。第十三頁，共二十二頁，2022年，8月28日BET法測單一比表面積用BET公式求固體表面積的關(guān)鍵，在于通過實驗測出一系列的相對應(yīng)的p和V值，然后將p/V(ps-p)對p/ps作圖，可得一直線，直線在縱軸上的截距是1/VmC，斜率是(C-1)/VmC，可以求得

有了Vm值后，換算為被吸附氣體的分子數(shù)。將此分子數(shù)乘以1個分子所占的面積，即得被測樣品的總比表面積S

第十四頁，共二十二頁，2022年，8月28日式中V——吸附氣體的摩爾體積，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下等于22400ml；

N——阿伏加德羅常數(shù)。

常見測定氣體吸附量的方法有三種，即容量法、重量法和色譜法。

（1）容量法容量法測定比表面是測量已知量的氣體在吸附前后體積之差，由此即可算出被吸附的氣體量。

（2）重量法重量法的原理是用特別設(shè)計的方法，稱取被催化劑樣品吸附的氣體重量。

（3）氣相色譜法測定時，固定相就是被測固體本身，載體氣可選用氮氣、氫氣等，吸附質(zhì)可選用易揮發(fā)并與被測固體間無化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)。第十五頁，共二十二頁，2022年，8月28日BET容量法裝置示意圖

1-8，12-13：兩通活塞；9-11：Y形三通活塞（可接通大氣或水泵）

第十六頁，共二十二頁，2022年，8月28日幾種廠家生產(chǎn)的比表面積分析儀產(chǎn)品型號:JW-004型

產(chǎn)品廠商:北京精微高博科技開發(fā)中心JW-04型全自動氮吸附比表面儀，采用固體標(biāo)樣法，可以快速而準(zhǔn)確的測試比表面積，對于科研和工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場檢測是一種較理想的儀器；JW-004型兩用氮吸附比表面儀，既可采用固體標(biāo)樣，也可采用氣體標(biāo)樣，除應(yīng)用于科研、生產(chǎn)外，還適合于教學(xué)實驗的應(yīng)用。第十七頁，共二十二頁，2022年，8月28日全自動快速比表面積分析儀產(chǎn)品編號：C12213產(chǎn)品型號：GeminiV2365/2380技術(shù)參數(shù)1.比表面積測量范圍為0.01m2/g到無上限2.總孔體積測量范圍為4*10-6cm3/g到無上限

特點1.單點、多點BET比表面積、Langmuir比表面積

2.t-圖法的微孔分析

3.STSA及總孔體積的分析

4.GeminiⅤ2380除具有2365的全部功能外，還增加了BJH孔徑分布，同時吸、脫附曲線可以收集一千個數(shù)據(jù)點。

第十八頁，共二十二頁，2022年，8月28日其他物理方法在催化劑表征中的應(yīng)用簡介X射線光電子能譜儀（XPS或ESCA）X射線衍射儀（XRD）

第十九頁，共二十二頁，2022年，8月28日X射線光電子能譜儀產(chǎn)品編號：C12082產(chǎn)品型號：JPS-9200技術(shù)參數(shù)1.普通光源分辨率0.9eV1,500cps-900kcps

2.單色光源分辨率0.65eV100kcps

3.普通光源Al,600W/Mg,500W;2.5-50mA.單色光源Al,600W;2.5-50mA

4.能量搜索范圍：0-1480eV,步長：0.025eV

5.真空度7X10-8

第二十頁，共二十二頁，2022年，8月28日X射線衍射儀Y-2000型自動X射線粉末衍射儀(xrd)

產(chǎn)品編號：C12062產(chǎn)品型號：Y-2000型技術(shù)參數(shù)1.高穩(wěn)定性的X射線發(fā)生器：額定功率：3KW；X射線管電壓：10～60KV1KV/step；X射線管電流：5～80mA1mA/step

2.X射線衍射管：基本配置：Cu靶衍射管（國產(chǎn)）1只。2.0KW，1×10mm焦點。

3.