Name: La desoxigenación programada la temperatura de ácido acético en carburo de molibdeno Catalizadores (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-07T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 15 s
Description: Aprende a evaluar la desoxigenación programada por temperatura de ácido acético en catalizadores de carburo de molibdeno. Este método permite analizar la actividad y selectividad catalítica en un solo experimento para mejorar procesos de actualización de biocombustibles.

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Los autores no tienen nada que revelar.

El método TPRxn es una poderosa herramienta para la detección de materiales catalíticos, proporcionando información sobre la actividad y selectividad de un catalizador como una función de la temperatura de reacción. Otros métodos de temperatura programadas como TPD, TPO y TPR pueden proporcionar información sobre la fuerza de adsorción de los reactivos, el número de sitios de adsorción, y los procedimientos de pre-tratamiento de catalizadores apropiados, pero no proporcionan datos de rendimiento catalíticos directos. Es...

reacción a temperatura programada (TPRxn) es uno de los muchos métodos de temperatura programada, incluyendo desorción (TPD), la oxidación (TPO), y la reducción (TPR), y procede a través de la exposición de un catalizador a una concurrente reactivo con o seguido de un aumento constante de temperatura. 1, 2, 3 TPRxn es una técnica transitoria que proporciona información sobre la actividad y selectividad del catalizador en función de la temperatura de reacción. 4, 5, 6 También es una técnica popular: una búsqueda de las palabras clave &#39;temperatura programada reacción&#39; en los rendimientos de la literatura más de 1.000 fuentes citan su uso. experimentos TPRxn se llevan a cabo típicamente en un sistema de microrreactor, equipado con un espectrómetro de masas (MS) para el análisis en tiempo real del efluente del reactor y la correlación de pendimiento con la temperatura. gases reactivos pueden ser introducidos usando controladores de flujo másico y líquidos pueden ser introducidos a través de una bomba de jeringa o como vapores por burbujeo de gas inerte a través de un líquido. El catalizador es a menudo pre-tratarse in situ para formar la fase catalítica deseada para la reacción. Algunos sistemas están equipados con aparatos de análisis adicional, más allá de la típica espectrómetro de masas, para proporcionar información cuantitativa o cualitativa sobre la selectividad del catalizador, las especies presentes en la superficie del catalizador, o el mecanismo de reacción. Por ejemplo, la temperatura programada en situ Fourier Transform Infrared (FTIR) proporciona información acerca de la evolución de las especies de superficie con diferentes temperaturas de reacción. 7, 8 del sistema El TPRxn demostrado en este trabajo está equipada con un cromatograma de gases (GC), además de las MS más típicos. Este GC, equipada con cuatro columnas paralelas, permite cuanti más precisaficación de los productos de reacción, pero está limitada en frecuencia de análisis por el tiempo que toma los productos para eluir a través de las columnas. Por lo tanto, la combinación de MS y GC puede ser particularmente útil para el acoplamiento de la identificación en tiempo real con la cuantificación exacta de los reactivos y productos. A continuación, aplicamos la metodología TPRxn para estudiar la desoxigenación de ácido acético en catalizadores de carburo de molibdeno. Esta es una reacción interesante e importante en la investigación de catalizador, como el ácido acético es un análogo útil para los muchos ácidos carboxílicos presentes en vapores de la pirólisis de biomasa. 9 El alto contenido de oxígeno en vapores de la pirólisis de biomasa requiere la eliminación de oxígeno para producir combustibles de hidrocarburos, 10, 11, 12 y catalizadores de carburo de molibdeno han mostrado prometedores rendimiento desoxigenación para muchos compuestos modelo vapor de pirólisis de biomasa, incluyendo furfural, 1-propanol,compuestos fenólicos y ácido acético. 9, 13, 14, 15, 16 Sin embargo, la actividad y selectividad de los catalizadores de carburo de molibdeno en las reacciones de desoxigenación es dependiente de la estructura del catalizador y la composición, las especies reaccionantes y las condiciones de reacción. Los datos recogidos de TPRxn de ácido acético muestra que los catalizadores de carburo de molibdeno son activos para las reacciones de desoxigenación por encima de ca. 300 ° C, y cuando se combina con la información de caracterización del catalizador permite la cuantificación de la actividad del catalizador como una función de la temperatura a través del cálculo de las tasas de rotación de ácido acético. Los resultados muestran que TPRxn desoxigenación (es decir, CO ruptura de enlaces) los productos son favorecidas a temperaturas inferiores a ca. 400 ° C y descarbonilación (es decir, CC ruptura de enlaces) los productos son favorojo a temperaturas superiores a ca. 400 ° C. Además, los estudios TPRxn ilustran los cambios en la actividad y selectividad de los catalizadores de carburo de molibdeno producidos utilizando diversos procedimientos de síntesis (es decir, la producción de diferentes estructuras de catalizador carburo de molibdeno y composiciones). Aún así, el valor de esta información y, más en general, la aplicación exitosa de los datos experimentales TPRxn hacia el diseño y optimización de procesos catalizador es una función de la calidad de los datos obtenidos. La consideración cuidadosa y el conocimiento de las posibles dificultades y limitaciones resaltados durante todo el procedimiento TPRxn es de suma importancia.

<table><tbody><tr><td>ácido acético glacial</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-88401-62</td><td>proveedor alternativo aceptable si el grado de pureza ACS. Consulte la declaración de precaución en el protocolo para obtener información de seguridad</td></tr><tr><td>UHP He</td><td>Airgas</td><td>HE R300SS</td><td>proveedor alternativo aceptable si&nbsp; >99.99% de pureza</td></tr><tr><td>UHP Ar</td><td>Arigas</td><td>AR R200</td><td>proveedor alternativo aceptable if&nbsp; >99.99% de pureza</td></tr><tr><td>acetona</td><td>VWR International</td><td>BDH1101-4LP</td><td>proveedor alternativo aceptable si&nbsp; >99.5% de pureza</td></tr> de <tr><td>astillas de cuarzo</td><td>Powder Technology Inc.</td><td>Cuarzo triturado</td><td>tamizado 180-300 y micro; m, calcinado en aire a 500 &°; </td></tr><tr><td>C espectrómetro de masas nocturno - bomba de vacío turbo</td> El espectrómetro de masas <td>Pfeiffer Vacuum</td><td>TSU 071</td><td>se controla con el paquete de software LabVIEW 2010 (National Instruments)</td></tr><tr><td>espectrómetro de masas - bomba de vacío turbo</td><td>Stanford Research Systems</td><td>RGA100</td><td></td></tr><tr><td>micro cromatógrafo de gases</td><td>Agilent</td><td>CP740388</td><td>490 Micro GC; Sistema de 4 canales Canal 1: 494001360 Molseive 10m, retrolavado calentado Canal 2: 494001460 PPU 10m, retrolavado calefactado Canal 3: 490040 AL2O3/KCL 10+0,2m, retrolavado calefactado SPECIAL Canal 4: 492005750 5CB 15m, calefactado</td></tr><tr><td>software de GC</td><td>Aglient</td><td>OpenLAB CDS EZChrom Edition</td><td></td></tr><tr>filtros de<td>gas limpio</td><td>Agilent</td><td>CP17974</td><td>para su uso en gases portadores de GC (He, Ar)</td></tr><tr><td>reactor de cuarzo "tubo en U"</td><td>n/a</td><td></td><td>vidrio soplado a mano, hecho a medida</td></tr><tr><td>burbujeador</td><td>n/a</td><td></td><td>hecho a medida a medida</td></tr><tr><td>horno de cerámica</td><td>Watlow</td><td>descontinuado</td><td>Pieza de horno similar #: Controlador de cinta térmica VC401J12A-B000R</td></tr><tr><td></td><td>n/a</td> hecho a <td></td><td>medida con piezas Watlow EZ-zone</td></tr><tr><td>cinta térmica</td><td>Omega</td><td>FGH051-060</td><td>proveedor alternativo para cinta térmica para temperaturas extremas</td></tr> aislamiento <tr>de<td>cinta térmica</td> aceptable <td>JEGS</td><td>710-80809</td><td>proveedor alternativo termopar</td></tr><tr><td></td><td>aceptable Omega</td><td>p. ej., KMQSS-062U-18</td><td>termopares tipo K; pueden ser necesarios tamaños alternativos</td></tr><tr><td>junta tórica de termopar</td><td>Swagelok</td><td>VT-7-OR-001-1/2</td><td>perfluoroelastómero (fluorocarbono FKM) Junta tórica</td></tr><tr><td>2 y micro; m filtro de sólidos, junta VCR</td><td>Swagelok</td><td>SS-4-VCR-2-2M</td><td></td></tr><tr><td>1 &micro; orificio m, junta VCR</td><td>Lenox Laser</td><td>SS-4-VCR-2</td><td>para espectrómetro de masas orificio</td></tr> de <tr><td>acero inoxidable 316/316L Tubos y accesorios</td><td>Swagelok</td><td>Varía</td><td>Consulte los catálogos Swagelok 'VCR Metal Gasket Face Seal Fittings' y 'Stainless Steel Seamless Tubing and Tube Support Systems' para</td></tr><tr><td>más información Tubos y accesorios de acero inoxidable 316/316L Swagelok</td><td></td><td>Varía</td><td>Consulte los catálogos Swagelok de 'Válvulas de Aguja de Bonete Integral', 'Válvulas Selladas de Fuelle' y 'Válvulas de Bola de Instrumentación de una Pieza' Swagelok</td></tr></tbody></table>

la desoxigenación programada la temperatura de ácido acético en carburo de molibdeno catalizadores

Temperature-programmed Deoxygenation of Acetic Acid on Molybdenum Carbide Catalysts

reacción a temperatura programada (TPRxn) es una herramienta simple pero potente para la detección de comportamiento del catalizador sólido a una variedad de condiciones. Un sistema TPRxn incluye unas fuentes de reactores, hornos, gas y vapor, control de flujo, instrumentación para cuantificar los productos de reacción (por ejemplo, cromatógrafo de gases), y la instrumentación para controlar la reacción en tiempo real (por ejemplo, espectrómetro de masas). A continuación, aplicamos la metodología TPRxn para estudiar catalizadores de carburo de molibdeno para la desoxigenación de ácido acético, una reacción importante entre muchos en la actualización / estabilización de los vapores de la pirólisis de biomasa. TPRxn se utiliza para evaluar la actividad y selectividad del catalizador y para poner a prueba caminos de reacción hipotéticas (por ejemplo, descarbonilación, cetonización, y de hidrogenación). Los resultados del estudio TPRxn de desoxigenación ácido acético muestran que el carburo de molibdeno es un catalizador activo para esta reacción a temperaturas superiores a ca. 300 ° C y que los favores de reaccióndesoxigenación (es decir, CO ruptura de enlaces) los productos a temperaturas inferiores a ca. 400 ° C y los productos de descarbonilación (es decir, CC de ruptura de enlace) a temperaturas por encima de ca. 400 ° C.

La MS en línea proporciona la capacidad de analizar la composición del gas a la salida del reactor en tiempo real. La EM en línea no está acoplado con cualquier dispositivo para separar los productos antes de su análisis, y por lo tanto la identificación de especies es un reto al diferenciar entre los compuestos con la superposición de patrones de fragmentación de masas. Como se muestra en la Tabla 2, muchos de los productos comunes en ácido acético experimentos TPRxn se...

Se presenta aquí es un protocolo para el funcionamiento de un reactor a temperatura programada micro-escala para evaluar el rendimiento catalítico de carburo de molibdeno durante la desoxigenación ácido acético.

La desoxigenación programada la temperatura de ácido acético en carburo de molibdeno Catalizadores

Temperature programmed reaction (TPRxn) is a simple yet powerful tool for screening solid catalyst performance at a variety of conditions. A TPRxn system ...

El objetivo general de este método de reacción con programación de temperatura es determinar el rendimiento de desoxigenación del catalizador de carburo de molibdeno a partir del compuesto modelo de aceite de pirólisis, ácido acético. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la mejora en fase vapor mediante catalizadores heterogéneos, como las relacionadas con la actividad catalítica y la selectividad de compuestos modelo de aceite de pirólisis. Las principales ventajas de esta técnica son la capacidad de evaluar el rendimiento catalítico a lo largo de un rango de temperaturas en un solo experimento.Aunque este método podría proporcionar información sobre el rendimiento catalítico con vapores de ácido acético, también puede aplicarse a otros compuestos modelo del aceite de pirólisis, como aldehído ácido, etanol, metanol y anisol. Primero, retire un reactor de cuarzo en forma de tubo U limpio y seco de un horno de secado. Una vez que el reactor se haya enfriado a temperatura ambiente, cargue una pequeña cantidad de lana de cuarzo en su interior utilizando la cantidad mínima necesaria para soportar el lecho catalítico.Utilizando un alambre metálico rígido y limpio, empuje suavemente la lana de cuarzo hacia abajo por el tubo de cuarzo hasta el extremo de la sección recta. A continuación, mezcle 50 miligramos de catalizador de carburo de molibdeno con 200 miligramos de virutas de cuarzo calcinadas y tamizadas para evitar canalizaciones y garantizar una temperatura uniforme a través del lecho catalítico. Utilizando papel para pesar y un embudo limpio, vierta la mezcla de catalizador y virutas de cuarzo en el reactor de manera que el lecho catalítico quede situado encima del soporte de lana de cuarzo.Luego, empuje suavemente un segundo trozo pequeño de lana de cuarzo encima del lecho catalítico, asegurando así el lecho en su lugar. Es importante garantizar que la mezcla de catalizador y virutas de cuarzo sea homogénea. Las mezclas no homogéneas pueden provocar canalización, gradientes de temperatura y una caída de presión excesiva a través del lecho catalítico.Instale el reactor conectando y apretando primero el accesorio en el lado aguas arriba del lecho catalítico, que es la sección recta del tubo del reactor. Luego, conecte y apriete el accesorio en el lado aguas abajo del lecho catalítico. A continuación, ajuste la posición del termopar del reactor empujando el termopar a través de un accesorio perforado para que la punta del termopar quede en el borde superior del lecho catalítico.Instale aislamiento alrededor de la sección superior del reactor y luego eleve cuidadosamente el horno hasta el nivel más alto permitido por el reactor de tubo en U, de modo que el borde superior del horno no toque el reactor. Comience a purgar el sistema haciendo fluir helio de ultra alta pureza a 40 sccm a través del controlador de flujo másico calibrado, o MFC. A continuación, abra la válvula de orificio del espectrómetro de masas, o MS, para permitir que el gas alcance la fuente de iones del MS.Después de abrir las válvulas de aguja del cilindro del tanque de hidrógeno y del regulador, comience a fluir hidrógeno de pureza ultraalta, abriendo la válvula de cierre de la línea del sistema inmediatamente aguas abajo del MFC de hidrógeno y ajustando el MFC para que fluya a 1,3 sccm. Luego, ajuste el flujo de helio a 36 sccm, de modo que la mezcla de gases sea 3,5 % de hidrógeno. Una vez que las concentraciones en fase gaseosa de hidrógeno y helio se hayan estabilizado, introduzca el programa de temperatura en el controlador del horno y luego inicie el programa de temperatura.Para la reacción programada por temperatura, inicie el flujo de vapores de ácido acético a través del reactor abriendo las válvulas del saturador de entrada y salida y, posteriormente, cerrando la válvula de derivación del saturador. Dirija el flujo de gas al microcromatógrafo de gases, o micro GC, cambiando la válvula de tres vías situada aguas abajo del reactor a la posición del micro GC. Después de permitir que la concentración en fase gaseosa del ácido acético se estabilice a la presión del sistema, programe el controlador de temperatura del horno para que aumente desde la temperatura ambiente hasta 600 grados Celsius a una velocidad de diez grados Celsius por minuto.Ahora comience a recolectar muestras de micro GC con la mayor frecuencia posible. Inicie el programa de temperatura inmediatamente después de comenzar a recolectar las muestras de micro GC. Cuando el programa de temperatura haya finalizado, detenga la recolección de las muestras de micro GC.Utilizando el software informático asociado con el espectrómetro de masas (MS), apague la fuente de iones del MS y luego cierre la válvula de orificio de un micrómetro del MS. Después de que se haya completado la última muestra de micro GC, cargue un método que establezca las temperaturas de la columna en el límite máximo permitido según lo recomendado por el fabricante. Apague el flujo de hidrógeno ajustando el controlador de flujo másico (MFC) de hidrógeno a cero sccm y cerrando la válvula de corte de hidrógeno.Detenga el flujo de vapores de ácido acético al reactor abriendo la válvula de derivación del saturador y cerrando las válvulas de entrada y salida del saturador. Después de permitir que el reactor se enfríe a temperatura ambiente, detenga el flujo de helio ajustando el MFC de helio a cero sccm y luego cierre la válvula de cierre ubicada inmediatamente aguas abajo del MFC de helio. Una vez que el sistema haya alcanzado la presión ambiente, dirija el gas hacia la ventilación de escape local utilizando la válvula de tres vías.Desinstale el reactor desconectando primero el accesorio en el lado aguas abajo del reactor, que es el accesorio conectado al tubo flexible de acero inoxidable. Finalmente, desconecte el accesorio en el lado aguas arriba del reactor. Como se muestra aquí, muchos de los productos comunes de los experimentos de reacción programada por temperatura del ácido acético se caracterizan mediante señales comunes de masa a carga en espectrometría de masas, por lo que se requiere desconvolución de señales.Después de la desconvolución, los datos de MS normalizados y corregidos se pueden utilizar de forma semicuantitativa para obtener información, como la conversión reactiva y la concentración relativa de productos en función de la temperatura de reacción. Aquí se muestran datos representativos de un estudio que compara el rendimiento de desoxigenación de varios catalizadores de carburo de molibdeno en una reacción programada por temperatura con ácido acético. Un catalizador de carburo de molibdeno en nanopartículas con plantilla mostró una mayor velocidad de transformación de ácido acético en comparación con su contraparte sin plantilla, así como mayores velocidades de transformación de ácido acético en comparación con los catalizadores de carburo de molibdeno masivo por debajo de 400 grados Celsius.Por encima de 400 grados Celsius, los catalizadores templados mostraron una tasa de conversión de ácido acético mayor que cualquiera de los otros catalizadores estudiados. Las tasas de conversión de hidrógeno fueron más bajas en los catalizadores de nanopartículas que en los catalizadores masivos a todas las temperaturas. Ambos materiales de nanopartículas mostraron una mayor selectividad hacia los productos de cetonicación por encima de 400 grados Celsius en comparación con sus contrapartes masivas, lo cual se atribuyó a un aumento en la fracción de sitios ácidos fuertes en relación con los materiales masivos.Además, se identificó que la relación entre sitios ácidos y sitios de activación de hidrógeno es una propiedad clave para determinar el rendimiento en la desoxigenación del ácido acético. Esta técnica puede realizarse en menos de cuatro horas, lo que convierte al método de reacción programada por temperatura en una herramienta eficaz para evaluar el rendimiento de materiales catalíticos y sus diversas condiciones de reacción. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo operar de forma segura y eficaz una reacción programada por temperatura utilizando vapores de ácido acético.

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Investigación

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Química

Síntesis, activación, y caracterización de materiales para estructuras metal-orgánicos diseñados intencionalmente es un reto, especialmente cuando los bloques de construcción son polimorfos incompatibles o no deseados son favorecidas termodinámicamente sobre las formas deseadas. Se describe cómo las aplicaciones de intercambio enlazador disolvente asistida, polvo de difracción de rayos X en los capilares y la activación a través de CO2 supercrítico de secado, pueden abordar algunos de estos...

Marcos de síntesis y caracterización de funcionalizado metal-orgánico

Presentamos la síntesis de la tetracianoetileno vanadio ferrimagnet de base orgánica (V [TCNE] x, x ~ 2) por medio de baja temperatura de deposición química de vapor (CVD). Esta receta optimizada produce un aumento de la temperatura de Curie desde 400 K a más de 600 K y una mejora dramática en las propiedades de resonancia magnética.

Deposición de vapor químico de un imán Orgánica, vanadio tetracianoetileno

Estructuras cilíndricas de óxido de zinc en forma de varillas se sintetizan mediante deposición de vapor químico asistida por aerosol sin el uso de partículas de catalizador-semilla previamente depositadas. Este método es escalable y compatible con varios sustratos basados en silicio, cuarzo o polímeros.

Aerosol-asistida por deposición de Vapor químico del óxido de Metal estructuras: barras de óxido de Zinc

Películas delgadas (100-1000 Å) de dióxido de vanadio (VO2) fueron creadas por la deposición de capa atómica (ALD) sobre sustratos de zafiro. Después de esto, las propiedades ópticas fueron caracterizadas a través de la transición metal aislante de VO2. De las propiedades ópticas de medida, un modelo fue creado para describir el índice de refracción ajustable de VO2.

Deposición de capa atómica de dióxido de vanadio y un modelo óptico dependiente de la temperatura

Armazones metal-orgánicos son eficaces en el almacenamiento de gas y catálisis heterogénea, sino resultado de métodos de síntesis típica en polvos sueltos que son difíciles de incorporar materiales inteligentes. Demostrar un método de primera capa las telas con óxidos metálicos de ALD, dando como resultado películas conformales de MOF en los tejidos durante la síntesis de solvothermal.

Síntesis de Solvothermal de 96 MIL y UiO-66-NH2 de capa atómica deposita recubrimientos de óxido de Metal en esteras de la fibra

Aquí presentamos un protocolo para la realización de reacciones en los vasos de reacción simple bajo presiones bajas a moderadas de CO2. Las reacciones pueden realizarse en una variedad de recipientes simplemente por administrar el dióxido de carbono en forma de hielo seco, sin necesidad de equipo costoso o elaborado o configuraciones.

Alcanzar presiones moderadas en recipientes sellados usando hielo seco sólido CO2 fuente

Presentamos un protocolo para mejorar el rendimiento de la fotoreducción de CO2 a CH4 mediante el aumento de la intensidad de la luz incidente a través de la concentración de la tecnología de energía solar.

CO2 Photoreduction to CH4 Performance Under Concentrating Solar Light

Se presenta un protocolo para el agotamiento de precursores de emisiones de biomasa de baja calidad mediante un tratamiento de carbonización hidrotermal asistido por microondas de baja temperatura. Este protocolo incluye los parámetros de microondas y el análisis del producto Biocoal y el agua de proceso.

Reduciendo la emisión de combustible de madera de sauce por microondas de baja temperatura asistida por carbonización hidrotérmica

Se presenta un protocolo para la síntesis de HNbWO6, HNbMoO6, HTaWO6 nanohoja de ácido sólido modificado Pt/CNTs.

Afinación de la acidez de los catalizadores Pt/ CNTs para la hidrodesoxigenación del éter de difenilo

Aquí, presentamos un protocolo para la validación activa del sitio de catalizadores de marcos metal-orgánicos comparando las reacciones estequiométricas y catalíticas carbonilo-ene para averiguar si se produce una reacción en la superficie interna o externa de los marcos metal-orgánicos.

Desarrollo de catalizadores enantioselectivos heterogéneos utilizando marcos metálicos-orgánicos quirales (MOF)

Este protocolo detalla una síntesis fácil de un solo papel de nanopartículas de óxido de manganeso (MnO) por descomposición térmica de acetilacetona de manganeso(II) en presencia de oleilamina y éter de dibenzilo. Las nanopartículas MnO se han utilizado en diversas aplicaciones, incluyendo imágenes por resonancia magnética, biodesefacción, catálisis, baterías y tratamiento de aguas residuales.

Síntesis de nanopartículas de óxido de manganeso por descomposición térmica de manganeso(II) acetilacetonato

Aprende a evaluar la desoxigenación programada por temperatura de ácido acético en catalizadores de carburo de molibdeno. Este método permite analizar la actividad y selectividad catalítica en un solo experimento para mejorar procesos de actualización de biocombustibles.

La desoxigenación programada la temperatura de ácido acético en carburo de molibdeno Catalizadores

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