基于拉加特晶体微天平的吸附装置用于高温高压下H-ZSM-5沸石中的气体吸附

本实验的总体目标是利用基于langatate晶体检重微天平的吸附测量装置，获得气体在沸石H-ZSM-5或其他微孔材料上的高温吸附等温线。该方法有助于解决微孔材料高温气体吸附测量领域中的关键问题，例如如何在高频振荡微天平上合成微孔材料。基于高频振荡微天平的方法主要优势在于，相较于商业化的容积法和重量法，成本更低。

与石英晶体微天平相比，langatate晶体微天平的主要优势在于其工作温度不受限于80摄氏度以下，其目标温度范围可达200至300摄氏度。实验开始时，先用去离子水彻底清洗两个LCM。

然后将LCM放入超声波清洗仪中，用去离子水清洗，并在80摄氏度的烘箱中干燥数分钟。同时，用丙酮和压缩空气清洁LCM支架、O型圈和样品室。将两个洁净干燥的LCM放置在洁净干燥的LCM支架上，并指定其中一个LCM作为参比位置，另一个作为样品位置。

然后，使用耐高温的电缆将LCM支架连接到振荡器上。需特别注意LCM在支架上的位置，因为只有适当的位置才能确保检测到共振频率。最后，打开振荡器。

使用振荡器软件，检测两个LCM是否存在共振频率。关闭样品室并进行隔热和抽真空处理。多次用氮气对腔室进行抽真空和吹扫，然后将腔室压力设置为待测试的最低压力。

当压力稳定后，将腔室温度设置为待测的最低温度。待温度稳定后，使用振荡器软件拟合的巴特沃斯-范戴克等效电路模型，测量两个LCM的共振频率。确定并记录F-0值。

然后，缓慢通入氮气，将样品室加压至下一个待测压力。在获取 ΔF-0 值之前，等待压力稳定。对每一个待测压力重复此过程。

以这种方式获得将要测定等温线的每个温度下的ΔF-0值。按照文本方案制备ZSM-5分子筛H-ZSM-5的合成混合物。混合物制备完成后，必须在五小时内使用。

使用移液器，小心地将数滴沸石混合物置于样品LCM的中心金电极上。避免混合物接触外侧金电极上的振荡器连接点。将加载后的LCM置于80摄氏度的烘箱中干燥两小时，使电极上形成粘稠凝胶。

在聚四氟乙烯（PTFE）内衬的高压反应釜中加入10毫升去离子水。然后将聚四氟乙烯支架放入反应釜中。将装载好的LCM置于支架上，确保LCM不与液态水接触，随后关闭高压反应釜。

将高压灭菌反应釜小心转移至烘箱中。在150摄氏度下加热反应釜48小时，以进行蒸汽辅助结晶。结晶完成后，用去离子水洗涤负载的LCM，并在烘箱中干燥。

然后，让激光显微切割装置（LCM）冷却至室温。将装载好的 LCM 放入烘箱中，以每分钟三开尔文的升温速率，将谐振器加热至 450 摄氏度进行煅烧。程序设定在 450 摄氏度下保温四小时，随后以同样每分钟三开尔文的冷却速率降至室温。

然后，将负载的 LCM 浸泡在 1 毫摩尔的氯化铵溶液中进行离子交换。重复该过程一次，以完成离子交换。再次采用相同方法对负载的 LCM 进行煅烧，得到负载 H-ZSM-5 晶体的 LCM。

首先，将参考和样品LCM均放入支架中，并确保能够检测到共振频率。然后，关闭并抽空样品室。在真空条件下加热LCM过夜，以活化沸石。

将样品室的温度设置为50摄氏度以进行吸收测量，并等待温度稳定。将样品LCM连接至振荡器，测量其共振频率，以获得加载样品LCM的共振频率值。然后，将振荡器连接至参考LCM，测量其共振频率，以获得参考LCM的共振频率值。

利用 Sauerbrey 方程以及测得的共振频率差异，确定沉积在样品 LCM 上的 H-ZSM-5 的质量。开始进行吸附测量时，缓慢向样品室中通入所选气体，直至达到第一个目标压力。待温度稳定后，测量并记录参考 LCM 和样品 LCM 的共振频率。

在多个不同压力下重复这些测量。每次测量时，使用Sauerbrey方程计算H-ZSM-5与吸附气体的总质量，然后减去沉积的H-ZSM-5质量。差值即为吸附气体的质量。

利用各压力下测得的吸附气体质量，确定该温度下的气体吸附等温线。通过最小二乘法将本方法测得的二氧化碳吸附等温线拟合为单一位点 Langmuir 吸附等温线模型，由此可计算每个温度下的吸附平衡常数。这些平衡常数用于绘制 Van't Hoff 图，从而获得二氧化碳在 H-ZSM-5 中的吸附焓和吸附熵。

采用基于LCM的技术测得的二氧化碳在H-ZSM-5中的吸附参数，与文献报道的其他MFI型沸石中二氧化碳吸附的数值相近。若操作熟练，正确执行该方法可在30分钟内完成一次测量。在实施该实验过程中，需特别注意：通过良好隔热样品室以及仔细预热载气，实现对样品温度的良好控制，对于获得高精度的测量结果至关重要。

观看本视频后，您应能够充分理解如何在激光共聚焦显微镜（LCM）的指定表面上合成沸石晶体，并利用LCM设备进行高温气体吸附测量。请注意，操作有毒、易燃或易爆材料可能具有极高危险性，因此在执行该实验步骤时，必须始终采取适当防护措施，例如使用通风橱或手套箱。该技术问世后，为催化或微孔固体领域的研究人员探索多组分气体吸附行为（尤其是在高温高压条件下）开辟了新的途径。