Deossigenazione temperatura programmata di acido acetico sulla Molibdeno Carbide Catalizzatori

L'obiettivo generale di questo metodo di reazione a temperatura programmata è determinare le prestazioni di deossigenazione del catalizzatore in carburo di molibdeno dal composto del modello di olio di pirolisi, acido acetico. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo dell'upgrading della fase vapore utilizzando catalizzatori eterogenei, come quelle riguardanti l'attività catalitica e la selettività da composti modello di olio di pirolisi. I principali vantaggi di questa tecnica sono la capacità di testare le prestazioni catalitiche in un intervallo di temperature in un singolo esperimento.

Sebbene questo metodo possa fornire informazioni sulle prestazioni catalitiche con i vapori di acido acetico, può essere applicato anche ad altri composti modello di olio di pirolisi come l'aldeide acida, l'etanolo, il metanolo e l'anisolo. Innanzitutto, rimuovere un reattore a tubo a U al quarzo pulito e asciutto da un forno di essiccazione. Una volta che il reattore si è raffreddato a temperatura ambiente, caricare una piccola quantità di lana di quarzo utilizzando la quantità minima necessaria per sostenere il letto del catalizzatore.

Usando una parola di imballaggio in filo metallico pulito e rigido, spingi delicatamente la lana lungo il tubo di quarzo fino alla fine della sezione diritta. Quindi, mescolare 50 milligrammi di catalizzatore di carburo di molibdeno con 200 milligrammi di scaglie di quarzo calcinato setacciate per evitare la canalizzazione e garantire una temperatura costante attraverso il letto del catalizzatore. Utilizzando carta da pesare e un imbuto pulito, versare il catalizzatore e la miscela di trucioli di quarzo nel reattore in modo che il letto del catalizzatore si trovi sopra il supporto in lana di quarzo.

Quindi, spingere delicatamente un secondo piccolo pezzo di lana di quarzo sopra il letto del catalizzatore, fissando il letto del catalizzatore in posizione. È importante assicurarsi che la miscela di catalizzatore e chip di quarzo sia omogenea. Miscele disomogenee possono portare a canalizzazioni, gradienti di temperatura e un'eccessiva caduta di pressione attraverso il letto del catalizzatore.

Installare il reattore collegando e serrando prima il raccordo sul lato a monte del letto del catalizzatore, che è la sezione diritta del tubo del reattore. Quindi, collegare e serrare il raccordo sul lato a valle del letto del catalizzatore. Quindi, regolare la posizione della termocoppia del reattore spingendo la termocoppia attraverso un raccordo forato in modo che la punta della termocoppia si trovi sul bordo superiore del letto del catalizzatore.

Installare l'isolamento attorno alla sezione superiore del reattore, quindi sollevare con cautela il forno al livello più alto consentito dal reattore a tubo a U in modo che il bordo superiore del forno non tocchi il reattore. Iniziare lo spurgo del sistema facendo fluire elio ad altissima purezza a 40 sccm attraverso il regolatore di flusso di massa calibrato, o MFC. Successivamente, aprire lo spettrometro di massa, o valvola dell'orifizio MS, per consentire al gas di raggiungere la sorgente di ioni MS.

Dopo aver aperto il cilindro del serbatoio dell'idrogeno e le valvole a spillo del regolatore, iniziare a far fluire l'idrogeno ad altissima purezza, ma aprendo la valvola di intercettazione della linea del sistema immediatamente a valle dell'MFC dell'idrogeno e impostando l'MFC in modo che fluisca a 1,3 sccm. Quindi, regolare il flusso di elio a 36 sccm, in modo tale che la miscela di gas sia al 3,5% di idrogeno. Una volta che le concentrazioni in fase gassosa di idrogeno ed elio si sono stabilizzate, inserire il programma di temperatura nel controller del forno, quindi iniziare il programma di temperatura.

Per la reazione a temperatura programmata, iniziare il flusso di vapori di acido acetico attraverso il reattore aprendo le valvole di ingresso e uscita del saturatore e successivamente chiudendo la valvola di bypass del saturatore. Instradare il flusso di gas verso il microgascromatografo, o micro GC, commutando la valvola a tre vie a valle del reattore in posizione micro GC. Dopo aver consentito alla pressione del sistema di stabilizzare la concentrazione in fase gassosa dell'acido acetico, programmare il regolatore di temperatura del forno in modo che passi dalla temperatura ambiente a 600 gradi Celsius a dieci gradi Celsius al minuto.

Ora inizia a raccogliere campioni di micro GC il più frequentemente possibile. Iniziare il programma di temperatura subito dopo aver iniziato a raccogliere i campioni di micro GC. Al termine del programma di temperatura, arrestare i campioni micro GC.

Utilizzando il software del computer associato all'MS, spegnere la sorgente di ioni MS, quindi chiudere la valvola dell'orifizio MS da un micrometro. Dopo aver completato l'ultimo campione micro GC, caricare un metodo che imposti le temperature della colonna al limite massimo consentito come raccomandato dal produttore. Interrompere il flusso di idrogeno impostando l'MFC dell'idrogeno su zero sccm e chiudendo la valvola di intercettazione dell'idrogeno.

Interrompere il flusso di vapori di acido acetico al reattore aprendo la valvola di bypass del saturatore e chiudendo le valvole di ingresso e uscita. Dopo aver lasciato raffreddare il reattore a temperatura ambiente, spegnere il flusso di elio impostando l'MFC dell'elio su zero sccm, quindi chiudere la valvola di intercettazione situata immediatamente a valle dell'MFC dell'elio. Una volta che il sistema ha raggiunto la pressione ambiente, convogliare il gas verso la ventilazione di scarico locale utilizzando la valvola a tre vie.

Disinstallare il reattore scollegando prima il raccordo sul lato a valle del reattore, che è il raccordo collegato al tubo flessibile in acciaio inossidabile. Infine, scollegare il raccordo sul lato a monte del reattore. Come mostrato qui, molti dei prodotti comuni degli esperimenti di reazione programmata in temperatura dell'acido acetico sono caratterizzati da segnali di massa per caricare comuni in spettrometria di massa, e quindi è necessaria la deconvoluzione del segnale.

Dopo la deconvoluzione, i dati MS normalizzati e corretti possono essere utilizzati in modo semiquantitativo per raccogliere informazioni, come la conversione reattiva e la concentrazione relativa del prodotto in funzione della temperatura di reazione. Di seguito sono riportati i dati rappresentativi di uno studio che confronta le prestazioni di deossigenazione di diversi catalizzatori di carburo di molibdeno in una reazione a temperatura programmata con acido acetico. Un catalizzatore di carburo di molibdeno a nanoparticelle ha dimostrato un tasso di turnover dell'acido acetico maggiore rispetto alla sua controparte non modellata in tassi di turnover dell'acido acetico simili rispetto ai catalizzatori di carburo di molibdeno di massa inferiori a 400 gradi Celsius.

Al di sopra dei 400 gradi Celsius, i catalizzatori hanno dimostrato un tasso di turnover dell'acido acetico maggiore rispetto a qualsiasi altro catalizzatore studiato. I tassi di ricambio dell'idrogeno erano inferiori nei catalizzatori di nanoparticelle rispetto ai catalizzatori di massa a tutte le temperature. Entrambi i materiali nanoparticellari hanno dimostrato una maggiore selettività ai prodotti di chetonizzazione superiori a 400 gradi Celsius rispetto alle loro controparti di massa, il che è stato attribuito a un aumento della frazione di siti acidi forti rispetto ai materiali di massa.

Inoltre, il rapporto tra i siti acidi e i siti di attivazione dell'idrogeno è stato identificato come una proprietà chiave nel determinare le prestazioni di deossigenazione dell'acido acetico. Questa tecnica può essere eseguita in meno di quattro ore, il che rende il metodo di reazione a temperatura programmata uno strumento efficace per lo screening delle prestazioni dei materiali catalitici e delle loro varie condizioni di reazione. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come far funzionare in modo sicuro ed efficace una reazione a temperatura programmata utilizzando vapori di acido acetico.