美國micromeritics / 2022年十月份電子報AutoChem之脈衝化學 (Pulse - Chemi)吸附和TPD應用實驗

H⁺Y型分子篩(SiO₂/Al₂O₃:80/1)的酸性位點分析:

前言

分子篩和其它觸媒的Brønstead酸度是影響反應動力學的重要因素。因此，這些酸性位點 (Acid site)的分析非常重要，通常是參考氨化學吸附法測定觸媒酸性的標準試驗方法(ASTM D 4824)進行分析。此外，另一種方法則是使用丙胺對樣品進行脈衝化學吸附，隨後進行程式升溫脫附（TPD）並連接質譜儀分析丙烯的方式進行分析（見圖1）。此方式須另接使用選配的蒸汽發生器 (Vapor Generator)+ AutoChem化學吸附儀與質譜儀，即可以進行該過程的完整分析。

圖1.胺與酸性位點反應，通過類似霍夫曼消除反應分解成丙烯和氨

實驗部分：

材料

本文中使用的分子篩為H+Y(SiO₂/Al₂O₃:80/1)。分別以異丙胺（>99.5％GC）和丙胺（>99.0％GC）作為試劑。丙烯（>99％）用於校正。

製備

Y型分子篩可以帶有不同的陽離子，包括NH⁴⁺和H⁺。這些陽離子可經升溫轉變為H⁺。樣品首先在惰氣氣氛中以10℃/min的速率加熱至500℃進行活化，然後降溫至分析溫度200℃。

分析

Y型分子篩活化後即進行脈衝化學吸附。在此步驟中，採用惰性氣體氦氣，通過流經一個5cm³的loop環向樣品中注入10次丙胺蒸汽，以確保樣品吸附飽和。分析的最後一步是程式升溫脫附（TPD）。在這一步中，質譜儀開始掃描檢測產物丙烯信號。資料是在200°C到500°C的程式升溫期間採集得到。

結果分析

為了獲得定量資料，質譜儀必須通過採用高精度注射器刺穿墊圈注入已知體積Vcal的待檢測氣體（丙烯）來進行校準。質譜儀信號的峰面積可以經由AutoChem峰值編輯功能得到。為了增加校正精度，可以進行多次注射直至峰面積相似為止。然後可以對這些峰面積取平均值，以給出實際氣體體積與質譜儀峰面積之間的轉換係數Vcal/Acal，從而計算出分子篩的酸度。圖2為此過程之圖例。

此外，圖3和圖4說明，熱導分析方法可檢測到化學吸附中殘留的胺和氨，而質譜儀檢測則已區分出丙烯信號，進而可以計算酸位性點的濃度。對圖4中丙烯信號積分後可得峰面積Apms，酸位點濃度Nas可通過下式進行計算：

以下是由圖4中資料得到的計算值，濃度值的單位為酸性位點umoles/g分子篩。

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