Name: Programowane temperaturowo odtlenianie kwasu octowego na katalizatorach z węglika molibdenu (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-07T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 15 s
Description: Poznaj metodę odtleniania kwasu octowego na katalizatorach z węglika molibdenu. Technika ta umożliwia badanie aktywności i selektywności katalizatora w szerokim zakresie temperatur w jednym eksperymencie.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez Biuro Technologii Bioenergetycznych Departamentu Energii w ramach Kontraktu nr. DE-AC36-08-GO28308. Rząd Stanów Zjednoczonych zachowuje, a wydawca, przyjmując artykuł do publikacji, przyjmuje do wiadomości, że rząd Stanów Zjednoczonych zachowuje niewyłączną, opłaconą, nieodwołalną, ogólnoświatową licencję na publikację lub powielanie opublikowanej formy tego dzieła lub zezwalanie na to innym osobom do celów rządu Stanów Zjednoczonych.

<ol><li>Cvetanović, R. J., Amenomiya, Y. Application of a Temperature-Programmed Desorption Technique to Catalyst Studies. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360056408606860">Adv. Catal</a>. 17, 103-149 (1967).</li>
<li>Falconer, J. L., Schwarz, J. A. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/01614948308079666?journalCode=lctr20">Temperature-Programmed Desorption and Reaction: Applications to Supported Catalysts.</a> Catal. Rev. - Sci. Eng. 25 (2), 141-227 (1983).</li>
<li>Hurst, N. W., Gentry, S. J., Jones, A., McNicol, B. D. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/03602458208079654">Temperature Programmed Reduction.</a> Catal. Rev. - Sci. Eng. 24 (2), 233-309 (1982).</li>
<li>Sanchez, A., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp9935992">When Gold Is Not Noble: Nanoscale Gold Catalysts.</a> J. Phys. Chem. A. 103 (48), 9573-9578 (1999).</li>
<li>Alayoglu, S., Nilekar, A. U., Mavrikakis, M., Eichhorn, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ru-Pt+core-shell+nanoparticles+for+preferential+oxidation+of+carbon+monoxide+in+hydrogen%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Mater%22%5BJournal%5D)">Ru-Pt core-shell nanoparticles for preferential oxidation of carbon monoxide in hydrogen.</a> Nat Mater. 7 (4), 333-338 (2008).</li>
<li>Wachs, I. E., Madix, R. J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0039602878901139">The oxidation of methanol on a silver (110) catalyst.</a> Surf. Sci. 76 (2), 531-558 (1978).</li>
<li>Topsoe, N. Y., Topsoe, H., Dumesic, J. A. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002195178571024X">Vanadia/Titania Catalysts for Selective Catalytic Reduction (SCR) of Nitric-Oxide by Ammonia.</a> J Catal. 151 (1), 226-240 (1995).</li>
<li>Clarke, D. B., Bell, A. T. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021951785711736">An Infrared Study of Methanol Synthesis from CO2 on Clean and Potassium-Promoted Cu/SiO2.</a> J Catal. 154 (2), 314-328 (1995).</li>
<li>Schaidle, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscatal.5b01930">Experimental and Computational Investigation of Acetic Acid Deoxygenation over Oxophilic Molybdenum Carbide: Surface Chemistry and Active Site Identity.</a> ACS Catal. 6 (2), 1181-1197 (2016).</li>
<li>Ruddy, D. A., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/gc/c3gc41354c#!divAbstract">Recent advances in heterogeneous catalysts for bio-oil upgrading via "ex situ catalytic fast pyrolysis": catalyst development through the study of model compounds.</a> Green Chem. 16 (2), 454-490 (2014).</li>
<li>Dutta, A., Schaidle, J. A., Humbird, D., Baddour, F. G., Sahir, A. <a target="_blank" href="http://link.springer.com/article/10.1007/s11244-015-0500-z">Conceptual Process Design and Techno-Economic Assessment of Ex Situ Catalytic Fast Pyrolysis of Biomass: A Fixed Bed Reactor Implementation Scenario for Future Feasibility.</a> Top. Catal. 59 (1), 2-18 (2016).</li>
<li>Venkatakrishnan, V. K., Delgass, W. N., Ribeiro, F. H., Agrawal, R. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/gc/c4gc01746c/#!divAbstract">Oxygen removal from intact biomass to produce liquid fuel range hydrocarbons via fast-hydropyrolysis and vapor-phase catalytic hydrodeoxygenation.</a> Green Chem. 17 (1), 178-183 (2015).</li>
<li>Bej, S. K., Thompson, L. T. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926860X04000031">Acetone condensation over molybdenum nitride and carbide catalysts.</a> Appl. Catal., A. 264 (2), 141-150 (2004).</li>
<li>Sullivan, M. M., Held, J. T., Bhan, A. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021951715000810">Structure and site evolution of molybdenum carbide catalysts upon exposure to oxygen.</a> J Catal. 326, 82-91 (2015).</li>
<li>Lee, W. S., Kumar, A., Wang, Z. S., Bhan, A. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscatal.5b00713">Chemical Titration and Transient Kinetic Studies of Site Requirements in Mo2C-Catalyzed Vapor Phase Anisole Hydrodeoxygenation.</a> ACS Catal. 5 (7), 4104-4114 (2015).</li>
<li>Ren, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selective+Hydrodeoxygenation+of+Biomass-Derived+Oxygenates+to+Unsaturated+Hydrocarbons+using+Molybdenum+Carbide+Catalysts%5BTitle%5D)+AND+%22Chemsuschem%22%5BJournal%5D)">Selective Hydrodeoxygenation of Biomass-Derived Oxygenates to Unsaturated Hydrocarbons using Molybdenum Carbide Catalysts.</a> Chemsuschem. 6 (5), 798-801 (2013).</li>
<li>Grob, R. L., Kaiser, M. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGrob%2C+RL+%22Modern+Practice+of+Gas+Chromatography%22">Modern Practice of Gas Chromatography</a>. , John Wiley & Sons, Inc. 403-460 (2004).</li>
<li><a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S030147700870085X">Journal of Chromatography Library</a>. Guiochon Georges,, Guillemin Claude, L. 42, Elsevier. 563-586 (1988).</li>
<li><a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301477008700861">Journal of Chromatography Library</a>. Guiochon Georges,, Guillemin Claude, L. 42, Elsevier. 587-627 (1988).</li>
<li><a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301477008700873">Journal of Chromatography Library</a>. Guiochon Georges,, Guillemin Claude, L. 42, Elsevier. 629-659 (1988).</li>
<li><a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301477008700885">Journal of Chromatography Library</a>. Guiochon Georges,, Guillemin Claude, L. 42, Elsevier. 661-687 (1988).</li>
<li>Baddour, F. G., Nash, C. P., Schaidle, J. A., Ruddy, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+%CE%B1-MoC1-x+Nanoparticles+with+a+Surface-Modified+SBA-15+Hard+Template%3A+Determination+of+Structure-Function+Relationships+in+Acetic+Acid+Deoxygenation%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.%2C+Int.+Ed.+n%2Fa-n%2Fa%22%5BJournal%5D)">Synthesis of α-MoC1-x Nanoparticles with a Surface-Modified SBA-15 Hard Template: Determination of Structure-Function Relationships in Acetic Acid Deoxygenation.</a> Angew. Chem., Int. Ed. n/a-n/a. , (2016).</li>
<li>Habas, S. E., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.5b02140">A Facile Molecular Precursor Route to Metal Phosphide Nanoparticles and Their Evaluation as Hydrodeoxygenation Catalysts.</a> Chem. Mater. 27 (22), 7580-7592 (2015).</li>
<li>Zhang, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deconvolution+and+quantification+of+hydrocarbon-like+and+oxygenated+organic+aerosols+based+on+aerosol+mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Sci+Technol%22%5BJournal%5D)">Deconvolution and quantification of hydrocarbon-like and oxygenated organic aerosols based on aerosol mass spectrometry.</a> Environ Sci Technol. 39 (13), 4938-4952 (2005).</li>
<li>Ko, E. I., Benziger, J. B., Madix, R. J. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/255123365_Reactions_of_methanol_on_W100_and_W100-5_x_1C_surfaces">Reactions of Methanol on W(100) and W(100)-(5 X 1)C Surfaces.</a> J Catal. 62 (2), 264-274 (1980).</li>
<li>Pestman, R., Koster, R. M., Pieterse, J. A. Z., Ponec, V. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021951797916237">Reactions of carboxylic acids on oxides: 1. Selective hydrogenation of acetic acid to acetaldehyde.</a> J Catal. 168 (2), 255-264 (1997).</li>
<li>Pestman, R., Koster, R. M., Van Duijne, A., Pieterse, J. A. Z., Ponec, V. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021951797916249">Reactions of carboxylic acids on oxides: 2. Bimolecular reaction of aliphatic acids to ketones.</a> J Catal. 168 (2), 265-272 (1997).</li>
<li>NIST Standard Reference Database Number 69. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22NIST+Chemistry+WebBook%22">NIST Chemistry WebBook</a>. , NIST Mass Spce Data Center, S.E.S., director (2016).</li>
<li>Ausloos, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+critical+evaluation+of+a+comprehensive+mass+spectral+library%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Soc.+Mass+Spectrom%22%5BJournal%5D)">The critical evaluation of a comprehensive mass spectral library.</a> J. Am. Soc. Mass Spectrom. 10 (4), 287-299 (1999).</li>
<li>Barwick, V., Langley, J., Mallet, T., Stein, B., Webb, K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBarwick%2C+V+%22Best+Practice+Guide+for+Generating+Mass+Spectra%22">Best Practice Guide for Generating Mass Spectra</a>. , LGC. (2006).</li>
<li>Lecchi, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Method+for+Monitoring+and+Controlling+Reproducibility+of+Intensity+Data+in+Complex+Electrospray+Mass+Spectra%3A+A+Thermometer+Ion-based+Strategy%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Soc.+Mass+Spectrom%22%5BJournal%5D)">A Method for Monitoring and Controlling Reproducibility of Intensity Data in Complex Electrospray Mass Spectra: A Thermometer Ion-based Strategy.</a> J. Am. Soc. Mass Spectrom. 20 (3), 398-410 (2009).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Metoda TPRxn jest potężnym narzędziem do badań przesiewowych materiałów katalitycznych, dostarczającym informacji o aktywności i selektywności katalizatora w funkcji temperatury reakcji. Inne metody programowane temperaturą, takie jak TPD, TPO i TPR, mogą dostarczyć informacji na temat siły adsorpcji reagentów, liczby miejsc adsorpcji i odpowiednich procedur wstępnej obróbki katalizatora, ale nie dostarczają bezpośrednich danych dotyczących wydajności katalitycznej. Należy zauważyć, że metoda TPRxn opisana w tej pracy ni...

Reakcja zaprogramowana temperaturą (TPRxn) jest jedną z wielu metod programowania temperatury, w tym desorpcji (TPD), utleniania (TPO) i redukcji (TPR), i przebiega poprzez wystawienie katalizatora na działanie reagenta, równoczesne z lub następujące po nim stały wzrost temperatury.1,2,3 TPRxn to technika przejściowa, która dostarcza informacji o aktywności katalizatora i selektywności w funkcji temperatury reakcji. 4,5,6 Jest to również popularna technika: wyszukiwanie słów kluczowych "reakcja zaprogramowana w temperaturze" w literaturze daje ponad 1000 źródeł cytujących jej użycie.
Eksperymenty TPRxn są zazwyczaj wykonywane w systemie mikroreaktorowym, wyposażonym w spektrometr masowy (MS) do analizy ścieków z reaktora w czasie rzeczywistym i korelacji wydajności z temperaturą. Gazy reagentowe mogą być wprowadzane za pomocą regulatorów przepływu masowego, a ciecze mogą być wprowadzane za pomocą pompy strzykawkowej lub w postaci par przez bulgoczący gaz obojętny przez ciecz. Katalizator jest często poddawany wstępnej obróbce in situ w celu wytworzenia pożądanej fazy katalitycznej dla reakcji. Niektóre systemy są wyposażone w dodatkowy sprzęt analityczny, poza typowym spektrometrem masowym, w celu dostarczenia ilościowych lub jakościowych informacji o selektywności katalizatora, gatunkach powierzchniowych obecnych na katalizatorze lub mechanizmie reakcji. Na przykład spektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR) o zaprogramowanej temperaturze in situ dostarcza informacji o ewolucji gatunków powierzchniowych o zmiennej temperaturze reakcji. 7,8 System TPRxn zademonstrowany w tej pracy jest wyposażony w chromatogram gazowy (GC) oprócz bardziej typowego MS. Ten GC, wyposażony w cztery równoległe kolumny, pozwala na dokładniejsze oznaczanie ilościowe produktów reakcji, ale ma ograniczoną częstotliwość analizy ze względu na czas potrzebny na elucję produktów przez kolumny. W związku z tym połączenie MS i GC może być szczególnie przydatne do sprzężenia identyfikacji w czasie rzeczywistym z dokładną kwantyfikacją reagentów i produktów.
Tutaj stosujemy metodologię TPRxn do badania deoksygenacji kwasu octowego na katalizatorach z węglika molibdenu. Jest to interesująca i ważna reakcja w badaniach nad katalizatorami, ponieważ kwas octowy jest użytecznym analogiem dla wielu kwasów karboksylowych obecnych w oparach pirolizy biomasy. 9 Wysoka zawartość tlenu w oparach pirolizy biomasy wymaga usuwania tlenu w celu produkcji paliw węglowodorowych,10,11,12 i katalizatory z węglika molibdenu wykazały obiecującą wydajność odtleniania dla wielu modelowych związków pirolizy biomasy, w tym furfuralu, 1-propanolu, fenoli i kwasu octowego. 9,13,14,15,16 Jednak aktywność i selektywność katalizatorów z węglika molibdenu w reakcjach odtleniania zależy od struktury i składu katalizatora, reagujących gatunków i warunków reakcji.
Dane zebrane z TPRxn kwasu octowego pokazują, że katalizatory z węglika molibdenu są aktywne w reakcjach odtleniania powyżej ok. 300 °C, a w połączeniu z informacjami o charakterystyce katalizatora pozwalają na ilościowe określenie aktywności katalizatora w funkcji temperatury poprzez obliczenie szybkości obrotu kwasu octowego. Wyniki TPRxn pokazują, że produkty odtleniania (tj. zrywania wiązań C-O) są preferowane w temperaturach poniżej ok. 400 °C, a produkty dekarbonylacji (tj. C-C zrywające wiązania) są preferowane w temperaturach powyżej ok. 400 °C. Ponadto badania TPRxn ilustrują zmiany w aktywności i selektywności katalizatorów z węglika molibdenu wytwarzanych przy użyciu różnych procedur syntetycznych (tj., produkcja różnych struktur i kompozycji katalizatorów z węglika molibdenu). Mimo to wartość tych informacji i, bardziej ogólnie, pomyślne zastosowanie danych eksperymentalnych TPRxn do projektowania katalizatorów i optymalizacji procesów jest funkcją jakości uzyskanych danych. Zasadnicze znaczenie ma staranne rozważenie i znajomość potencjalnych trudności i ograniczeń, na które zwracano uwagę w całej procedurze TPRxn.

<table><tbody><tr><td>lodowaty kwas octowy</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-88401-62</td><td>alternatywny dostawca dopuszczalny pod względem czystości ACS. Zobacz ostrzeżenie w protokole, aby uzyskać informacje dotyczące bezpieczeństwa</td></tr><tr><td>UHP He</td><td>Airgas</td><td>HE R300SS</td><td>alternatywny dostawca dopuszczalny, jeśli&nbsp; >99,99% czystości</td></tr><tr><td>UHP Ar</td><td>Arigas</td><td>AR R200</td><td>alternatywny dostawca dopuszczalny, jeśli&nbsp; > 99,99% czystości</td></tr><tr><td>acetonu</td><td>VWR International</td><td>BDH1101-4LP</td><td>alternatywny dostawca dopuszczalny, jeśli&nbsp; Chipsy kwarcowe o czystości >99,5%</td></tr><tr><td></td><td>Powder Technology Inc.</td><td>Kruszony kwarc</td><td>przesiewany 180-300 &mikro; m, kalcynowane w powietrzu w temperaturze 500 & stopni; Nocny</td></tr><tr><td>spektrometr masowy C - turbo pompa próżniowa</td> Spektrometr masowy <td>Pfeiffer Vacuum</td><td>TSU 071</td><td>jest sterowany za pomocą pakietu oprogramowania LabVIEW 2010 (National Instruments)</td></tr> <tr><td>spektrometr masowy - turbo pompa próżniowa</td><td>Stanford Research Systems</td><td>Mikrochromatograf gazowy RGA100</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Agilent</td><td>CP740388</td><td>490 Mikro GC; System 4-kanałowy Kanał 1: 494001360 Molseive 10m, podgrzewane płukanie wsteczne Kanał 2: 494001460 PPU 10m, podgrzewane płukanie wsteczne Kanał 3: 490040 AL2O3/KCL 10+0.2m, podgrzewane płukanie wsteczne SPECIAL Kanał 4: 492005750 5CB 15m, podgrzewane</td></tr><tr><td>oprogramowanie GC</td> Filtry gazów czystych <td>Aglient</td><td>OpenLAB CDS EZChrom Edition</td><td></td></tr><tr><td>Agilent</td><td>CP17974</td><td></td><td>do stosowania na gazach nośnych GC (He, Ar)</td></tr> <tr><td>kwarcowy reaktor "U-tube"</td><td>bez</td><td></td><td>ręcznie dmuchanego szkła, zbudowany na zamówienie</td></tr><tr><td>bubbler</td><td>n/a</td><td></td><td>zbudowany na zamówienie</td></tr><tr><td>piec ceramiczny</td><td>Watlow</td><td>wycofany</td><td>z produkcji Podobna część pieca #: VC401J12A-B000R</td></tr><tr><td>kontroler taśmy grzewczej</td><td>nie dotyczy</td><td>niestandardowo zbudowany z taśmą</td><td></td></tr><tr><td>grzewczą</td> Watlow EZ-zone <td>Omega</td><td>FGH051-060</td><td>alternatywny dostawca taśmy grzewczej do ekstremalnych temperatur dopuszczalna</td></tr><tr><td>izolacja taśmy grzewczej</td><td>JEGS</td><td>710-80809</td><td>alternatywny dostawca akceptowalna</td></tr><tr><td>termopara</td><td>Omega</td><td>np. termopary , KMQSS-062U-18</td><td>typu K; mogą być wymagane alternatywne rozmiary</td></tr><tr><td>termopary O-ring</td><td>Swagelok</td><td>VT-7-OR-001-1/2</td><td>perfluoroelastomer (fluorocarbon FKM) O-ring</td></tr><tr><td>2 i mikro; m filtr ciał stałych, uszczelka VCR</td><td>Swagelok</td><td>SS-4-VCR-2-2M</td><td></td></tr><tr><td>1 &micro; m otwór, uszczelka VCR</td><td>Lenox Laser</td><td>SS-4-VCR-2</td><td>do kryzy spektrometru masowego</td></tr><tr><td>Rurki i złączki ze stali nierdzewnej 316/316L</td><td>Swagelok</td><td>Vary Zobacz</td><td>katalogi Swagelok 'VCR Metal Gasket Face Seal Fittings' i 'Stainless Steel Seamless Tubing and Tube Support Systems', aby uzyskać więcej informacji</td></tr><tr><td>Rury i złączki ze stali nierdzewnej 316/316L</td><td>Swagelok</td><td>Vary</td><td>Więcej informacji można znaleźć w katalogach Swagelok "Zawory iglicowe z integralną pokrywą", "Zawory z uszczelnieniem mieszkowym" i "Zawory kulowe z jednoczęściowym oprzyrządowaniem" Swagelok</td></tr></tbody></table>

programowane temperaturowo odtlenianie kwasu octowego na katalizatorach z węglika molibdenu

Temperature-programmed Deoxygenation of Acetic Acid on Molybdenum Carbide Catalysts

Reakcja zaprogramowana temperaturą (TPRxn) to proste, ale potężne narzędzie do badania wydajności stałego katalizatora w różnych warunkach. System TPRxn obejmuje reaktor, piec, źródła gazu i pary, kontrolę przepływu, oprzyrządowanie do ilościowego oznaczania produktów reakcji (np. chromatograf gazowy) oraz oprzyrządowanie do monitorowania reakcji w czasie rzeczywistym (np. spektrometr masowy). Tutaj stosujemy metodologię TPRxn do badania katalizatorów z węglika molibdenu do odtleniania kwasu octowego, ważnej reakcji spośród wielu w uszlachetnianiu/stabilizacji oparów pirolizy biomasy. TPRxn służy do oceny aktywności i selektywności katalizatora oraz do testowania hipotetycznych szlaków reakcji (np. dekarbonylacji, ketonizacji i uwodornienia). Wyniki badania TPRxn dotyczącego odtleniania kwasem octowym wskazują, że węglik molibdenu jest aktywnym katalizatorem tej reakcji w temperaturach powyżej ok. 300 °C oraz że reakcja ta sprzyja produktom odtleniania (tj. zrywania wiązań C-O) w temperaturach poniżej ok. 400 °C oraz produktom dekarbonylacji (tj. zerwaniu wiązań C-C) w temperaturach powyżej ok. 400 °C.

Zintegrowany spektrometr masowy (MS) umożliwia analizę składu gazów na wylocie z reaktora w czasie rzeczywistym. MS nie jest sprzężony z żadnym urządzeniem do rozdzielania produktów przed analizą, co sprawia, że identyfikacja gatunków chemicznych jest utrudniona w przypadku rozróżniania związków o nakładających się wzorach fragmentacji masowej. Jak pokazano w Tabeli 2, wiele typowych produktów z eksperymentów TPRxn kwasu octowego charakteryzuje się wieloma wspólnymi sygna...

Prezentowany tutaj jest protokół działania mikroskalowego reaktora z programowaną temperaturą do oceny wydajności katalitycznej węglika molibdenu podczas odtleniania kwasu octowego.

Programowane temperaturowo odtlenianie kwasu octowego na katalizatorach z węglika molibdenu

Temperature programmed reaction (TPRxn) is a simple yet powerful tool for screening solid catalyst performance at a variety of conditions. A TPRxn system ...

Ogólnym celem tej metody reakcji programowanej temperaturą jest określenie wydajności deoksygenacji katalizatora z węglika molibdenu przy użyciu kwasu octowego jako związku modelowego oleju pirolitycznego. Metoda ta pozwala odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie uszlachetniania w fazie gazowej z wykorzystaniem katalizatorów heterogenicznych, takie jak te dotyczące aktywności katalitycznej i selektywności w odniesieniu do związków modelowych oleju pirolitycznego. Główną zaletą tej techniki jest możliwość przetestowania wydajności katalitycznej w szerokim zakresie temperatur w ramach jednego eksperymentu.Choć metoda ta może dostarczyć informacji na temat wydajności katalitycznej w obecności oparów kwasu octowego, można ją również zastosować do innych związków modelowych olejów pirolitycznych, takich jak aldehyd kwasowy, etanol, metanol i anizol. Najpierw wyjmij czysty i suchy kwarcowy reaktor w kształcie litery U z suszarki. Po ochłodzeniu reaktora do temperatury pokojowej, umieść w nim niewielką ilość wełny kwarcowej, używając minimalnej ilości niezbędnej do podtrzymania złoża katalizatora.Używając czystego, sztywnego metalowego drutu do ubijania, delikatnie dociśnij wełnę w dół rurki kwarcowej aż do końca prostej sekcji. Następnie zmieszaj 50 mg katalizatora z węglika molibdenu z 200 mg przesianych, kalcynowanych odłamków kwarcu, aby zapobiec tworzeniu się kanałów i zapewnić stałą temperaturę w całym złożu katalizatora. Za pomocą papieru wagowego i czystego lejka wsyp mieszaninę katalizatora i odłamków kwarcu do reaktora w taki sposób, aby złoże katalizatora spoczywało na wsparciu z wełny kwarcowej.Następnie delikatnie dociśnij drugi mały kawałek wełny kwarcowej na wierzch złoża katalizatora, aby zabezpieczyć złoże na miejscu. Ważne jest, aby upewnić się, że mieszanina katalizatora i chipsów kwarcowych jest jednorodna. Niejednorodne mieszaniny mogą prowadzić do powstawania kanałów, gradientów temperatury oraz nadmiernego spadku ciśnienia w obrębie złoża katalizatora.Zainstaluj reaktor, najpierw podłączając i dokręcając złączkę po stronie dopływowej złoża katalizatora, która znajduje się w prostym odcinku rurki reaktora. Następnie podłącz i dokręć złączkę po stronie odpływowej złoża katalizatora. Następnie wyreguluj położenie termopary reaktora, przesuwając ją przez otwarta złączkę tak, aby końcówka termopary spoczywała na górnej krawędzi złoża katalizatora.Zainstaluj izolację wokół górnej sekcji reaktora, a następnie ostrożnie podnieś piec na najwyższy poziom dopuszczalny przez reaktor z rurką w kształcie litery U, tak aby górna krawędź pieca nie dotykała reaktora. Rozpocznij płukanie układu, przepuszczając hel o ultrawysokiej czystości z przepływem 40 sccm poprzez skalibrowany kontroler przepływu masowego, MFC. Następnie otwórz zawór otworu spektrometru masowego, MS, aby gaz mógł dotrzeć do źródła jonów MS.Po otwarciu zaworów iglicowych butli z wodorem i regulatora, rozpocznij przepływ wodoru o ultrawysokiej czystości, otwierając zawór odcinający linię systemu bezpośrednio za MFC wodoru i ustawiając MFC na przepływ 1,3 sccm. Następnie dostosuj przepływ helu do 36 sccm, tak aby mieszanina gazowa zawierała 3,5% wodoru. Po ustabilizowaniu się stężeń fazy gazowej wodoru i helu, wprowadź program temperatury do sterownika pieca, a następnie uruchom program temperatury.W przypadku reakcji programowanej temperaturowo, należy rozpocząć przepływ par kwasu octowego przez reaktor, otwierając zawory wlotowe i wylotowe saturatora, a następnie zamykając zawór obejścia saturatora. Przepływ gazu należy skierować do mikrochromatografu gazowego (micro GC), przełączając zawór trójdrożny za reaktorem w pozycję micro GC. Po ustabilizowaniu ciśnienia systemowego stężenia fazy gazowej kwasu octowego, należy zaprogramować sterownik temperatury pieca tak, aby temperatura wzrosła z temperatury pokojowej do 600 °C w tempie 10 °C na minutę.Teraz należy rozpocząć pobieranie próbek do mikro-GC tak często, jak to możliwe. Program temperaturowy należy uruchomić natychmiast po rozpoczęciu pobierania próbek do mikro-GC. Po zakończeniu programu temperaturowego należy przerwać pobieranie próbek do mikro-GC.Używając oprogramowania komputerowego powiązanego z MS, wyłącz źródło jonów MS, a następnie zamknij zawór otworu MS o rozmiarze jednego mikrometra. Po zakończeniu analizy ostatniej próbki micro GC, wczytaj metodę ustawiającą temperatury kolumn na maksymalny dopuszczalny limit zalecany przez producenta. Odetnij przepływ wodoru, ustawiając MFC dla wodoru na 0 sccm i zamykając zawór odcinający wodór.Zatrzymaj dopływ par kwasu octowego do reaktora, otwierając zawór obejścia nasycacza i zamykając zawory wlotowy oraz wylotowy nasycacza. Po schłodzeniu reaktora do temperatury otoczenia wyłącz przepływ helu, ustawiając MFC helu na 0 sccm, a następnie zamknij zawór odcinający znajdujący się bezpośrednio za MFC helu. Po osiągnięciu przez system ciśnienia otoczenia skieruj gaz do lokalnego wyciągu wentylacyjnego za pomocą zaworu trójdrożnego.Zdemontuj reaktor, odłączając najpierw złączkę po stronie wyjściowej reaktora, czyli złączkę połączoną z elastyczną rurką ze stali nierdzewnej. Na koniec odłącz złączkę po stronie wejściowej reaktora. Jak tutaj pokazano, wiele powszechnych produktów z eksperymentów reakcji kwasu octowego z programowaniem temperatury charakteryzuje się wspólnymi sygnałami stosunku masy do ładunku w spektrometrii mas, w związku z czym konieczna jest dekonwolucja sygnałów.Po dekonwolucji znormalizowane i skorygowane dane MS mogą być wykorzystane półilościowo do gromadzenia informacji, takich jak konwersja reakcyjna i względne stężenie produktów w funkcji temperatury reakcji. Przedstawiono tutaj reprezentatywne dane z badania porównującego efektywność odtleniania kilku katalizatorów z węglika molibdenu w reakcji kwasu octowego z programowanym wzrostem temperatury. Katalizator z węglika molibdenu w formie nanocząstek szablonowych wykazał wyższą szybkość obrotu kwasu octowego w porównaniu do swojego odpowiednika bez szablonu w podobnych szybkościach obrotu kwasu octowego w porównaniu do sypkich katalizatorów z węglika molibdenu poniżej 400 °C.W temperaturach powyżej 400 °C katalizatory szablonowe wykazały wyższą szybkość obrotu kwasu octowego niż jakikolwiek z pozostałych badanych katalizatorów. Szybkości obrotu wodoru były niższe w katalizatorach nanocząsteczkowych niż w katalizatorach objętościowych we wszystkich badanych temperaturach. Oba materiały nanocząsteczkowe wykazały wyższą selektywność w kierunku produktów ketonizacji powyżej 400 °C niż ich odpowiedniki objętościowe, co przypisano zwiększeniu frakcji silnych centrów kwasowych w stosunku do materiałów objętościowych.Ponadto stosunek centrów kwasowych do centrów aktywacji wodoru został zidentyfikowany jako kluczowa właściwość determinująca wydajność deoxygenacji kwasu octowego. Technikę tę można przeprowadzić w czasie krótszym niż cztery godziny, co sprawia, że metoda reakcji programowanej temperaturowo jest skutecznym narzędziem do oceny wydajności materiałów katalitycznych oraz różnych warunków ich reakcji. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze rozumieć, jak bezpiecznie i efektywnie przeprowadzić reakcję programowaną temperaturowo z wykorzystaniem par kwasu octowego.

temperature-programmed-deoxygenation-acetic-acid-on-molybdenum

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Synteza, aktywacja i charakterystyka celowo zaprojektowanych metaloorganicznych materiałów szkieletowych jest wyzwaniem, zwłaszcza gdy bloki budulcowe są niekompatybilne lub niechciane polimorfy są termodynamicznie faworyzowane nad pożądanymi formami. Opisujemy, w jaki sposób zastosowania wspomaganej rozpuszczalnikiem wymiany łączników, dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego proszku w kapilarnach i aktywacji poprzez suszenie nadkrytycznym CO2 mogą rozwiązać niektóre z tych wyzwań.

Synteza i charakterystyka funkcjonalizowanych struktur metaloorganicznych

Prezentujemy syntezę organicznego ferrimagnetyku wanadowego tetracyjanoetylenu (V[TCNE]x, x~2) metodą niskotemperaturowego chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD). Ta zoptymalizowana receptura zapewnia wzrost temperatury Curie z 400 K do ponad 600 K i radykalną poprawę właściwości rezonansu magnetycznego.

Chemiczne osadzanie z fazy gazowej magnesu organicznego, wanadu tetracyjanoetylenu

Kolumnowe struktury tlenku w postaci prętów są syntetyzowane przez chemiczne osadzanie z fazy gazowej wspomagane aerozolem bez użycia wstępnie osadzonych cząstek katalizatora. Metoda ta jest skalowalna i kompatybilna z różnymi podłożami na bazie krzemu, kwarcu lub polimerów.

Chemiczne osadzanie z fazy gazowej struktur tlenków metali wspomagane aerozolem: pręty z tlenku

Cienkie warstwy (100-1000 A) dwutlenku wanadu (VO2) zostały stworzone przez osadzanie warstwy atomowej (ALD) na podłożach szafirowych. Następnie scharakteryzowano właściwości optyczne poprzez przejście metal-izolator VO2. Na podstawie zmierzonych właściwości optycznych stworzono model opisujący przestrajalny współczynnik załamania światła VO2.

Osadzanie warstw atomowych dwutlenku wanadu i model optyczny zależny od temperatury

Struktury metaloorganiczne są skuteczne w magazynowaniu gazu i katalizie heterogenicznej, ale typowe metody syntezy skutkują powstawaniem sypkich proszków, które są trudne do włączenia do inteligentnych materiałów. Przedstawiono metodę polegającą na pierwszym powlekaniu tkanin tlenkami metali ALD, w wyniku czego powstają konforemne warstwy MOF na tkaninach podczas syntezy solwotermicznej.

Synteza solwotermiczna MIL-96 i UiO-66-NH2 na warstwach atomowych osadzonych powłok z tlenku metalu na matach włóknistych

Tutaj prezentujemy protokół przeprowadzania reakcji w prostych naczyniach reakcyjnych pod niskim lub umiarkowanym ciśnieniem CO2 . Reakcje można przeprowadzać w różnych naczyniach, po prostu podając dwutlenek węgla w postaci suchego lodu, bez konieczności stosowania kosztownego lub skomplikowanego sprzętu lub konfiguracji.

Osiąganie umiarkowanych ciśnień w szczelnych naczyniach przy użyciu suchego lodu jako stałego źródła CO2

Przedstawiamy protokół poprawy wydajności fotoredukcji CO2 do CH4 poprzez zwiększenie intensywności padającego światła poprzez technologię koncentracji energii słonecznej.

Fotoredukcja CO2 do wydajności CH4 przy skoncentrowanym świetle słonecznym

Przedstawiono protokół niszczenia prekursorów emisji z biomasy niskiej jakości za pomocą niskotemperaturowej mikrofalowej karbonizacji hydrotermalnej. Protokół ten obejmuje parametry mikrofalowe oraz analizę produktu z biowęgla i wody technologicznej.

Redukcja emisji paliwa drzewnego wierzbowego poprzez niskotemperaturową karbonizację hydrotermalną wspomaganą mikrofalami

Przedstawiono protokół syntezy HNbWO6, HNbMoO6, HTaWO6 zmodyfikowanych nanoarkuszami kwasów stałych Pt/CNT.

Dostrajanie kwasowości katalizatorów Pt/CNT do hydroodtleniania eteru difenylowego

Tutaj prezentujemy protokół walidacji miejsca aktywnego katalizatorów struktur metaloorganicznych poprzez porównanie reakcji stechiometrycznych i katalitycznych karbonylofenowych, aby dowiedzieć się, czy reakcja zachodzi na wewnętrznej czy zewnętrznej powierzchni struktur metaloorganicznych.

Opracowanie heterogenicznych katalizatorów enancjoselektywnych z wykorzystaniem chiralnych struktur metaloorganicznych (MOF)

Ten protokół szczegółowo opisuje łatwą, jednoetapową syntezę nanocząstek tlenku manganu (MnO) poprzez termiczny rozkład acetyloacetonianu manganu(II) w obecności oleiloaminy i eteru dibenzylowego. Nanocząstki MnO są wykorzystywane w różnych zastosowaniach, w tym w obrazowaniu metodą rezonansu magnetycznego, biodetekcji, katalizie, bateriach i oczyszczaniu ścieków.

Synteza nanocząstek tlenku manganu przez termiczny rozkład acetyloacetonianu manganu(II)

Poznaj metodę odtleniania kwasu octowego na katalizatorach z węglika molibdenu. Technika ta umożliwia badanie aktywności i selektywności katalizatora w szerokim zakresie temperatur w jednym eksperymencie.

Programowane temperaturowo odtlenianie kwasu octowego na katalizatorach z węglika molibdenu

Przeglądaj więcej filmów