Désoxygénation de la température programmée de l'acide acétique sur carbure de molybdène Catalyseurs

L’objectif global de cette méthode de réaction programmée en température est de déterminer les performances de désoxygénation du catalyseur en carbure de molybdène à partir de l’acide acétique, un composé modèle d’huile de pyrolyse. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de l’amélioration de la phase vapeur à l’aide de catalyseurs hétérogènes, tels que ceux concernant l’activité catalytique et la sélectivité des composés modèles d’huile de pyrolyse. Les principaux avantages de cette technique sont la possibilité de tester les performances catalytiques sur une plage de températures en une seule expérience.

Bien que cette méthode puisse donner un aperçu des performances catalytiques avec les vapeurs d’acide acétique, elle peut également être appliquée à d’autres composés modèles d’huile de pyrolyse tels que l’aldéhyde acide, l’éthanol, le méthanol et l’anisole. Tout d’abord, retirez un réacteur à tube en U à quartz propre et sec d’un four de séchage. Une fois que le réacteur a refroidi à température ambiante, chargez-y une petite quantité de laine de quartz en utilisant la quantité minimale nécessaire pour soutenir le lit catalytique.

À l’aide d’un mot d’emballage en fil métallique propre et ferme, poussez doucement la laine le long du tube de quartz jusqu’à l’extrémité de la section droite. Ensuite, mélangez 50 milligrammes de catalyseur en carbure de molybdène avec 200 milligrammes de copeaux de quartz calcinés tamisés pour éviter la canalisation et assurer une température constante à travers le lit catalytique. À l’aide de papier alourdi et d’un entonnoir propre, versez le mélange de catalyseur et de copeaux de quartz dans le réacteur de sorte que le lit catalytique repose sur le support en laine de quartz.

Ensuite, poussez doucement un deuxième petit morceau de laine de quartz sur le lit catalytique, en fixant le lit catalytique en place. Il est important de s’assurer que le mélange catalyseur-puce de quartz est homogène. Des mélanges non homogènes peuvent entraîner des canalisations, des gradients de température et une chute de pression excessive à travers le lit catalytique.

Installez le réacteur en connectant et en serrant d’abord le raccord du côté amont du lit catalytique, qui est la section droite du tube du réacteur. Ensuite, connectez et serrez le raccord du côté aval du lit catalytique. Ensuite, ajustez la position du thermocouple du réacteur en poussant le thermocouple à travers un raccord percé de sorte que l’extrémité du thermocouple repose sur le bord supérieur du lit catalytique.

Installez de l’isolant autour de la partie supérieure du réacteur, puis élevez soigneusement le four au niveau le plus élevé autorisé par le réacteur à tube en U de sorte que le bord supérieur du four ne touche pas le réacteur. Commencez à purger le système en faisant couler de l’hélium d’ultra-haute pureté à 40 sccm à travers le contrôleur de débit massique étalonné, ou MFC. Ensuite, ouvrez le spectromètre de masse, ou vanne à orifice MS, pour permettre au gaz d’atteindre la source d’ions MS.

Après avoir ouvert le cylindre du réservoir d’hydrogène et les vannes à pointeau du régulateur, commencez à faire couler de l’hydrogène de très haute pureté, mais en ouvrant la vanne d’arrêt de la ligne du système immédiatement en aval du MFC d’hydrogène et en réglant le MFC pour qu’il s’écoule à 1,3 sccm. Ensuite, ajustez le débit d’hélium à 36 sccm, de sorte que le mélange gazeux soit composé de 3,5 % d’hydrogène. Une fois que les concentrations en phase gazeuse d’hydrogène et d’hélium se sont stabilisées, entrez le programme de température dans le contrôleur du four, puis commencez le programme de température.

Pour la réaction programmée en température, commencez l’écoulement des vapeurs d’acide acétique à travers le réacteur en ouvrant les vannes d’entrée et de sortie du saturateur, puis en fermant la vanne de dérivation du saturateur. Acheminez le flux de gaz vers le chromatographe microgaz, ou micro GC, en basculant la vanne à trois voies en aval du réacteur en position micro GC. Après avoir laissé la pression du système de concentration de la phase gazeuse d’acide acétique se stabiliser, programmez le régulateur de température du four pour qu’il passe de la température ambiante à 600 degrés Celsius à dix degrés Celsius par minute.

Commencez maintenant à prélever des échantillons de micro-GC aussi souvent que possible. Commencer le programme de température immédiatement après avoir commencé à collecter les échantillons de micro GC. Lorsque le programme de température est terminé, arrêtez les échantillons de micro GC.

À l’aide du logiciel informatique associé au MS, éteignez la source d’ions MS, puis fermez la vanne à orifice MS d’un micromètre. Une fois le dernier échantillon de micro-GC terminé, chargez une méthode qui règle les températures de la colonne à la limite maximale autorisée recommandée par le fabricant. Coupez le flux d’hydrogène en réglant le MFC d’hydrogène à zéro sccm et en fermant la vanne d’arrêt d’hydrogène.

Coupez le flux des vapeurs d’acide acétique vers le réacteur en ouvrant la soupape de dérivation du saturateur et en fermant les vannes d’entrée et de sortie du saturateur. Après avoir laissé le réacteur refroidir à température ambiante, coupez le flux d’hélium en réglant le MFC d’hélium à zéro sccm, puis fermez la vanne d’arrêt située immédiatement en aval du MFC d’hélium. Une fois que le système a atteint la pression ambiante, acheminez le gaz vers la ventilation d’évacuation locale à l’aide de la vanne à trois voies.

Désinstallez le réacteur en débranchant d’abord le raccord du côté aval du réacteur, c’est-à-dire le raccord relié au tube flexible en acier inoxydable. Enfin, débranchez le raccord du côté amont du réacteur. Comme le montre ici, de nombreux produits courants des expériences de réaction programmées en température de l’acide acétique sont caractérisés par des signaux de masse à charge communs en spectrométrie de masse, et la déconvolution du signal est donc nécessaire.

Après la déconvolution, les données MS normalisées et corrigées peuvent être utilisées de manière semi-quantitative pour recueillir des informations, telles que la conversion réactive et la concentration relative du produit en fonction de la température de réaction. Les données représentatives d’une étude comparant les performances de désoxygénation de plusieurs catalyseurs en carbure de molybdène dans une réaction programmée en fonction de la température de l’acide acétique sont présentées ici. Un catalyseur en carbure de molybdène à nanoparticules a démontré un taux de renouvellement de l’acide acétique supérieur à celui de son homologue non modélisé dans des taux de renouvellement similaires de l’acide acétique par rapport aux catalyseurs en carbure de molybdène en vrac inférieurs à 400 degrés Celsius.

Au-dessus de 400 degrés Celsius, les catalyseurs modélisés ont démontré un taux de renouvellement de l’acide acétique supérieur à celui de tous les autres catalyseurs étudiés. Les taux de renouvellement de l’hydrogène étaient plus faibles dans les catalyseurs à nanoparticules que dans les catalyseurs en vrac à toutes les températures. Les deux matériaux nanoparticulaires ont montré une sélectivité plus élevée aux produits de cétonisation au-dessus de 400 degrés Celsius que leurs homologues en vrac, ce qui a été attribué à une augmentation de la fraction des sites acides forts par rapport aux matériaux en vrac.

De plus, le rapport entre les sites acides et les sites d’activation de l’hydrogène a été identifié comme une propriété clé dans la détermination de la performance de désoxygénation de l’acide acétique. Cette technique peut être réalisée en moins de quatre heures, ce qui fait de la méthode de réaction programmée en température un outil efficace pour évaluer les performances des matériaux catalytiques et leurs différentes conditions de réaction. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de faire fonctionner en toute sécurité et efficacement une réaction programmée en température à l’aide de vapeurs d’acide acétique.