Name: 프로판 탈수 소화를위한 Pt-Cu 고용체 나노 입자 촉매 합성 및 시험 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-07-18T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 19 s
Description: 학습하세요 프로판 탈수소화를 위한 Pt-Cu 고용체 나노입자 촉매 합성 및 성능 평가 방법을. 동기가속기 X선 기법으로 구조를 분석하고 알케인 탈수소화 반응에서 높은 올레핀 선택성과 열안정성을 확인합니다.

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이 작업은 Purdue University의 화학 공학 학교에서 지원했습니다. Advanced Photon Source의 사용은 미 에너지 부 (Basic Energy Sciences) 사무소의 계약하에 지원되었습니다. DE-AC02-06CH11357. MRCAT 운영, 빔라인 10-BM은 에너지 부와 MRCAT 회원 기관이 지원합니다. 저자는 또한 빔라인 11-ID-C의 사용을 인정합니다. XAS에 대한 실험적 도움을 주신 Evan Wegener에게 감사드립니다.

1. 지원되는 2 nm Pt-Cu 바이메탈 나노 입자 촉매의 합성 <ol><li> 금속 전구체 용액의 제조 <ol><li> 0.125 g의 질산 구리 3 수화물 (Cu (NO 3 ) 2 · 3H 2 O)을 1 mL의 물에 녹여 하늘색 용액을 만든다. 주의 : 화학 물질을 취급 할 때는 보호 장갑을 착용하십시오. </li><li> 질산 구리 용액에 암모니아를 적가하여 수산화 구리의 진한 파란색 침전을 형성한다. 주의 : 염기와 휘발성 화학 물질을 처리 할 때는 흄 후드를 사용하십시오. </li><li> 진한 파란색의 침전물이 녹아 진 암모니아 용액과 pH&gt; 10이 될 때까지 암모니아를 계속가한다. </li><li> 용액의 총 부피가 3.5 mL가되도록 테트라 아민 백금 질산염 ((NH 3 ) 4 Pt (NO 3 ) 2 ) 0.198 g을 용액과 추가 물에 넣는다. 용액의 pH를 10 이상으로 유지하기 위해 필요한 경우 암모니아를 추가로 첨가한다. </li><li> 모든 테트라 아민 백금 질산염이 용액에 녹을 때까지 용액을 70 ° C로 가열한다. 용액을 실온으로 식힌다. </li></ol></li><li> 금속 전구체 용액의 동시 함침 <ol><li> 촉매 준비 전에, 실리카 지지체의 함침 세공 용적을 결정한다. 조심스럽게 약 5 g의 건조 실리카를 무게 접시에 넣습니다. 혼합하는 동안, 실리카가 완전히 젖을 때까지 과량의 용액없이 H 2 O를 적가한다. 젖은 실리카를 다시 젖히십시오. 첨가 된 물의 그램을 시료 그램으로 나눠서 세공 용적을 계산하십시오. </li><li> 세라믹 증발 접시 높은 다공성 실리카 5 g의 (SiO2로) 한 번에 용해 된 금속 전구체 용액 몇 방울을 첨가하고 용액의 균질 한 분포를 달성하기 위해 서로 붙은 입자를 분쇄 부드럽게 교반한다. 참고 : 흰색 실리카는 모든 3.5 mL의 금속 전구체 용액을 흡착하면 진한 파란색으로 변합니다.엔. <ol><li> 실리카 입자의 질감이 마른 모래의 질감과 동일하게 유지되는지 확인하십시오. 함침 동안 과잉 용액의 축적을 피하십시오. </li></ol></li><li> 함침 된 Pt-0.7Cu / SiO 2 촉매 전구체를 건조 오븐에 넣고 125 ° CO / N에서 건조시킵니다. </li></ol></li><li> 소성 및 환원 <ol><li> 3 시간 동안 공기 중에서 5 ° C / min의 램프 속도로 250 ° C의로에서 촉매를 소성합니다. 참고 : 높은 온도에서 소성은 일반적으로 더 큰 Pt 나노 입자를 발생시킵니다. </li><li> 1 인치 석영 튜브 반응기의 중간에 석영 울의 2cm 층을 놓고 소성 된 Pt-0.7Cu / SiO 2 촉매를 플라스틱 깔대기를 통해 튜브에 적재합니다. 튜브를 클램 쉘 온도 프로그래밍 식 퍼니스에 놓습니다. </li><li> RT에서 5 분 동안 N 2 튜브를 퍼지 한 후, PT-0.7Cu 감소 N 2 (100 CCM)과 동일한 유량 (RT시) H 2 흐르기 시작 /그런가 2 촉매. </li><li> 5 ° C / min의 램프 속도로 150 ° C로 온도를 높이고 5 분간 유지하십시오. </li><li> 2.5 ° C / min의 속도로 250 ° C로 천천히 램핑을 시작하십시오. 25 ° C에서 15 분간 온도를 유지하십시오. 참고 : 다른 금속은 온도를 낮추거나 낮출 필요가 있습니다. 정확한 온도는 일반적으로 Pt-Cu에 대한 촉매의 색 변화 ( 예 : 청색에서 흑색)를 검사하여 결정할 수 있습니다. </li><li> 10 ° C / min에서 550 ° C (또는 더 높은 경우 반응 온도)로 램프를 낮추고 30 분 동안 유지하여 환원을 완료하십시오. N 2로 퍼지하고 실온으로 냉각시킨다. </li><li> Pt-0.7Cu / SiO2 촉매를 꺼내어 나중에 사용할 수 있도록 바이알에 보관하십시오. 참고 : 다른 양의 Cu (NO 3 ) 2 · 3H 2 O와 (NH 3 ) 4 Pt (NO 3 ) 2 를 사용하여 유사한 합성 절차를 반복하여 다른 Pt-X Cu / SiO 2 </sPt (X = 0.7, 2.3, 및 7.3은 Cu : Pt 원자 비율을 나타냄) 및 Pt / SiO2 촉매를 포함한다. </li></ol></li></ol> 2. 프로판 - 탈수소 성능 시험 <ol><li> 촉매 적재 <ol><li> 3/8 &quot;석영 튜브 반응기를 가져 와서 중간에있는 딤플에 대해 1cm 크기의 석영 울을 놓습니다. 주의 : 석영 울을 취급 할 때는 보호 장갑을 사용하십시오. 미세 바늘이 피부에 묻을 수 있기 때문입니다. </li><li> PT-0.7Cu / SiO2를 40 mg의 촉매 및 희석 실리카 960 mg의 무게. 빈 병에 입자 (1g 총 중량)를 섞는다. </li><li> 플라스틱 깔대기를 사용하여 모든 촉매 혼합물을 반응 튜브에 넣으십시오. 보풀이없는 천으로 두 튜브 끝의 바깥 쪽 벽을 닦아서 오물을 제거하여 O- 링으로 잘 밀봉하십시오. </li><li> 튜브 피팅을 석영 반응기 튜브의 양쪽 끝에 넣고 클램 쉘로가 장착 된 반응기 시스템에 연결하십시오. </li></ol></li> &lt;li&gt; 누출 테스트 및 촉매 전처리 <ol><li> 튜브 반응기를 통해 50 cm 3 / min N 2 유량을 켭니다. 1 분 후 원자로 출구에서 볼 밸브를 닫습니다. 시스템 압력이 5 psig까지 증가 할 때까지 기다리십시오. 유입구 N 2 라인에서 볼 밸브를 닫아서 N 2 흐름을 멈추고 반응기 시스템을 밀봉하십시오. </li><li> 1 분 동안 기다렸다가 게이지에서 읽은 압력을 기록하십시오. 압력이 떨어지면 원자로 출구에서 볼 밸브를 열고 압력을 해제하고 피팅을 다시 부착하십시오. 그렇지 않은 경우, 제 1 분 동안 시스템을 퍼지 입구 N 2 라인의 볼 밸브를 온하여 N 2 흐름을 다시 시작하기 전에 압력을 해제 반응기 출구의 볼 밸브를 연다. </li><li> 반응을 실행하기 전에 촉매 감소를 위해 50 cm 3 / min의 5 % H 2 / N 2 를 흐르게 시작하고 N 2 흐름을 멈추십시오. 550 ℃의 반응 온도에서 튜브를 가열하기 시작하고, ar10 ° C / 분. 퍼니스가 설정 온도에 도달 한 후 30 분 동안 기다렸다가 시스템 온도가 목표 온도에서 안정되도록하십시오. </li></ol></li><li> 프로판 탈수소 반응 시험 <ol><li> 반응기 시스템에서 가스 크로마토 그래프 (GC)를 시작하고 가스 성분 분석을위한 적절한 방법을 선택하십시오. <ol><li> 원자로 가스 흐름을 바이 패스 라인으로 전환하십시오. 3 100cm / 분, 5 % 프로판 / N (2) 및 (3) / 분, 5 % H 2 / N 2 흐름 100cm. 프로판 흐름이 안정화되고 바이 패스 흐름이 기준 샘플로 GC에 주입되도록 1 분 동안 기다리십시오. </li></ol></li><li> 반응을 시작하고 시간을 기록하기 위해 가스 흐름을 반응기 튜브 라인으로 다시 전환하십시오. </li><li> 반응이 4 분 동안 실행 된 후, 출구 가스 성분 정보를 얻기 위해 반응기 출구 가스 흐름 (GC 샘플)을 GC에 주입한다. 4 분마다 시료를 주입하고 전환이 안정된 지점에 도달 할 때까지 시험을 실시하십시오.<html> te 또는 전환율이 매우 낮습니다. </li><li> 해당 피크 분석 소프트웨어를 사용하여 각 피크를 분석하십시오. <ol><li> 클릭하여 피크의 시작 및 끝 지점을 선택합니다. 통합 기능을 사용하여 피크 영역을 가져옵니다. 프로판 (C 3 H 8 ) 반응물의 피크 면적을 기록하십시오. 프로필렌 (C 3 H 6) 제품; 메탄 (CH 4 ), 에탄 (C 2 H 4 ) 및 에틸렌 (C 2 H 6 )이 포함된다. 참고 : 각 주입에 대해 여러 피크가있는 GC 패턴이 얻어지고 그 영역은 다른 가스 종의 몰수와 관련됩니다. </li></ol></li><li> 반응 계수를 사용하여 각 종의 피크 면적을 몰수로 변환하십시오. 각 시료의 프로판 전환율과 프로필렌 선택도를 다음 식에 따라 결정하십시오. <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/56040/56040eq1.jpg" /> ad / 56040 / 56040eq2.jpg &quot;/&gt; 어디에 <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/56040/56040eq3.jpg" /> 프로판의 전환이다. <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/56040/56040eq4.jpg" /> 프로필렌 선택도, <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/56040/56040eq5.jpg" /> 프로판의 몰수이고, <img alt="방정식" src="/files/ftp_upload/56040/56040eq6.jpg" /> 는 프로필렌의 몰수이다. </li><li> 지수 변환을 사용하여 측정 된 전환율과 선택도 대 시간을 외삽하여 t = 0에서 초기 전환 및 선택도 값을 얻습니다. </li></ol></li><li> 후 반응 <ol><li> 온도 프로그램을 꺼서 원자로 가열을 중지하십시오. 가스 유량을 10 cm 3 / min N 2로 전환하십시오 . </li><li> 가스 크로마토 그래프를 다시 대기 방식으로 전환하여 운반 가스의 유속을 줄이십시오. </li><li> 냉각 후 석영 고정층 반응기에서 사용 된 촉매를 내린다.실온. 지정된 폐기물 처리 구역에서 촉매 중량을 수집하십시오. </li></ol></li></ol> 3. 촉매 시료의 특성 분석 <ol><li> 스캐닝 투과 전자 현미경 4 , 20 <ol><li> 촉매를 막자 사발에 넣고 유봉을 사용하여 100 메쉬 미만의 분체로 분쇄합니다. </li><li> 작은 약병에 이소 프로필 알콜 약 5 mL에 촉매 분말 약 30 mg을 분산시킵니다. 전체 믹싱을 위해 바이알을 흔드는 다음 5 분 동안 바이알을 앉혀 상대적으로 큰 입자의 침전을 허용합니다. 참고 : 얻은 현탁액에는 담지 촉매의 아주 작은 입자가 있어야합니다. </li><li> 증발 접시에 Au TEM 준비 격자를 놓습니다. 핫 플레이트에서 접시를 80 ° C로 가열합니다. 그리드에 촉매 현탁액 3 방울을 더합니다. 참고 : 이소 프로필 알콜은 빠르게 증발하여 촉매 입자를 남겨 둡니다.전자 그리드. </li><li> 전자 현미경 샘플 이미징을위한 샘플 홀더에 그리드를로드합니다. </li></ol></li><li> 원위치 X 선 흡수 분광법 3 , 4 , 19 , 20 <ol><li> 촉매를 막자 사발에 넣고 유봉을 이용해 100 메쉬 미만의 분체로 분쇄합니다. 미세 분말을 다이 세트에로드하고 손가락으로 눌러서 자립 웨이퍼를 만듭니다. </li><li> ~ 100mg 샘플을 샘플 홀더에로드하십시오. </li><li> 샘플 홀더를 석영 튜브 반응기에 넣고 50cm 3 / min 3 % H 2 / He로 샘플을 전처리합니다. </li><li> 실온으로 냉각시킨 후, 튜브를 봉인하고 싱크로트론 빔라인으로 옮겨 XAS 데이터를 수집합니다. </li></ol></li><li> 현장 X 선 회절 19 , 20 <ol><li> 봐라촉매를 막자 사발에 넣고 유봉을 이용해 100 메쉬 미만의 분체로 분쇄하십시오. </li><li> 표준 7mm 직경 다이 세트를 사용하여 얇은 웨이퍼를 누릅니다. 참고 : 다이 세트에는 암컷 피스와 상단 및 하단 수컷 피스가 포함되어 있습니다. <ol><li> 아래쪽 수컷 부분을 암컷 부분에 부착하십시오. 시료를 바닥면의 광택면에 올려 놓습니다. 상단 수컷 피스를 부착하고 다이 세트를 프레스의 샘플 스테이지로 옮깁니다. 적절한 힘으로 누르십시오. </li></ol></li><li> 웨이퍼를 언 로딩하고 특수 샘플 스테이지의 세라믹 컵으로 옮깁니다 ( 재료 표 참조). 무대를 봉인하고 빔라인의 샘플 테이블에 고정하십시오. </li><li> 550 ° C로 온도를 흐르게하여 시료를 줄이십시오. 550 ° C에서 3 % H 2 / He 가스 흐름하에 그리고 RT 20 까지 냉각시킨 후 현장 X 선 회절 데이터를 수집합니다. </li></ol></li></ol>

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본 연구에서 제조 된 Pt-Cu 촉매는 공업용으로 적합한 이종 촉매와 유사하게 약 2 nm 크기의 균일 한 나노 입자를 함유하고있다. 모든 Pt 및 Cu 전구체는 별도의 단일 금속 입자와는 반대로 바이메탈 구조를 형성합니다. 이 바이메탈 상호 작용과 작은 입자 크기는 합성 과정을주의 깊게 제어함으로써 실현됩니다. 함침 공정은 금속 이온과 특정 산화물 지지체의 표면 사이에 강력한 정전 흡착 (SEA)을 사용합니다 21 . 실리카와 같은 산화물 물질은 pH에 따라 용액에서 양성자 화되거나 탈 양성자 화 될 수있는 표면에 히드록시기를 갖는다. 실리카는 pH = 4 22 부근에 특징적인 Zero Charge (PZC) 점을 가지고 있는데 이는 표면이이 pH에서 전자적으로 중성임을 의미합니다. 용액의 pH가 PZC를 초과하면 산화물 표면은 탈 양성자 화되고 양이온을 흡착하는 반면, Ph 값이 PZC보다 낮 으면 음이온을 양성자 흡착시킨다. 암모니아를 ...

프로판 탈수소 (PDH)는 국가 1 셰일 가스, 가스의 급성장 소스를 활용 프로필렌의 생산에 중요한 공정 단계이다. 이 반응은 프로판 분자에서 2 개의 CH 결합을 끊어서 하나의 프로필렌 및 ​​분자 수소를 형성한다. Pd 나노 입자를 포함한 귀금속 촉매는 PDH에 대한 선택성이 떨어지며 CC 결합을 파괴하여 높은 수율로 메탄을 생산하고 동시에 코크스를 생산하여 촉매를 비활성화시킵니다. 최근 보고서에 따르면 선택적인 PDH 촉매는 Pd 2 , 3 , 4에 Zn 또는 In과 같은 촉진제를 첨가하여 얻을 수 있음이 나타났습니다. 촉진 된 촉매는 PDH에 대해 100 %에 가까운 선택성을 가지며, 동일한 크기의 단일 금속 Pd 나노 입자는 50 % 미만이다. 선택성의 큰 향상은 PdZn 또는 PdIn 금속 간 화합물의 형성에 기인한다(IMC) 구조를 촉매 표면에 형성시킨다. IMCs에있는 서로 다른 두 가지 유형의 원자 배열은 비 촉매 Zn 또는 In 원자를 갖는 Pd 활성 사이트를 기하학적으로 분리하여 이웃 Pd 활성 사이트의 앙상블 (그룹)에 의해 촉진되는 부반응을 차단했다. 백금은 프로판 탈수 소화를위한 귀금속 중에서 가장 높은 본질적인 선택성을 가지고 있지만 상업적 용도로는 아직도 만족스럽지 않습니다 1 . 전형적으로 Sn, Zn, In 또는 Ga는 Pt 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13의 촉진제로 첨가된다. 기하학적 인 활성 부위 분리가 높은 선택도에 기여한다는 아이디어에 기초하여 합금을 형성하는 비 촉매 원소이러한 구리와 같은 잠재적 촉매 성능 (14)을 추진한다 Pt를 tructure. 이전의 몇몇 연구들은 실제로 Cu의 첨가가 Pt 촉매의 PDH 선택성을 향상 시킨다는 것을 제안했다 15 , 16 , 17 , 18 . 그럼에도 불구하고, Pt와 Cu가 바이메탈 나노 입자 또는 정돈 된 구조를 형성하는지 여부를 결정하는 직접적인 증거는 없으므로 Cu의 판촉 효과를 이해하는 데 중요합니다. CU 무작위로 대체 된 Pt 및 Cu를 각각 소정 결정 부위를 점유하는 금속 간 화합물, 및 고체 용액 : PT-Cu를 이진 위상 다이어그램에서, 두 개의 다른 구조의 형태는 넓은 조성 범위 (16) (18)를 통해 가능하다 백금 격자. IMC는 저온에서 형성되며 벌크 재료의 경우 약 600 - 800 ° C에서 고용체로 변합니다. 즉, 550 ° C)의 반응 온도 근처에서 나노 입자의 경우 더 낮을 수 있습니다. 그러므로 반응 조건 하에서 Pt-Cu의 원자 질서를 조사하는 것이 필수적이다. 입자 크기가 작은 지원되는 나노 입자의 경우 실험실 장비를 사용하여 의미있는 구조 정보를 얻기가 매우 어렵습니다 19 . 단위 셀의 제한된 반복은 매우 낮은 강도의 매우 넓은 회절 피크를 유도합니다. 공기 중에서 산화되는 크기가 1 ~ 3 nm 인 나노 입자의 표면 원자 수가 많기 때문에 싱크로트론 기술로 일반적으로 사용 가능한 고 플럭스 X 선을 사용하여 회절 을 현장에서 수집해야합니다. 이전에보고 된 Pt-Cu PDH 촉매는 모두 크기가 5 nm, 15 , 16 , 17 , 18. 그러나, 귀금속 나노 촉매에 대해, (전형적으로 약 또는 크기가 2nm 미만) 19 고 분산과 촉매를 합성하여 단위 비용 당 촉매 활성을 최대화하려는 강한 요구가 항상 존재한다. 이 크기의 바이메탈 나노 입자의 제조는 표준 함 침법으로 가능하지만 절차에 대한 합리적인 제어가 필요합니다. 금속 전구체, 함침 용액의 pH 및지지 유형은 고 표면적 지지체 상에 금속 종의 고정을 최적화하도록 제어 될 필요가있다. 금속 나노 입자의 성장을 억제하기 위해 후속하는 소성 및 환원 열처리도 조심스럽게 제어되어야한다. 이 기사는 지원되는 2nm Pt-Cu 바이메탈 나노 입자 촉매의 합성 및 프로판 탈수 소화 성능 테스트를위한 프로토콜을 다룹니다. 촉매의 구조는 Scanning T(Transmission Electron Microscopy), 원위치 싱크로 트론 X 선 흡수 분광학 (XAS), 원위치 싱크로 트론 X 선 회절 (XRD) 등이있다.

<table><tbody><tr><td>1" 석영관 반응기&nbsp;</td><td>Quartz Scientific</td><td>유리 송풍기</td><td></td></tr><tr><td>건조 오븐으로 가공&nbsp;</td><td>Fisher Scientific</td><td></td><td></td></tr><tr><td>석성로</td><td>Thermo Sciencfic</td><td></td><td></td></tr><tr><td>조개 껍질 온도 프로그래밍 가열로&nbsp;</td><td>응용 테스트 시스템</td><td>맞춤형</td><td></td></tr><tr><td>프로판 탈수 성능 평가 시스템</td><td></td><td>수제</td><td></td></tr><tr><td>가스 크로마토그래피</td><td>Hewlett-Packard</td><td>모델 7890</td><td></td></tr><tr><td>TEM 그리드</td><td>TedPella</td><td>01824G</td><td></td></tr><tr><td>펠릿 프레스</td><td>International Crystal Lab</td><td>0012-8211</td><td></td></tr><tr><td>다이 세트</td><td>International Crystal Lab</td><td>0012-189</td><td></td></tr><tr><td>Linkam 샘플 스테이지</td><td>Linkam Scientific</td><td>모델 TS1500</td><td></td></tr><tr><td>구리 질산염 삼수화물</td><td>Sigma Aldrich</td><td>61197</td><td></td></tr><tr><td>테트라암민 백금 질산염&nbsp;</td><td>시그마 알드리치</td><td>278726</td><td></td></tr><tr><td>암모니아&nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>294993</td><td></td></tr><tr><td>실리카</td><td>Sigma Aldrich</td><td>236802</td><td></td></tr><tr><td>이소프로필 알코올</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>balance</td><td>Denver Instrument Company</td><td>A-160</td><td></td></tr><tr><td>주걱</td><td>VWR</td><td></td><td></td></tr><tr><td>세라믹 및 유리 증발 접시, 비커,</td><td>VWR</td><td></td><td></td></tr><tr><td>가열판</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kimwipe Papers</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>모르타르와 유봉</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>석영 울&nbsp;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>스웨즈락 튜브 피팅&nbsp;</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

프로판 탈수 소화를위한 pt-cu 고용체 나노 입자 촉매 합성 및 시험

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

바이메탈 Pt-Cu 촉매의 합성을위한 편리한 방법과 프로판 탈수 소화 및 특성화를위한 성능 시험이 여기서 설명됩니다. 촉매는 약 2 nm의 작고 균일 한 입자 크기를 갖는 치환 고체 용액 구조를 형성한다. 이것은 촉매 준비 도중 함침, 소성 및 환원 단계에 대한 세심한 제어에 의해 실현되며 고급 원위치 싱크로트론 기술로 확인됩니다. 촉매 프로판 탈수 소화 성능은 Cu : Pt 원 자비의 증가에 따라 연속적으로 향상된다.

약 20 %의 초기 프로판 전환율에서 측정 된 Pt 및 Pt-Cu 촉매에 대한 프로필렌 선택도 대 시간이 도 1A에 제시되어 있다 . Pt 촉매는 61 %의 초기 선택도를 가지며, 촉매가 1 시간 동안 비활성화 될 때 시간이 흐르면서 약 82 %로 증가한다. Pt-0.7Cu 촉매는 72 %의 더 우수한 초기 프로필렌 선택도를 나타낸다. Pt-2.3Cu 및 Pt-7.3Cu 촉매의 초기 선택도는 각각 90 % 및 96 %에 이르며, 반응 시간은 온 - 스트림으로 유지된다. 도 1B 는 Pt 및 Pt-7.3Cu 촉매에 대한 초기 프로필렌 선택도 대 초기 프로판 전환의 변화를 나타낸다. Pt 촉매의 선택성은보다 높은 전환율에서 감소하지만, Pt-7.3Cu 촉매는 상이한 프로판 전환율에서 95 % 이상의 높은 프로필렌 ...

프로판 탈수 소화를위한 2 nm지지 된 바이메탈 나노 입자 Pt-Cu 촉매의 합성을위한 편리한 방법이 여기에보고되어있다. 원위치 싱크로트론 X 선 기술은 일반적으로 실험실 장비를 사용하여 얻을 수없는 촉매 구조를 결정합니다.

프로판 탈수 소화를위한 Pt-Cu 고용체 나노 입자 촉매 합성 및 시험

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

본 연구의 전반적인 목표는 입자 크기가 작고 균일한 새로운 이금속 촉매를 합성하고, 알칸 탈수소화 반응에 대한 성능을 테스트하는 것입니다. 목표는 높은 올레핀 선택성, 높은 반응 속도, 장기 수명 및 열적 안정성을 이끄는 기본 원리를 이해하는 것입니다. 이 촉매 합성 방법은 지지체 표면을 대전시키는 pH의 용액을 준비하고 반대 전하의 금속 이온을 확인하여, 금속 종과 지지체 간의 정착을 최적화합니다.작은 입자 크기를 얻기 위해서는 소성 및 환원 온도의 세심한 제어가 필요하며, 적절하게 선택된 금속 전구체의 공동 침투(co-impregnation)는 최종적으로 활성과 선택성을 제어하는 강력한 이금속 상호작용을 보장합니다. 제조 후, 촉매의 알칸 탈수소화 반응 속도, 선택성 및 안정성을 측정하여 촉매 조성에 따른 성능 차이를 결정하고 이를 구조와 연관시킵니다. 먼저, 약 5g의 건조된 실리카를 유량지 위에 정밀하게 측정하여 칭량 접시에 옮깁니다.혼합하는 동안 실리카가 완전히 젖을 때까지 물을 한 방울씩 첨가하되, 과잉 용액이 남지 않도록 합니다. 그런 다음, 젖은 실리카의 무게를 다시 측정하여 흡수된 물의 양을 계산하고 실리카 지지체의 기공 부피를 결정합니다. 전구체 용액을 준비하려면, 작은 바이알에 0.125 g의 질산구리 삼수화물을 1 mL의 물에 녹여 하늘색 용액을 얻습니다.질산 구리 용액에 암모니아를 한 방울씩 첨가하여 수산화 구리의 진한 파란색 침전물을 형성시킵니다. 진한 파란색 침전물이 용해되어 진한 파란색 용액이 되고 pH가 10보다 커질 때까지 암모니아를 계속 첨가합니다. 그다음, 테트라암민백금 질산염 0.198g을 용액에 첨가합니다.그다음, 5g 실리카 지지체의 기공 부피와 일치하도록 용액의 총 부피가 3.5 milliliters가 되게끔 물을 추가합니다. 모든 tetraammineplatinum nitrate 염이 용해될 때까지 용액을 70 °C로 가열합니다. 용해된 금속 전구체 용액이 실온으로 식으면, 세라믹 증발 접시에 담긴 5g의 실리카에 용액을 한 번에 몇 방울씩 추가하고, 용액이 균일하게 분산될 수 있도록 뭉쳐 있는 입자들을 부드럽게 저어 풀어줍니다.구리 대 백금 비율이 0.7인 함침된 실리카 지지 촉매를 125 °C 오븐에서 하룻밤 동안 건조합니다. 다음 날, 냉각된 촉매 전구체를 공기 분위기의 전기로에서 250 °C로 3시간 동안 소성하며, 이때 승온 속도는 5 °C/min으로 유지합니다. 그 다음, 소성된 촉매를 환원을 위해 관형로로 옮깁니다.1인치 쿼츠 튜브 반응기 중앙에 1인치 두께의 쿼츠 울 층을 배치하고, 플라스틱 깔때기를 통해 냉각된 소성 촉매를 튜브 안에 채웁니다. 그런 다음, 튜브를 클램쉘 온도 프로그래밍 가열로에 넣습니다. 실온에서 5분 동안 질소로 튜브를 퍼지한 후, 촉매를 환원시키기 위해 질소와 동일한 유량으로 질소 기반 5% 수소 가스로 흐름을 전환합니다.온도를 5°C의 일정한 승온 속도로 150°C까지 올린 후 5분 동안 유지하십시오. 이어서 온도를 분당 2.5°C의 속도로 250°C까지 서서히 올리되, 25°C 상승할 때마다 온도를 15분 동안 유지하십시오. 마지막으로 분당 10°C의 속도로 550°C까지 승온한 후 30분 동안 유지하여 환원 과정을 완료하십시오.시스템을 퍼지하고 실온으로 냉각하기 위해 5% hydrogen 흐름을 다시 순수 nitrogen으로 전환합니다. 그 후, 촉매를 꺼내어 향후 사용을 위해 바이알에 보관합니다. 3/8-inch quartz tube 반응기 중앙의 홈 부분에 0.5인치 두께의 quartz wool 층을 배치합니다.다음으로, 촉매를 희석하기 위해 구리 대 백금 비율이 0.7인 실리카 지지 촉매 전구체 40 milligrams와 실리카 960 milligrams를 빈 바이알에 넣어 혼합합니다. 플라스틱 깔때기를 사용하여 촉매 혼합물을 튜브 반응기에 넣습니다. 보풀 없는 와이프로 양쪽 튜브 끝의 외벽을 닦아 오염 물질을 제거하고 O-링으로 밀폐가 잘 되도록 합니다.튜브 피팅을 석영 튜브 반응기의 양 끝단에 연결하고, 클램쉘 퍼니스가 장착된 반응기 시스템에 부착합니다. 그 후, 튜브 반응기로 질소 흐름을 투입합니다. 1분 뒤, 반응기 출구의 볼 밸브를 닫습니다.시스템 압력이 5 psi(gauge)까지 상승할 때까지 기다린 후, 유입 질소 라인의 볼 밸브를 닫아 질소 흐름을 중단하고 반응기 시스템을 밀폐합니다. 1분 후, 게이지의 압력 수치를 기록합니다. 반응기 배출구의 볼 밸브를 열어 압력을 해제한 다음, 유입 질소 라인의 볼 밸브를 다시 열어 질소를 흘려보냄으로써 1분 동안 시스템을 퍼지합니다.반응을 수행하기 전, 촉매 환원을 위해 질소로 희석된 수소를 흘려주기 시작하고 질소 흐름을 중단합니다. 관형 반응기를 분당 10 °C의 속도로 550 °C까지 가열하기 시작합니다. 프로판 탈수소화 반응 테스트를 위해 반응기 시스템의 가스크로마토그래피(GC)를 작동시키고, 가스 성분 분석을 위한 적절한 분석법을 선택합니다.이제 반응기 가스 흐름을 바이패스 라인으로 전환하십시오. 질소로 희석된 5% 프로판과 질소로 희석된 5% 수소 혼합물을 분당 100 cubic centimeters의 속도로 흘려줍니다. 프로판 흐름이 안정되면, 바이패스 흐름을 참조 시료로서 GC에 주입하십시오.다음으로, 가스 흐름을 다시 반응기 튜브 라인으로 전환하여 반응을 시작하고 시간을 기록합니다. 반응이 4분 동안 진행된 후, 반응기 출구 가스 흐름을 GC에 주입하여 출구 가스 성분 정보를 얻습니다. 마지막으로, 해당 피크 분석 소프트웨어를 사용하여 각 피크를 분석합니다.백금 및 백금-구리 촉매의 시간에 따른 프로필렌 선택도를 여기에 나타냈습니다. 백금 촉매의 프로필렌 선택도는 전환율이 높아짐에 따라 감소하는 반면, 구리 대 백금 비율이 7.3인 실리카 지지 촉매는 다양한 프로판 전환율에서 높은 프로필렌 선택도를 유지합니다. 촉매의 선택도는 백금-구리 촉매 내의 구리 함량에 따라 거의 선형적으로 증가합니다.구리 함량이 높을수록 프로판 탈수소화를 위한 표면 백금 몰당 회전수(turnover rate)가 향상됩니다. 모든 반응 테스트 동안 탄소 수지(carbon balance)가 100%에 가까운 상태에서, 회전수와 촉매의 구리 대 백금 원자비 사이에 거의 선형적인 관계가 나타납니다. STEM 이미징으로 측정된 단금속 백금 및 백금-구리 촉매의 평균 입자 크기는 2에서 3 nm 사이입니다.구리 대 백금 비율이 증가함에 따라 촉매의 X선 흡수 미세 구조 스펙트럼에서 산란 패턴이 변화하는 것은 구리 함량이 증가하면서 바이메탈 나노입자가 형성됨을 시사합니다. 백금 및 백금-구리 촉매의 XRD 패턴은 이들의 조성이 규칙 합금의 이상적인 조성과 다르며, 초격자 회절 피크가 나타나지 않는 것으로 보아 백금과 구리가 촉매 내에서 무질서 고용체 구조를 형성함을 나타냅니다. 구리 대 백금 비율이 증가함에 따라 회절 피크가 더 높은 각도로 이동하는 것은 고용체 내의 구리 함량이 높아짐을 확인시켜 줍니다.숙련되면 함침 단계는 약 1시간 내에 완료할 수 있으며, 균일한 조성의 작은 입자와 같은 일관성을 얻을 수 있습니다. 함침법으로 금속 합금을 제조할 때는 지지체의 종류에 따라 용액의 pH 값과 적절한 금속 착물을 조정하는 것이 중요합니다. 용액의 부피는 지지체의 기공 부피와 동일해야 합니다.이 영상을 시청하신 후, 지지된 이금속 촉매를 합성하고 알칸 탈수소화 성능을 테스트하는 방법에 대해 충분히 이해하셨을 것입니다. 이 방법은 광범위하게 적용 가능하며, 다양한 촉매 조성과 많은 화학 반응에 사용할 수 있습니다. 금속 촉매가 있는 상태에서 수소와 공기를 혼합하는 것은 매우 위험하며 폭발로 이어질 수 있다는 점을 잊지 마십시오.촉매에 수소를 첨가하기 전과 후에 항상 질소로 반응기를 퍼지해야 합니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Chemistry

화학

준비 하 고 Pt/C 연료 전지 촉매 테스트는 재현성 및 모범 사례에 대해 과학계에 연속 토론. 제시 일 우리가 확인 하 고 테스트 하는 Pt/C 촉매, 소설 촉매 시스템에 대 한 기준으로 봉사 할 수 있는 단계별 자습서를 제시 하고자 합니다.

준비 및 연료 전지 촉매 박막 자전 디스크 전극 메서드를 사용 하 여 테스트

이오니아 액체에서 두 금속 나노 입자의 합성 및 선택적 수소 첨가 불포화 알 데히드의에서 그들의 촉매 테스트의 절차에 대 한 프로토콜을 설명 합니다.

이온 액체의 바이메탈 Pt/Sn 기반 나노 입자의 합성

HNbWO6,HNbMoO 6,HTaWO6 고체 산 나노 시트 변형 Pt /CNTs의 합성을위한 프로토콜이 제시된다.

디페닐 에테르의 수산화를 위한 Pt/CNTs 촉매의 산도 튜닝

여기에서는 수소 생산을 위해 Co- 및 N- 도펀트와 함께 탄소 나노 튜브에 담지된 Co 나노 입자를 합성하는 프로토콜을 제시합니다.

도핑 된 Co 및 N 원자를 갖는 탄소 나노 튜브에지지 된 금속 나노 입자의 합성 및 수소 생산에서의 촉매 응용

이 프로토콜은 나노 크기의 콜로이드의 증착 또는 함침에 의해 합성 된지지 된 백금 촉매의 촉매 특성을 비교하는 편리한 방법을 보여줍니다. 시클로 헥센의 수소화는 촉매의 촉매 활성을 결정하기위한 모델 반응으로 작용합니다.

알켄과 알데히드의 수소화 동안 티타니아에 지지된 아민 안정화 및 리간드가 없는 백금 나노입자에서의 촉매 반응

공칭 "PbCh2"(Ch = 칼코겐)의 현장 환원을 통한 칼코겐도플럼베이트(II,IV)의 합성과 고체 상태 반응 및 후속 용매 반응을 통해 합성합니다. 또한, plumbate(II) 용액의 반응성이 묘사되어 현재까지 알려진 가장 무거운 것으로 알려진 CO 상동체인 μ-PbSe 리간드를 생성합니다.

고체 및 솔루션 기반의 기술 결합 : 합성 및 Chalcogenidoplumbates의 반응성 (II 또는 IV)

동적 광산란 현미경을 사용하여 진한 용액의 입도 분포를 직접 측정하기위한 프로토콜이 제시된다.

동적 광산란 현미경에 의한 혼탁 솔루션의 입자 크기 분포 측정

이 기사는 C2'- O 위치에서 변형 된 RNA의 dodecamer의 고체상 합성, 정제 및 특성화에 대한 자세한 절차를 제공합니다. UV-vis 및 원 편광 이색 광도 분석을 사용하여 구조적 측면, 즉 단일 가닥 또는 이중 가닥을 정량화하고 특성을 분석합니다.

2&#39;- 포스 핀 올리고 뉴클레오타이드를 함유하는 올리고머의 고상 합성을위한 프로토콜<em&gt; O</em&gt; 원형 이색 성을 통한 - 티오 페닐 메틸 변형 및 특성 분석

자기 집합 프로세스의 실시간 관측 실험 프로토콜 소개 액체 셀 전송 전자 현미경 검사 법을 사용 하 여.

나노 입자의 자기 조립 추적에 대 한 액체 셀 전송 전자 현미경 검사 법

스폰지 같은 배와 같은 Ni1 x화학 강 수에 의해 NbxO 나노 입자의 합성에 대 한 프로토콜 제공 됩니다.

Nb2O5 의 합성을 위한 화학 강 수 방법을 수정할 높은 특정 표면 영역으로 대량 니켈 촉매

학습하세요 프로판 탈수소화를 위한 Pt-Cu 고용체 나노입자 촉매 합성 및 성능 평가 방법을. 동기가속기 X선 기법으로 구조를 분석하고 알케인 탈수소화 반응에서 높은 올레핀 선택성과 열안정성을 확인합니다.

프로판 탈수 소화를위한 Pt-Cu 고용체 나노 입자 촉매 합성 및 시험

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