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

El objetivo general de este método de reacción programada a temperatura es determinar el rendimiento de desoxigenación del catalizador de carburo de molibdeno a partir del compuesto acético del modelo de aceite de pirólisis. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la mejora de la fase de vapor utilizando catalizadores heterogéneos, como las relacionadas con la actividad catalítica y la selectividad de los compuestos modelo de aceite de pirólisis. Las principales ventajas de esta técnica es la capacidad de probar el rendimiento catalítico en un rango de temperaturas en un solo experimento.

Si bien este método podría proporcionar información sobre el rendimiento catalítico con vapores de ácido acético, también se puede aplicar a otros compuestos modelo de aceite de pirólisis como el aldehído ácido, el etanol, el metanol y el anisol. Primero, retire un reactor de tubo en U de cuarzo 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 él utilizando la cantidad mínima necesaria para soportar el lecho del catalizador.

Usando una palabra de empaque de alambre de metal limpio y rígido, empuje suavemente la lana por el tubo de cuarzo hasta el final de la sección recta. A continuación, mezcle 50 miligramos de catalizador de carburo de molibdeno con 200 miligramos de virutas de cuarzo calcinadas tamizadas para evitar la canalización y garantizar una temperatura constante a través del lecho del catalizador. Con papel de pesaje y un embudo limpio, vierta la mezcla de catalizador y virutas de cuarzo en el reactor de modo que el lecho del catalizador se asiente sobre el soporte de lana de cuarzo.

Luego, empuje suavemente un segundo trozo pequeño de lana de cuarzo sobre el lecho del catalizador, asegurando el lecho del catalizador en su lugar. Es importante asegurarse de 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 del catalizador.

Instale el reactor conectando y apretando primero el accesorio en el lado aguas arriba del lecho del catalizador, que es la sección recta del tubo del reactor. A continuación, conecte y apriete el accesorio en el lado aguas abajo del lecho del catalizador. A continuación, ajuste la posición del termopar del reactor empujando el termopar a través de un accesorio perforado para que la punta del termopar se asiente en el borde superior del lecho del catalizador.

Instale aislamiento alrededor de la sección superior del reactor y luego eleve con cuidado el horno al 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. Después de esto, abra el espectrómetro de masas, o la válvula de orificio MS, para permitir que el gas llegue a la fuente de iones MS.

Después de abrir el cilindro del tanque de hidrógeno y las válvulas de aguja del regulador, comience a fluir hidrógeno de ultra alta pureza, pero abriendo la válvula de cierre de la línea del sistema inmediatamente aguas abajo del MFC de hidrógeno y configurando 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 de la fase gaseosa de hidrógeno y helio se hayan estabilizado, ingrese el programa de temperatura en el controlador del horno, luego comience el programa de temperatura.

Para la reacción programada a la temperatura, comience el flujo de vapores de ácido acético a través del reactor abriendo las válvulas de saturación de entrada y salida y posteriormente cerrando la válvula de derivación del saturador. Dirija el flujo de gas al cromatógrafo de microgás, o micro GC, cambiando la válvula de tres vías aguas abajo del reactor a la posición de micro GC. Después de permitir que la presión del sistema de concentración de fase gaseosa de ácido acético se estabilice, programe el controlador de temperatura del horno para que pase de la temperatura ambiente a 600 grados Celsius a diez grados Celsius por minuto.

Ahora comience a recolectar muestras de micro GC con la mayor frecuencia posible. Comience el programa de temperatura inmediatamente después de comenzar a recolectar las muestras de micro GC. Cuando se haya completado el programa de temperatura, detenga las muestras de micro GC.

Usando el software de la computadora asociado con el MS, apague la fuente de iones MS, luego cierre la válvula de orificio MS de un micrómetro. Una vez completada 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. Cierre el flujo de hidrógeno ajustando el MFC de hidrógeno a cero sccm y cerrando la válvula de cierre de hidrógeno.

Cierre el flujo de vapores de ácido acético al reactor abriendo la válvula de derivación del saturador y cerrando las válvulas de saturación de entrada y salida. Después de permitir que el reactor se enfríe a temperatura ambiente, cierre el flujo de helio ajustando el MFC de helio a cero sccm, 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 a la ventilación de extracción 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 a la tubería 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 de ácido acético se caracterizan por señales comunes de masa a carga en espectrometría de masas y, por lo tanto, se requiere la deconvolución de la señal.

Después de la deconvolución, los datos de EM normalizados y corregidos pueden utilizarse semicuantitativamente para recopilar información, como la conversión reactiva y la concentración relativa del producto 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 a temperatura de ácido acético. Un catalizador de carburo de molibdeno con nanopartículas moldeadas demostró una mayor tasa de renovación de ácido acético en comparación con su contraparte no moldeada en tasas de renovación de ácido acético similares en comparación con los catalizadores de carburo de molibdeno a granel por debajo de 400 grados Celsius.

Por encima de los 400 grados Celsius, los catalizadores moldeados demostraron una mayor tasa de renovación del ácido acético que cualquiera de los otros catalizadores estudiados. Las tasas de renovación de hidrógeno fueron más bajas en los catalizadores de nanopartículas que en los catalizadores a granel a todas las temperaturas. Ambos materiales de nanopartículas demostraron una mayor selectividad a los productos de cetonización por encima de los 400 grados Celsius que sus contrapartes a granel, lo que se atribuyó a un aumento en la fracción de sitios de ácido fuerte en relación con los materiales a granel.

Además, la relación entre los sitios ácidos y los sitios de activación del hidrógeno se identificó como una propiedad clave para determinar el rendimiento de la desoxigenación del ácido acético. Esta técnica se puede realizar en menos de cuatro horas, lo que hace que el método de reacción programada por temperatura sea una herramienta eficaz para evaluar el rendimiento de los materiales catalíticos y sus diversas condiciones de reacción. Después de ver este video, debe tener una buena comprensión de cómo operar de manera segura y efectiva una reacción programada por temperatura utilizando vapores de ácido acético.