Name: Síntesis y Prueba de Catalizadores de Nanopartículas de Solución Sólida Pt-Cu Soportadas para la Deshidrogenación de Propano (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-07-18T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 19 s
Description: Aprende a sintetizar catalizadores bimetálicos de nanopartículas Pt-Cu con tamaño uniforme para la deshidrogenación de alcanos. Este método optimiza la interacción metálica mediante control de pH y temperaturas de calcinación y reducción.

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Este trabajo fue apoyado por la Escuela de Ingeniería Química, Universidad de Purdue. El uso de la Fuente de Fotones Avanzada fue apoyado por el Departamento de Energía de EE.UU., Oficina de Ciencias de la Energía Básica, bajo el contrato no. DE-AC02-06CH11357. Las operaciones del MRCAT, la línea de luz 10-BM son apoyadas por el Departamento de Energía y las instituciones miembros de MRCAT. Los autores también reconocen el uso de la línea de haz 11-ID-C. Damos las gracias a Evan Wegener por la asistencia experimental con el XAS.

1. Síntesis de Catalizadores de Nanopartículas Bimetálicas de Pt-Cu Soportados de 2 nm <ol><li> Preparación de una solución de precursor de metal <ol><li> Disolver 0,125 g de trihidrato de nitrato de cobre (Cu (NO3) 2 · 3H 2 O) en 1 ml de agua para lograr una solución de color azul cielo. Precaución: Utilice guantes de protección cuando manipule productos químicos. </li><li> Añadir amoníaco gota a gota a la solución de nitrato de cobre, formando precipitados azul oscuro de hidróxido de cobre. Precaución: Utilice una campana para manipular bases y productos químicos volátiles. </li><li> Seguir añadiendo amoníaco hasta que los precipitados azul oscuro se disuelvan para formar una solución de color azul oscuro y el pH&gt; 10. </li><li> Añadir 0,198 g de nitrato de tetraammineplatinum ((NH 3) 4 Pt (NO3) 2) a la solución y el agua adicional de manera que el volumen total de la solución es 3,5 mL. Agregue amoníaco adicional si es necesario para mantener el pH de la solución mayor que 10. </li><li> Calentar la solución a 70 ° C hasta que todas las sales de nitrato de tetraaminaplatino se disuelvan en la solución. Dejar enfriar la solución a RT. </li></ol></li><li> Co-impregnación de una solución de precursor de metal <ol><li> Antes de la preparación del catalizador, determine el volumen de poro de impregnación del soporte de sílice. Pesar cuidadosamente aproximadamente 5 g de sílice seca en un plato de pesaje. Mientras se mezcla, añadir H 2 O gota a gota hasta que la sílice está completamente mojado, pero sin exceso de solución. Volver a pesar la sílice húmeda. Dividir los gramos de agua añadida por los gramos de muestra para calcular el volumen de poro. </li><li> Añadir la solución de precursor de metal disuelto unas gotas a la vez para 5 g de sílice de alta poroso (SiO 2) en una cápsula de evaporación de cerámica y se agita suavemente para romper las partículas que se pegan juntos para lograr una distribución homogénea de la solución. NOTA: La sílice blanca se volverá azul oscuro una vez que se adsorben todos los 3,5 mL de solución de precursor de metalnorte. <ol><li> Asegúrese de que la textura de las partículas de sílice permanece como la de arena seca. Evitar la acumulación de exceso de solución durante la impregnación. </li></ol></li><li> Coloque el Pt-0.7Cu / SiO precursor 2 catalizador impregnado en un horno de secado y se seca a 125 ° CO / N. </li></ol></li><li> Calcinación y reducción <ol><li> Calcinar el catalizador en un horno a 250 ° C con una velocidad de rampa de 5 ° C / min en aire durante 3 h. NOTA: La calcinación a temperaturas más altas generalmente conduce a nanopartículas de Pt más grandes. </li><li> Colocar una capa de 2 cm de lana de cuarzo en el medio de un reactor de tubo de 1&quot; de cuarzo y cargar el catalizador calcinado Pt-0.7Cu / SiO 2 en el tubo a través de un embudo de plástico. Colocar el tubo en un horno a temperatura programada clamshell. </li><li> Después de purgar el tubo con N2 durante 5 min a TA, comenzará a fluir H 2 (a temperatura ambiente) a la misma velocidad de flujo como N 2 (100 ccm) para reducir el Pt-0.7Cu /SiO $ ₂ $. </li><li> Aumentar la temperatura a 150 ° C con una velocidad de rampa de 5 ° C / min y mantener durante 5 min. </li><li> Comience la rampa lenta de la temperatura a una velocidad de 2,5 ° C / min a 250 ° C. Mantenga la temperatura durante 15 minutos cada 25 ° C. NOTA: Otros metales pueden requerir temperaturas de reducción más bajas o más altas. La temperatura exacta se puede determinar generalmente examinando los cambios de color del catalizador ( por ejemplo, de azul a negro) para Pt-Cu. </li><li> La rampa a 550 ° C (o la temperatura de reacción, si es superior) a 10 ° C / min y se mantiene durante 30 min para completar la reducción. Purgar con N $ ₂ $ y enfriar a temperatura ambiente. </li><li> Descargue los catalizadores Pt-0.7Cu / SiO2 y guárdelos en un vial para uso futuro. NOTA: Repita procedimientos de síntesis similares utilizando diferentes cantidades de Cu (NO 3 ) 2 · 3H 2 O y (NH 3 ) 4 Pt (NO 3 ) 2 para preparar el otro Pt-X Cu / SiO 2 </sUb&gt; (X = 0,7, 2,3 y 7,3 y representa las relaciones atómicas Cu: Pt) y catalizadores Pt / SiO2. </li></ol></li></ol> 2. Prueba de Desempeño de Propano-Deshidrogenación <ol><li> Carga del catalizador <ol><li> Tome un reactor de tubo de cuarzo de 3/8 &quot;y coloque una capa de 1 cm de lana de cuarzo contra el hoyuelo en el medio. Precaución: Use guantes protectores cuando maneje lana de cuarzo, ya que las agujas finas pueden quedar incrustadas en la piel. </li><li> Pesar 40 mg de Pt-0.7Cu / 2 catalizador SiO y 960 mg de la sílice para la dilución. Mezclar las partículas (1 g de peso total) en un vial vacío. </li><li> Utilice un embudo de plástico para cargar toda la mezcla de catalizadores en el tubo de reacción. Limpie la pared exterior de ambos extremos del tubo con toallitas sin pelusa para quitar cualquier suciedad para obtener un buen sellado con la junta tórica. </li><li> Coloque los accesorios de tubo en ambos extremos del tubo de reactor de cuarzo y conectarlos al sistema de reactor equipado con un horno de concha. </li></ol></li> &lt;Li&gt; Prueba de fugas y pretratamiento del catalizador <ol><li> A su vez en 50 cm 3 / min N 2 de flujo a través del reactor tubular. Después de 1 minuto, cierre la válvula de bola en la salida del reactor. Espere a que la presión del sistema aumente a 5 psig. Cierre la válvula de bola en la línea N 2 de entrada para detener el flujo de N 2 y sellar el sistema del reactor. </li><li> Espere 1 minuto y registre la presión leída desde el medidor. Si la presión cae, abra la válvula de bola en la salida del reactor para liberar la presión y volver a fijar los accesorios. Si no, primero abrir la válvula de bola en la salida del reactor para liberar la presión antes de reiniciar el flujo de N 2 mediante la activación de la válvula de bola en la línea de entrada de N 2 para purgar el sistema durante 1 min. </li><li> Comienzan a fluir 50 cm 3 / min de 5% H 2 / N 2 para la reducción de catalizador antes de ejecutar una reacción y detener el flujo de N 2. Iniciar el calentamiento del tubo a la temperatura de reacción de 550 ° C, con arDe 10 ° C / min. Espere 30 minutos después de que el horno alcance el punto de ajuste y permita que la temperatura del sistema se estabilice a la temperatura deseada. </li></ol></li><li> Prueba de reacción de deshidrogenación de propano <ol><li> Iniciar el cromatógrafo de gases (GC) en el sistema del reactor y seleccionar el método adecuado para el análisis de componentes de gas. <ol><li> Cambie el flujo de gas del reactor a una línea de bypass. El flujo 100 cm 3 / min de 5% de propano / N 2 y 100 cm 3 / min de 5% H 2 / N 2. Espere 1 minuto para que el flujo de propano se estabilice e inyecte el flujo de bypass en GC como una muestra de referencia. </li></ol></li><li> Cambiar el flujo de gas de vuelta a la línea del tubo del reactor para iniciar la reacción y registrar el tiempo. </li><li> Después de que la reacción transcurra durante 4 minutos, inyecte el flujo de gas de salida del reactor (una muestra de GC) en el GC para obtener la información del componente de gas de salida. Inyectar las muestras cada 4 min y ejecutar la prueba hasta que la conversión alcance sta sta<html> Te o la conversión es muy baja. </li><li> Utilice el software de análisis de pico correspondiente para analizar cada pico. <ol><li> Haga clic para seleccionar los puntos inicial y final del pico. Utilice la función de integración para obtener el área del pico. Anote el área de pico para el propano (C 3 H 8) reactivo; el propileno (C 3 H 6) de producto; y los productos secundarios, el metano (CH 4), etano (C 2 H 4), y etileno (C 2 H 6). NOTA: Para cada inyección se obtiene un patrón de GC con múltiples picos cuya área se relaciona con el número de moles de diferentes especies de gas. </li></ol></li><li> Convertir el área del pico en el número de moles para cada especie utilizando el factor de respuesta. Determine la conversión de propano y la selectividad de propileno en el momento para cada muestra de acuerdo con las siguientes fórmulas: <img alt="Ecuación" src="/files/ftp_upload/56040/56040eq1.jpg" /> Ad / 56040 / 56040eq2.jpg &quot;/&gt; dónde <img alt="Ecuación" src="/files/ftp_upload/56040/56040eq3.jpg" /> Es la conversión de propano, <img alt="Ecuación" src="/files/ftp_upload/56040/56040eq4.jpg" /> Es la selectividad del propileno, <img alt="Ecuación" src="/files/ftp_upload/56040/56040eq5.jpg" /> Es el número de moles de propano, y <img alt="Ecuación" src="/files/ftp_upload/56040/56040eq6.jpg" /> Es el número de moles de propileno. </li><li> Obtenga el valor de conversión y selectividad inicial en t = 0 extrapolando la conversión medida y la selectividad frente al tiempo en la corriente usando un ajuste exponencial. </li></ol></li><li> Post-reacción <ol><li> Pare de calentar el reactor apagando el programa de temperatura. Cambiar el flujo de gas a 10 cm 3 / min N 2 . </li><li> Cambiar el cromatógrafo de gases de nuevo al modo de espera para reducir el caudal del gas portador. </li><li> Descargue el catalizador usado del reactor de lecho fijo de cuarzo después de enfriar hastatemperatura ambiente. Recoja el peso del catalizador en un área de eliminación de desechos designada. </li></ol></li></ol> 3. Caracterización de las muestras de catalizador <ol><li> Microscopía electrónica de transmisión de barrido 4 , 20 <ol><li> Cargar el catalizador en un mortero y moler en menos de 100 malla de polvo con un mazo. </li><li> Dispersar aproximadamente 30 mg de polvo de catalizador en aproximadamente 5 ml de alcohol isopropílico en un vial pequeño. Agitar el vial para su mezcla completa y dejar que el vial se asiente durante 5 min para permitir la deposición de las partículas relativamente grandes. NOTA: La suspensión obtenida debe contener partículas muy pequeñas de catalizadores soportados. </li><li> Coloque una rejilla de Au TEM en un plato de evaporación. Calentar el plato a 80 ° C en una placa caliente. Añadir tres gotas de la suspensión de catalizador a la red. NOTA: El alcohol isopropílico se evaporará rápidamente y dejará las partículas deE cuadrícula. </li><li> Cargar la rejilla en el soporte de la muestra para la obtención de imágenes por microscopía electrónica. </li></ol></li><li> Espectroscopia in situ de absorción de rayos X 3 , 4 , 19 , 20 <ol><li> Cargar el catalizador en un mortero y moler en menos de 100 malla de polvo con un mazo. Cargue los polvos finos en un juego de troqueles y presione con los dedos para formar una oblea autoportante. </li><li> Cargue una muestra de ~ 100 mg en el porta muestras. </li><li> Colocar el porta muestras en un reactor de tubo de cuarzo y pretratar la muestra reduciéndola en 50 cm 3 / min 3% H 2 / He. </li><li> Después de enfriar a RT, sellar el tubo y transferirlo a la línea de luz del sincrotrón para recoger los datos XAS. </li></ol></li><li> Difracción de rayos X in situ 19 , 20 <ol><li> LoAd el catalizador en un mortero y moler en menos de 100 malla de polvo con un mazo. </li><li> Presione una oblea delgada utilizando un conjunto de troqueles estándar de 7 mm de diámetro. NOTA: El juego de troqueles contiene una pieza hembra y piezas masculinas superior e inferior. <ol><li> Sujete la pieza masculina inferior a la parte hembra. Cargue la muestra sobre la superficie pulida de la parte inferior. Fije la pieza macho superior y transfiera el conjunto de matrices a la etapa de muestreo de la prensa. Presione con la fuerza adecuada. </li></ol></li><li> Descargue la oblea y transfiérala a la copa de cerámica de la etapa de muestra especializada (véase la tabla de materiales ). Sellar el escenario y fijarlo en la mesa de muestras de la línea de luz. </li><li> Reduzca la muestra fluyendo y aumentando la temperatura a 550 ° C. Recoger los datos de difracción de rayos X in situ bajo un flujo de gas H 2 / He al 3% a 550 ° C y después de enfriar a RT 20 . </li></ol></li></ol>

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Los autores no tienen nada que revelar.

Los catalizadores de Pt-Cu preparados en este trabajo contienen nanopartículas uniformes de aproximadamente 2 nm de tamaño, similares a los catalizadores heterogéneos calificados para aplicaciones industriales. Todos los precursores de Pt y Cu forman estructuras bimetálicas, en oposición a partículas monometálicas separadas. Esta interacción bimetálica y el pequeño tamaño de partícula se realizan mediante un control cuidadoso sobre los procedimientos de síntesis. El proceso de impregnación hace uso de la adsorción elect...

La deshidrogenación del propano (PDH) es una etapa clave de procesamiento en la producción de propileno, aprovechando el gas de esquisto, la fuente de mayor crecimiento de gas en el país 1 . Esta reacción rompe dos enlaces CH en una molécula de propano para formar un propileno y hidrógeno molecular. Los catalizadores metálicos nobles, incluidas las nanopartículas de Pd, presentan una selectividad pobre para la PDH, rompiendo el enlace CC para producir metano con un alto rendimiento, con la producción concomitante de coque, dando lugar a la desactivación del catalizador. Informes recientes mostraron que los catalizadores de PDH selectivos podrían ser obtenidos por la adición de promotores como Zn o In a Pd 2, 3, 4. Los catalizadores promovidos son casi 100% selectivos para PDH, en oposición a menos del 50% para nanopartículas de Pd monometálicas del mismo tamaño. La gran mejora en la selectividad se atribuyó a la formación de PdZn o PdIn compuesto intermetálico(IMC) sobre la superficie del catalizador. La matriz ordenada de dos tipos diferentes de átomos en los IMCs aisló geométricamente los sitios activos de Pd con átomos de Zn o In no catalíticos, que desactivaron las reacciones secundarias catalizadas por un conjunto (grupo) de sitios activos de Pd vecinos. El platino tiene la más alta selectividad intrínseca entre los metales nobles para la deshidrogenación del propano, pero todavía no es satisfactoria para el uso comercial 1 . Típicamente, se añade Sn, Zn, In, Ga o como promotor para Pt 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13. Basándose en la idea de que el aislamiento geométrico del sitio activo contribuye a una alta selectividad, cualquier elemento no catalítico que forma una aleaciónTructura con Pt, como Cu, también potencialmente promover el rendimiento del catalizador [ 14] . Varios estudios anteriores sugirieron que la adición de Cu de hecho mejoró la selectividad de PDH de los catalizadores Pt 15 , 16 , 17 , 18 . Sin embargo, no se ha reportado evidencia directa para determinar si Pt y Cu forman nanopartículas bimetálicas o estructuras ordenadas, lo cual es crucial para entender el efecto promocional de Cu. En el diagrama de fases binario de Pt-Cu, son posibles dos tipos de estructura diferentes en un amplio rango de composición 16 , 18 : compuesto intermetálico, en el que Pt y Cu ocupan cada uno sitios cristalinos específicos y solución sólida, en la que Cu se sustituye aleatoriamente en el Red de Pt. Los IMC se forman a baja temperatura y se transforman en una solución sólida a unos 600 - 800 ° C para materiales a granel es decir, 550ºC). Por lo tanto, es esencial para investigar el orden atómico de Pt-Cu en condiciones de reacción. Para nanopartículas soportadas con tamaños de partícula pequeños, es muy difícil obtener información estructural significativa utilizando instrumentos de laboratorio 19 . La repetición limitada de células unitarias conduce a picos de difracción muy amplios con intensidades muy bajas. Debido a la alta fracción de átomos de superficie en nanopartículas de 1 - 3 nm de tamaño, que se oxidan en el aire, la difracción debe ser recolectada in situ utilizando rayos X de alto flujo, típicamente disponible con técnicas de sincrotrón. Los catalizadores de Pt-Cu PDH anteriormente descritos eran todos mayores de 5 nm en tamaño 15 , 16 , 17 , 18. Sin embargo, para los catalizadores de nanopartículas de metales nobles, existe siempre un fuerte deseo de maximizar la actividad catalítica por coste unitario al sintetizar catalizadores con dispersiones altas (típicamente alrededor de o de menos de 2 nm de tamaño) 19 . Aunque la preparación de nanopartículas bimetálicas de este tamaño es posible por métodos de impregnación estándar, es necesario un control racional de los procedimientos. Es necesario controlar los precursores metálicos, el pH de la solución de impregnación y el tipo de soporte para optimizar el anclaje de las especies metálicas sobre soportes de gran superficie. Los tratamientos térmicos de calcinación y reducción posteriores también deben ser cuidadosamente controlados para suprimir el crecimiento de las nanopartículas metálicas. Este artículo cubre el protocolo para la síntesis de catalizadores de nanopartículas bimetálicas de Pt-Cu de 2 nm soportados y para la prueba de su rendimiento de deshidrogenación de propano. La estructura de los catalizadores es investigada por Scanning T(STEM), la Espectroscopia de Absorción de Rayos X de sincrotrón in situ (XAS) y la difracción de rayos X de sincrotrón in situ (XRD), que ayudan a dilucidar el rendimiento mejorado del catalizador con la introducción de Cu.

<table><tbody><tr><td>Reactor de tubo de cuarzo de 1 "&nbsp;</td><td>Cuarzo científico</td><td>procesado por horno de secado con soplador</td><td></td>de vidrio</tr><tr><td>&nbsp;</td><td>Horno</td> de calcinación Fisher Scientific <td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>Horno termo científico</td><td></td><td></td></tr><tr><td>de temperatura programada&nbsp;</td><td>Sistema de prueba aplicado</td><td>Sistema de</td> evaluación del rendimiento de la deshidratación de propano hecho <td></td>a medida</tr><tr><td>Cromatografía</td> de <td></td><td></td> gases casera Rejilla TEM Hewlett-Packard Modelo 7890 <td></td></tr><tr><td>TedPella</td><td>01824G</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Laboratorio</td><td>Internacional de Cristal</td><td>0012-8211</td><td></td>Juego de</tr><tr><td></td><td></td> troqueles International Crystal Lab <td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td>0012-189</td><td></td></tr><tr><td>Etapa de muestra de Linkam</td><td>Linkam</td><td>Scientific Modelo TS1500</td><td></td></tr><tr><td>trihidrgate de nitrato de cobre</td><td>Sigma Aldrich</td><td>61197</td><td></td></tr><tr><td>tetraamminanitrato de platino&nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>278726</td><td></td></tr><tr><td>amoníaco&nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>294993</td><td></td></tr><tr><td>sílice</td><td>Sigma Aldrich</td><td>236802</td><td></td></tr><tr><td>alcohol isopropílico</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Balance</td><td>Denver Instrument Company</td> Espátulas <td>A-160</td><td></td></tr><tr><td>Platos evaporadores de cerámica y vidrio</td><td></td> VWR, vasos de precipitados Placa calefactora VWR <td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Papeles</td><td></td><td></td><td></td>Kimwipe</tr><tr><td>Mortero y Maja</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>de lana de cuarzo &nbsp;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Racores de tubo Swagelok&nbsp;</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

síntesis y prueba de catalizadores de nanopartículas de solución sólida pt-cu soportadas para la deshidrogenación de propano

Synthesis and Testing of Supported Pt-Cu Solid Solution Nanoparticle Catalysts for Propane Dehydrogenation

Un método conveniente para la síntesis de catalizadores de Pt-Cu bimetálicos y pruebas de rendimiento para la deshidrogenación y caracterización de propano se demuestra aquí. El catalizador forma una estructura de solución sólida sustitutiva, con un tamaño de partícula pequeño y uniforme alrededor de 2 nm. Esto se realiza mediante un control cuidadoso de las etapas de impregnación, calcinación y reducción durante la preparación del catalizador y se identifica mediante técnicas avanzadas de sincrotrón in situ . El desempeño del catalizador de deshidrogenación de propano mejora continuamente con el aumento de la relación atómica Cu: Pt.

La selectividad de propileno frente al tiempo para los catalizadores de Pt y Pt-Cu medidos a una conversión inicial de propano de aproximadamente el 20% se presenta en la Figura 1A . El catalizador de Pt tiene una selectividad inicial de 61%, que aumenta hasta aproximadamente 82% con el tiempo en la corriente a medida que el catalizador se desactiva durante 1 h. El catalizador de Pt-0,7Cu muestra una mejor selectividad de propileno inicial del 72%. Para los ...

En este documento se describe un método conveniente para la síntesis de catalizadores de Pt-Cu de nanopartículas bimetálicas soportadas de 2 nm para la deshidrogenación de propano. Las técnicas de rayos X de sincrotrón in situ permiten la determinación de la estructura del catalizador, que normalmente no se puede obtener utilizando instrumentos de laboratorio.

Síntesis y Prueba de Catalizadores de Nanopartículas de Solución Sólida Pt-Cu Soportadas para la Deshidrogenación de Propano

A convenient method for the synthesis of bimetallic Pt-Cu catalysts and performance tests for propane dehydrogenation and characterization are ...

El objetivo general de esta investigación es sintetizar nuevos catalizadores bimetálicos con tamaño de partícula uniforme y pequeño y evaluar su rendimiento en la deshidrogenación de alcanos. El objetivo es comprender los principios fundamentales que conducen a una alta selectividad hacia olefinas, alta velocidad de reacción, larga vida útil y estabilidad térmica. Este método de síntesis de catalizadores optimiza la inmovilización de especies metálicas sobre el soporte mediante la preparación de una solución con un pH que carga la superficie del soporte y atrae iones metálicos de carga opuesta.Es necesario un control cuidadoso de las temperaturas de calcinación y reducción para obtener un tamaño de partícula pequeño; la co-impregnación de los precursores metálicos adecuadamente seleccionados garantiza una fuerte interacción bimetálica que, en última instancia, controla la actividad y la selectividad. Después de la preparación, medimos las velocidades, la selectividad y la estabilidad de los catalizadores en la deshidrogenación de alcanos para determinar las diferencias en el rendimiento según la composición del catalizador y correlacionar estos resultados con la estructura. Primero, pese cuidadosamente aproximadamente cinco gramos de sílice seca sobre papel de pesaje y transfiéralos a un recipiente de pesado.Mientras se mezcla, añada agua gota a gota hasta que la sílice esté completamente húmeda, pero sin exceso de solución. Luego, pese nuevamente la sílice húmeda para calcular la cantidad de agua absorbida y determinar el volumen de poro del soporte de sílice. Para preparar la solución precursora, disuelva 0,125 gramos de nitrato de cobre trihidratado en un mililitro de agua en un vial pequeño para obtener una solución azul cielo.Añada amoníaco gota a gota a la solución de nitrato de cobre, formando precipitados azul oscuro de hidróxido de cobre. Continúe añadiendo amoníaco hasta que los precipitados azul oscuro se disuelvan y se forme una solución azul oscuro, y el pH sea mayor que 10. A continuación, añada 0.198 gramos de nitrato de tetraaminoplatino a la solución.Luego, agregue agua de modo que el volumen total de la solución sea de 3,5 mililitros, lo que equivale al volumen de poro del soporte de sílice de cinco gramos. Caliente la solución a 70 grados Celsius hasta que se disuelvan todas las sales de nitrato de tetraaminoplatino. Después de permitir que la solución del precursor metálico disuelto se enfríe a temperatura ambiente, añádala gota a gota a cinco gramos de sílice en un recipiente cerámico para evaporación y agite suavemente para desagregar las partículas que se adhieren entre sí y lograr una distribución homogénea de la solución.Seque el catalizador soportado en sílice impregnado con una relación cobre a platino de 0,7 en una estufa a 125 grados Celsius durante la noche. Al día siguiente, calcine el precursor del catalizador enfriado en un horno a 250 grados Celsius con una velocidad de rampa permanente de cinco grados Celsius por minuto en atmósfera de aire durante tres horas. A continuación, transfiera el catalizador calcinado a un horno de tubo para su reducción.Coloque una capa de una pulgada de lana de cuarzo en el centro de un reactor de tubo de cuarzo de una pulgada y cargue el catalizador calcinado enfriado en el tubo mediante un embudo de plástico. Luego, coloque el tubo en un horno programable de temperatura tipo cangrejo. Después de purgar el tubo con nitrógeno durante cinco minutos a temperatura ambiente, cambie el flujo a 5% de hidrógeno equilibrado en nitrógeno, al mismo caudal que el nitrógeno, para reducir el catalizador.Aumente la temperatura hasta 150 grados Celsius con una velocidad de rampa constante de cinco grados Celsius y mantenga durante cinco minutos. Ahora, comience una rampa lenta de la temperatura a una velocidad de 2,5 grados Celsius por minuto hasta 250 grados Celsius, manteniendo la temperatura durante 15 minutos tras cada aumento de 25 grados Celsius. Eleve la temperatura hasta 550 grados Celsius a 10 grados Celsius por minuto y manténgala durante 30 minutos para completar la reducción.Cambie el flujo de hidrógeno al 5 % de vuelta a nitrógeno puro para purgar el sistema y enfríe hasta la temperatura ambiente. A continuación, retire el catalizador y guárdelo en un vial para su uso futuro. Coloque una capa de media pulgada de lana de cuarzo contra la depresión en el centro de un reactor de tubo de cuarzo de 3/8 de pulgada.A continuación, mezcle 40 miligramos de un precursor de catalizador soportado en sílice con una relación cobre a platino de 0.7 y 960 miligramos de sílice en un vial vacío para diluir el catalizador. Utilizando un embudo de plástico, cargue la mezcla de catalizador en el reactor de tubo. Limpie la pared externa de ambos extremos del tubo con toallitas libres de pelusa para eliminar cualquier suciedad y lograr un buen sellado con la junta tórica.Conecte los accesorios del tubo a ambos extremos del reactor de tubo de cuarzo y fíjelos al sistema del reactor equipado con un horno de concha. A continuación, encienda el flujo de nitrógeno a través del reactor de tubo. Después de un minuto, cierre la válvula de bola en la salida del reactor.Después de esperar a que la presión del sistema aumente hasta cinco libras por pulgada cuadrada manométrica, cierre la válvula de bola en la línea de entrada de nitrógeno para detener el flujo de nitrógeno y sellar el sistema del reactor. Después de un minuto, registre la lectura de presión del manómetro. Abra la válvula de bola en la salida del reactor para liberar la presión antes de reiniciar el flujo de nitrógeno abriendo la válvula de bola en la línea de entrada de nitrógeno para purgar el sistema durante un minuto.Comience a fluir hidrógeno diluido en nitrógeno para la reducción del catalizador antes de realizar la reacción y detenga el flujo de nitrógeno. Comience a calentar el reactor de tubo hasta 550 grados Celsius con una velocidad de 10 grados Celsius. Para la prueba de reacción de deshidrogenación de propano, encienda el cromatógrafo de gases, o GC, en el sistema del reactor y seleccione el método adecuado para el análisis de los componentes gaseosos.Ahora, cambie el flujo de gas del reactor a una línea de derivación. Pase 100 centímetros cúbicos por minuto de propano al 5% y nitrógeno diluido en hidrógeno al 5% diluido en nitrógeno. Una vez que el flujo de propano se estabilice, inyecte el flujo de derivación en el GC como muestra de referencia.A continuación, cambie el flujo de gas nuevamente a la línea del tubo del reactor para iniciar la reacción y registre el tiempo. Después de que la reacción transcurra durante cuatro minutos, inyecte el flujo de gas de salida del reactor en el GC para obtener la información sobre los componentes del gas de salida. Finalmente, utilice el software correspondiente de análisis de picos para analizar cada pico.Se presenta aquí la selectividad hacia propileno frente al tiempo para catalizadores de platino y cobre-platino. Mientras que la selectividad hacia propileno de los catalizadores de platino disminuye a conversiones más altas, el catalizador soportado sobre sílice con una relación cobre-platino de 7,3 mantiene una alta selectividad hacia propileno a diferentes conversiones de propano. La selectividad del catalizador aumenta casi linealmente con el contenido de cobre en los catalizadores de cobre-platino.Un mayor contenido de cobre también mejora las tasas de conversión por mol de platino superficial en la deshidrogenación del propano. Existe una relación casi lineal entre la tasa de conversión y la relación atómica cobre-platino del catalizador, con un balance de carbono cercano al 100 % durante todas las pruebas de reacción. El tamaño promedio de partícula de los catalizadores de platino monometálico y de platino-cobre, determinado mediante imágenes de microscopía electrónica de transmisión de haz estrecho (STEM), oscila entre dos y tres nanómetros.El cambio en el patrón de dispersión en los espectros de estructura fina de absorción de rayos X de los catalizadores con el aumento de la relación cobre a platino sugiere la formación de nanopartículas bimetálicas con contenido creciente de cobre. El patrón de XRD de los catalizadores de platino y platino-cobre mostró que su composición difiere de la composición ideal de aleaciones ordenadas y no hay ningún pico proveniente de difracción de superred, lo que indica que el platino y el cobre forman una estructura de solución sólida desordenada en los catalizadores. Los picos de difracción se desplazan hacia ángulos más altos con el aumento de la relación cobre a platino, lo que confirma que la solución sólida se enriquece en cobre.Una vez dominado, el paso de impregnación puede realizarse en aproximadamente una hora y la consistencia es como partículas pequeñas con composición uniforme. Al preparar aleaciones metálicas mediante impregnación, es importante ajustar el valor de pH de la solución y utilizar complejos metálicos adecuados según el tipo de soporte. El volumen de la solución debe ser igual al volumen de poros del soporte.Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo sintetizar catalizadores bimetálicos soportados y evaluar su rendimiento en la deshidrogenación de alcanos. Este método es ampliamente aplicable y puede utilizarse con diferentes composiciones de catalizadores y para muchas reacciones químicas. No olvide que mezclar hidrógeno con aire en presencia de un catalizador metálico es extremadamente peligroso y puede provocar explosiones.Siempre debe purgar el reactor con nitrógeno antes y después de agregar hidrógeno al catalizador.

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Investigación

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Chemistry

Química

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