Programowane temperaturowo odtlenianie kwasu octowego na katalizatorach z węglika molibdenu

Ogólnym celem tej metody reakcji zaprogramowanej temperaturowo jest określenie wydajności odtleniania katalizatora z węglika molibdenu z modelowego związku oleju pirolitycznego, kwasu octowego. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie uszlachetniania fazy gazowej za pomocą katalizatorów heterogenicznych, takie jak te dotyczące aktywności katalitycznej i selektywności z modelowych związków oleju pirolitycznego. Główną zaletą tej techniki jest możliwość testowania wydajności katalitycznej w zakresie temperatur w jednym eksperymencie.

Chociaż metoda ta może zapewnić wgląd w wydajność katalityczną z oparami kwasu octowego, można ją również zastosować do innych modelowych związków oleju pirolitycznego, takich jak aldehyd kwasowy, etanol, metanol i anizol. Najpierw wyjmij czysty, suchy reaktor kwarcowy w kształcie litery U z pieca do suszenia. Gdy reaktor ostygnie do temperatury pokojowej, załaduj do niego niewielką ilość wełny kwarcowej, używając minimalnej ilości potrzebnej do podparcia złoża katalizatora.

Używając czystego, sztywnego drutu metalowego, delikatnie wepchnij wełnę w dół rurki kwarcowej do końca prostego odcinka. Następnie wymieszaj 50 miligramów katalizatora z węglika molibdenu z 200 miligramami przesianych kalcynowanych wiórów kwarcowych, aby zapobiec kanałowaniu i zapewnić stałą temperaturę przez złoże katalizatora. Używając papieru do ważenia i czystego lejka, wlej mieszaninę katalizatora i wiórów kwarcowych do reaktora tak, aby złoże katalizatora znajdowało się na podłożu z wełny kwarcowej.

Następnie delikatnie wepchnij drugi mały kawałek wełny kwarcowej na wierzch łoża katalizatora, zabezpieczając złoże katalizatora na miejscu. Ważne jest, aby upewnić się, że mieszanina katalizatora i chipa kwarcowego jest jednorodna. Niejednorodne mieszaniny mogą prowadzić do kanałowania, gradientów temperatury i nadmiernego spadku ciśnienia w łożu katalizatora.

Zamontuj reaktor, najpierw podłączając i dokręcając złączkę po stronie poprzedzającej łoże katalizatora, która jest prostą częścią rury reaktora. Następnie podłącz i dokręć złączkę po dolnej stronie łoża katalizatora. Następnie wyreguluj położenie termopary reaktora, przepychając termoparę przez przewierconą złączkę tak, aby końcówka termopary znajdowała się na górnej krawędzi łoża katalizatora.

Zamontuj izolację wokół górnej części reaktora, a następnie ostrożnie podnieś piec do najwyższego poziomu dozwolonego przez reaktor w kształcie litery U, tak aby górna krawędź pieca nie dotykała reaktora. Rozpocznij oczyszczanie systemu od przepływu helu o ultrawysokiej czystości z prędkością 40 sccm przez skalibrowany regulator przepływu masowego lub MFC. Następnie otwórz spektrometr mas lub kryzę MS, aby gaz mógł dotrzeć do źródła jonów MS.

Po otwarciu butli zbiornika wodoru i zaworów iglicowych regulatora, należy rozpocząć przepływ wodoru o ultrawysokiej czystości, ale otwierając zawór odcinający linię systemu bezpośrednio za wodorem MFC i ustawiając MFC na przepływ 1,3 sccm. Następnie dostosuj przepływ helu do 36 sccm, tak aby mieszanina gazów składała się z 3,5% wodoru. Po ustabilizowaniu się stężeń wodoru i helu w fazie gazowej wprowadź program temperatury do sterownika pieca, a następnie rozpocznij program temperatury.

W przypadku reakcji zaprogramowanej temperaturowo należy rozpocząć przepływ oparów kwasu octowego przez reaktor, otwierając zawory saturatora wlotowego i wylotowego, a następnie zamykając zawór obejściowy saturatora. Skierować przepływ gazu do chromatografu mikrogazowego lub mikrochromatografii gazowej, przełączając zawór trójdrogowy za reaktorem w położenie mikrochromatyki chromatycznej. Po ustabilizowaniu się ciśnienia w układzie stężenia fazy gazowej kwasu octowego, zaprogramuj regulator temperatury pieca tak, aby wzrastał z temperatury pokojowej do 600 stopni Celsjusza przy dziesięciu stopniach Celsjusza na minutę.

Teraz zacznij pobierać mikro próbki GC tak często, jak to możliwe. Rozpocznij program temperatury natychmiast po rozpoczęciu pobierania próbek mikro GC. Po zakończeniu programu temperatury zatrzymaj mikro GC samples.

Korzystając z oprogramowania komputerowego powiązanego z MS, wyłącz źródło jonów MS, a następnie zamknij zawór kryzowy MS o długości jednego mikrometra. Po zakończeniu ostatniego mikro GC sample załaduj metodę, która ustawia temperaturę kolumny na maksymalny dopuszczalny limit zgodnie z zaleceniami producenta. Odciąć przepływ wodoru, ustawiając wodór MFC na zero sccm i zamykając zawór odcinający wodór.

Odciąć dopływ oparów kwasu octowego do reaktora, otwierając zawór obejściowy saturatora i zamykając zawory saturatora wlotowego i wylotowego. Po pozostawieniu reaktora do ostygnięcia do temperatury otoczenia, należy wyłączyć przepływ helu, ustawiając MFC helu na zero sccm, a następnie zamknąć zawór odcinający znajdujący się bezpośrednio za MFC helu. Gdy system osiągnie ciśnienie otoczenia, skierować gaz do lokalnej wentylacji wywiewnej za pomocą zaworu trójdrogowego.

Odinstaluj reaktor, najpierw odłączając złączkę po dolnej stronie reaktora, która jest złączką podłączoną do elastycznej rurki ze stali nierdzewnej. Na koniec odłącz złączkę po stronie wylotowej reaktora. Jak pokazano tutaj, wiele powszechnych produktów eksperymentów z reakcjami zaprogramowanymi temperaturą kwasu octowego charakteryzuje się wspólną masą do ładowania sygnałów w spektrometrii mas, a zatem wymagana jest dekonwolucja sygnału.

Po dekonwolucji, znormalizowane i skorygowane dane MS mogą być wykorzystane półilościowo do zebrania informacji, takich jak konwersja reaktywna i względne stężenie produktu w funkcji temperatury reakcji. Reprezentatywne dane z badania porównującego wydajność odtleniania kilku katalizatorów z węglika molibdenu w reakcji zaprogramowanej temperaturowo w kwasie octowym przedstawiono tutaj. Szablonowy katalizator z nanocząstek węglika molibdenu wykazał większą szybkość obrotu kwasu octowego w porównaniu z jego nieszablonowym odpowiednikiem w podobnych szybkościach obrotu kwasu octowego w porównaniu z katalizatorami z węglika molibdenu luzem poniżej 400 stopni Celsjusza.

Powyżej 400 stopni Celsjusza katalizatory z szablonami wykazywały większą szybkość obrotu kwasu octowego niż którykolwiek z innych badanych katalizatorów. Tempo obrotu wodoru było niższe w katalizatorach nanocząsteczkowych niż w katalizatorach masowych we wszystkich temperaturach. Oba materiały nanocząsteczkowe wykazały wyższą selektywność w stosunku do produktów ketonizacji w temperaturze powyżej 400 stopni Celsjusza niż ich masowe odpowiedniki, co przypisano wzrostowi frakcji miejsc silnego kwasu w stosunku do materiałów sypkich.

Ponadto stosunek miejsc kwasowych do miejsc aktywacji wodoru został zidentyfikowany jako kluczowa właściwość w określaniu wydajności odtleniania kwasu octowego. Technikę tę można wykonać w czasie krótszym niż cztery godziny, co sprawia, że metoda reakcji zaprogramowana temperaturą jest skutecznym narzędziem do badania przesiewowego wydajności materiałów katalitycznych i ich różnych warunków reakcji. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak bezpiecznie i skutecznie przeprowadzić reakcję zaprogramowaną temperaturowo przy użyciu oparów kwasu octowego.