Name: Desoxigenação à temperatura programada do ácido acético na Molibdênio Carbide Catalysts (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-07T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 15 s
Description: Aprenda a avaliar a desoxigenação do ácido acético usando carbeto de molibdênio em reator de temperatura programada. Este método permite analisar atividade e seletividade catalítica em uma única experiência.

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Os autores não têm nada a divulgar.

O método TPRxn é uma ferramenta poderosa para a triagem de materiais catalíticos, fornecer informações sobre a actividade e selectividade de um catalisador como uma função da temperatura de reacção. Outros métodos programada de temperatura, tais como TPD, TPO e TPR pode fornecer informações sobre a força de adsorção dos reagentes, o número de sítios de adsorção, e catalisador procedimentos pré-tratamento adequado, mas não fornecem dados de desempenho catalíticos diretos. É importante notar que o método TPRxn detalhado n...

Temperatura de reacção programada (TPRxn) é um dos muitos métodos de temperatura programada, incluindo a dessorção (TPD), oxidação (TPO), e redução (TPR), e prossegue através da exposição de um catalisador para um concorrente reagente com ou seguido por um aumento constante temperatura. 1, 2, 3 TPRxn é uma técnica transiente que fornece informação sobre a actividade do catalisador e selectividade em função da temperatura de reacção. 4, 5, 6 Também é uma técnica popular: a busca das palavras-chave &quot;temperatura programada reação nos rendimentos literatura mais de 1.000 fontes citando seu uso. TPRxn experiências são tipicamente realizadas num sistema de micro reactor, equipado com um espectrómetro de massa (MS) para análise em tempo real do efluente do reactor e correlação de performance com a temperatura. gases reagentes pode ser introduzido utilizando controladores de fluxo de massa e os líquidos podem ser introduzidos por meio de uma bomba de seringa ou de vapores, fazendo borbulhar um gás inerte através de um líquido. O catalisador é muitas vezes pré-tratado in situ para formar a fase catalítica desejada para a reacção. Alguns sistemas são equipados com equipamento de análise adicional, além do espectrômetro de massa típica, para fornecer informação quantitativa ou qualitativa sobre a seletividade do catalisador, de superfície espécies presentes no catalisador, ou mecanismo de reação. Por exemplo, a temperatura programada em Fourier Transform situ Espectroscopia no Infravermelho (FTIR) fornece informações sobre a evolução das espécies de superfície com diferentes temperaturas da reacção. 7, 8 O sistema TPRxn demonstrado neste trabalho está equipado com um cromatograma de gás (GC), para além dos de MS mais típicos. Este GC, equipado com quatro colunas paralelas, permite a quantificação mais precisaficação dos produtos da reacção, mas é limitada na frequência análise por o tempo que leva os produtos para eluir através das colunas. Assim, a combinação de EM e CG pode ser particularmente útil para o acoplamento de identificação em tempo real com a quantificação precisa dos reagentes e produtos. Aqui, nós aplicamos a metodologia TPRxn para estudar a desoxigenação de ácido acético sobre catalisadores de carboneto de molibdénio. Esta é uma reacção interessante e importante na investigação do catalisador, como o ácido acético é um análogo útil para os diversos ácidos carboxílicos presentes nos vapores de biomassa de pirólise. 9 O alto teor de oxigênio nos vapores de pirólise de biomassa exige a remoção de oxigênio para produzir combustíveis de hidrocarbonetos, 10, 11, 12 e catalisadores de carboneto de molibdénio têm mostrado promissor desempenho desoxigenação para muitos compostos modelo vapor biomassa de pirólise, incluindo furfural, 1-propanol,compostos fenólicos e ácido acético. 9, 13, 14, 15, 16 No entanto, a actividade e selectividade dos catalisadores de carboneto de molibdénio em reacções de desoxigenação é dependente da estrutura do catalisador e da composição, as espécies reagentes e as condições de reacção. Os dados recolhidos a partir TPRxn de ácido acético mostra que os catalisadores de carboneto de molibdénio são ativos para reações de desoxigenação acima ca. 300 ° C, e quando combinado com a informação de classificação do catalisador permite a quantificação da actividade do catalisador em função da temperatura através do cálculo das taxas de turnover do ácido acético. Os resultados mostram que TPRxn desoxigenação (isto é, CO bond-quebra) produtos são favorecidos em temperaturas abaixo de ca. 400 ° C e descarbonilaï¿½o (ou seja, CC vínculo de quebra) produtos são favovermelho a temperaturas acima de ca. 400 ° C. Além disso, estudos TPRxn ilustrar as mudanças na actividade e selectividade dos catalisadores de carboneto de molibdénio produzidos usando vários processos de síntese (isto é, a produção de diferentes estruturas de catalisador de carboneto de molibdénio e composições). Ainda assim, o valor desta informação e, de modo mais geral, a aplicação bem sucedida de dados experimentais para o projecto TPRxn catalisador e optimização de processos é uma função da qualidade dos dados obtidos. cuidadosa consideração e conhecimento das dificuldades potenciais e limitações destacadas durante todo o procedimento TPRxn é primordial.

<table><tbody><tr><td>ácido acético glacial</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-88401-62</td><td>fornecedor alternativo aceitável se o grau de pureza ACS. Consulte a declaração de cuidado no protocolo para obter informações de segurança</td></tr><tr><td>UHP He</td><td>Airgas</td><td>HE R300SS</td><td>fornecedor alternativo aceitável se&nbsp; >99,99% de pureza</td></tr><tr><td>UHP Ar</td><td>Arigas</td><td>AR R200</td><td>fornecedor alternativo aceitável se&nbsp; >99,99% de pureza</td></tr><tr><td>acetona</td><td>VWR International</td><td>BDH1101-4LP</td><td>fornecedor alternativo aceitável se&nbsp; > 99,5% de pureza</td></tr><tr><td>de quartzo</td><td>Powder Technology Inc.</td><td>Quartzo triturado</td><td>peneirado 180-300 &micro; m, calcinado no ar a 500 & C</td></tr><tr><td>espectrômetro de massas noturno - bomba de vácuo turbo</td> O espectrômetro de massas <td>Pfeiffer Vacuum</td><td>TSU 071</td><td>é controlado com o pacote de software LabVIEW 2010 (National Instruments)</td></tr><tr><td>espectrômetro de massas - bomba de vácuo turbo</td><td>Stanford Research Systems</td><td>RGA100</td><td></td></tr><tr><td>micro cromatógrafo gasoso</td><td>Agilent</td><td>CP740388</td><td>490 Micro GC; Sistema de 4 canais Canal 1: 494001360 Molseive 10m, retrolavagem aquecida Canal 2: 494001460 PPU 10m, retrolavagem aquecida Canal 3: 490040 AL2O3/KCL 10+0,2m, retrolavagem aquecida SPECIAL Canal 4: 492005750 5CB 15m,</td></tr><tr><td>software GC</td> aquecido Filtros de gás limpo <td>Aglient</td><td>OpenLAB CDS EZChrom Edition</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Agilent</td><td>CP17974</td><td>para uso em gases portadores de GC (He, Ar)</td></tr> <tr><td>reator de quartzo "U-tube"</td><td>n / a</td><td></td><td>vidro soprado à mão, construído sob encomenda</td></tr><tr><td>borbulhador</td><td>n / a</td><td></td> forno de cerâmica <td>personalizado para encomenda</td></tr><tr><td></td><td>Watlow</td><td>descontinuado</td><td>Forno semelhante peça #: VC401J12A-B000R</td></tr><tr><td>controlador de fita de calor</td><td>n / a</td><td></td><td>construído sob medida com Watlow EZ-zone</td></tr><tr><td>peças fita de calor</td><td>Omega</td><td>FGH051-060</td><td>fornecedor alternativo para fita de calor de temperatura extrema</td></tr><tr><td>isolamento aceitável de fita de calor</td><td>JEGS</td><td>710-80809</td> fornecedor <td>alternativo termopar aceitável</td></tr><tr><td></td><td>Omega</td><td>e.g., KMQSS-062U-18</td><td>Termopares tipo K; tamanhos alternativos podem ser necessários</td></tr><tr><td>termopar O-ring</td><td>Swagelok</td><td>VT-7-OR-001-1/2</td><td>perfluoroelastômero (fluorocarbono FKM) O-ring</td></tr><tr><td>2 &micro; m filtro de sólidos, junta VCR</td><td>Swagelok</td><td>SS-4-VCR-2-2M</td><td></td></tr><tr><td>1 &micro; m orifício, junta VCR</td><td>Lenox Laser</td><td>SS-4-VCR-2</td><td>para orifício de espectrômetro de massa</td></tr><tr><td>Tubos e conexões de aço inoxidável 316/316L</td><td>Swagelok</td><td>varia</td><td>Consulte os catálogos Swagelok 'VCR Metal Gasket Face Seal Fittings' e 'Stainless Steel Seamless Tubing and Tube Support Systems' para obter mais informações</td></tr> sobre <tr><td>tubos e conexões de aço inoxidável 316/316L</td><td>Swagelok</td><td>Varies</td><td>Consulte os catálogos da Swagelok 'Integral-Bonnet Needle Valves', 'Bellows-Sealed Valves' e 'One-Piece Instrumentation Ball Valves' para obter mais informações</td></tr></tbody></table>

desoxigenação à temperatura programada do ácido acético na molibdênio carbide catalysts

Temperature-programmed Deoxygenation of Acetic Acid on Molybdenum Carbide Catalysts

Temperatura de reacção programada (TPRxn) é uma ferramenta simples e poderosa para o rastreio de desempenho do catalisador sólido a uma variedade de condições. Um sistema TPRxn inclui um reator, forno, gás e vapor de fontes, controle de fluxo, instrumentação para quantificar produtos de reacção (por exemplo, cromatógrafo a gás), e instrumentação para monitorar a reação em tempo real (por exemplo, espectrômetro de massa). Aqui, nós aplicamos a metodologia TPRxn para estudar catalisadores de carboneto de molibdênio para a desoxigenação de ácido acético, uma reação importante entre muitos na modernização / estabilização de vapores biomassa de pirólise. TPRxn é utilizado para avaliar a actividade do catalisador e selectividade e para testar vias de reacção (por exemplo, hipotéticas, descarbonilação, ketonization, e a hidrogenação). Os resultados do estudo de desoxigenação TPRxn ácido acético mostram que o carboneto de molibdénio é um catalisador activo para esta reacção a temperaturas acima de ca. 300 ° C e que os favores de reaçãodesoxigenação (isto é, CO bond-quebra) produtos em temperaturas abaixo de ca. 400 ° C e descarbonilaï¿½o (ou seja, CC vínculo de quebra) produtos em temperaturas acima de ca. 400 ° C.

A linha MS fornece a capacidade de analisar a composição do gás à saída do reactor, em tempo real. O MS on-line não é acoplado com qualquer dispositivo para separar os produtos antes da análise e, portanto, a identificação das espécies é um desafio para diferenciar entre os compostos com sobreposição de padrões de fragmentação de massa. Como mostrado na Tabela 2, muitos dos produtos comuns de ácido acético a partir de experiências TPRxn são caracterizados por vários sina...

Apresentado aqui é um protocolo para a operação de um reactor à temperatura programada micro-escala para avaliar o desempenho catalítico de carboneto de molibdênio durante a desoxigenação ácido acético.

Desoxigenação à temperatura programada do ácido acético na Molibdênio Carbide Catalysts

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

O objetivo geral deste método de reação com programação de temperatura é determinar o desempenho de desoxigenação do catalisador de carbeto de molibdênio a partir do composto modelo de óleo de pirólise, ácido acético. Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais na área de aprimoramento em fase vapor utilizando catalisadores heterogêneos, como aquelas relativas à atividade e seletividade catalíticas de compostos modelo de óleo de pirólise. A principal vantagem desta técnica é a capacidade de testar o desempenho catalítico ao longo de uma faixa de temperaturas em um único experimento.Embora este método possa fornecer informações sobre o desempenho catalítico com vapores de ácido acético, ele também pode ser aplicado a outros compostos modelo de óleo de pirólise, como aldeído fórmico, etanol, metanol e anisol. Primeiro, remova um reator de tubo em U de quartzo limpo e seco de uma estufa de secagem. Após o reator ter esfriado até a temperatura ambiente, carregue uma pequena quantidade de lã de quartzo nele, utilizando a quantidade mínima necessária para suportar o leito catalítico.Usando um arame metálico rígido e limpo, empurre suavemente a lã de quartzo pelo tubo de quartzo até o final da seção reta. Em seguida, misture 50 miligramas de catalisador de carbeto de molibdênio com 200 miligramas de pedras de quartzo calcinadas e peneiradas para evitar canalização e garantir temperatura constante ao longo do leito catalítico. Utilizando papel de pesagem e um funil limpo, despeje a mistura de catalisador e pedras de quartzo no reator, de modo que o leito catalítico fique posicionado sobre o suporte de lã de quartzo.Em seguida, empurre suavemente um segundo pequeno pedaço de lã de quartzo sobre a cama de catalisador, fixando-a no lugar. É importante garantir que a mistura de catalisador e lascas de quartzo seja homogênea. Misturas não homogêneas podem provocar canalização, gradientes de temperatura e uma queda excessiva de pressão através da cama de catalisador.Instale o reator conectando e apertando primeiro o adaptador no lado de montante do leito catalítico, que é a seção reta do tubo do reator. Em seguida, conecte e aperte o adaptador no lado de jusante do leito catalítico. Ajuste então a posição do termopar do reator empurrando o termopar através de um adaptador perfurado, de modo que a ponta do termopar fique na borda superior do leito catalítico.Instale o isolamento ao redor da seção superior do reator e, em seguida, levante cuidadosamente o forno até o nível mais alto permitido pelo reator em formato de tubo em U, de modo que a borda superior do forno não toque o reator. Inicie a purgação do sistema passando hélio de pureza ultra-alta a 40 sccm através do controlador de fluxo de massa calibrado, ou MFC. Em seguida, abra a válvula de orifício do espectrômetro de massas, ou MS, para permitir que o gás alcance a fonte de íons do MS.Após abrir as válvulas de agulha do cilindro e do regulador do tanque de hidrogênio, iniciar o fluxo de hidrogênio de pureza ultra-alta, abrindo imediatamente a válvula de retenção da linha do sistema e ajustando o medidor de controle de fluxo (MFC) para um fluxo de 1,3 sccm. Em seguida, ajuste o fluxo de hélio para 36 sccm, de modo que a mistura gasosa seja 3,5% de hidrogênio. Uma vez que as concentrações das fases gasosas de hidrogênio e hélio estejam estáveis, insira o programa de temperatura no controlador do forno e, então, inicie o programa de temperatura.Para a reação com programação de temperatura, inicie o fluxo de vapores de ácido acético através do reator abrindo as válvulas do saturador de entrada e saída e, posteriormente, fechando a válvula de desvio do saturador. Direcione o fluxo de gás para o microcromatógrafo gasoso, ou micro CG, comutando a válvula de três vias a jusante do reator para a posição do micro CG. Após permitir que a concentração em fase gasosa do ácido acético estabilize em relação à pressão do sistema, programe o controlador de temperatura do forno para aumentar gradativamente de temperatura ambiente até 600 graus Celsius a uma taxa de dez graus Celsius por minuto.Agora, comece a coletar amostras de microcromatografia em fase gasosa o mais frequentemente possível. Inicie imediatamente o programa de temperatura após começar a coletar as amostras de microcromatografia em fase gasosa. Quando o programa de temperatura for concluído, interrompa a coleta das amostras de microcromatografia em fase gasosa.Utilizando o software do computador associado ao MS, desligue a fonte de íons do MS e, em seguida, feche a válvula de orifício de um micrômetro do MS. Após a conclusão da última amostra de micro GC, carregue um método que defina as temperaturas da coluna no limite máximo permitido, conforme recomendado pelo fabricante. Desligue o fluxo de hidrogênio ajustando o MFC de hidrogênio para zero sccm e fechando a válvula de corte de hidrogênio.Desligue o fluxo de vapores de ácido acético para o reator abrindo a válvula de derivação do saturador e fechando as válvulas de entrada e saída do saturador. Após permitir que o reator esfrie até a temperatura ambiente, desligue o fluxo de hélio ajustando o MFC de hélio para zero sccm e, em seguida, feche a válvula de retenção localizada imediatamente a jusante do MFC de hélio. Uma vez que o sistema atinja a pressão ambiente, direcione o gás para a ventilação local de exaustão utilizando a válvula de três vias.Desinstale o reator desconectando primeiro a conexão no lado de saída do reator, que é a conexão ligada ao tubo flexível de aço inoxidável. Por fim, desconecte a conexão no lado de entrada do reator. Como mostrado aqui, muitos dos produtos comuns provenientes de experimentos de reação programada em temperatura de ácido acético são caracterizados por sinais comuns de massa sobre carga em espectrometria de massas, exigindo, portanto, a desconvolução dos sinais.Após a desconvolução, os dados de MS normalizados e corrigidos podem ser usados de forma semiquantitativa para obter informações, como conversão reativa e concentração relativa de produtos em função da temperatura da reação. Dados representativos de um estudo que compara o desempenho de desoxigenação de diversos catalisadores de carbeto de molibdênio em uma reação programada por temperatura com ácido acético são apresentados aqui. Um catalisador de carbeto de molibdênio na forma de nanopartículas com molde demonstrou maior taxa de conversão de ácido acético em comparação com seu equivalente sem molde, com taxas de conversão de ácido acético semelhantes às dos catalisadores de carbeto de molibdênio em massa abaixo de 400 graus Celsius.Acima de 400 graus Celsius, os catalisadores com molde demonstraram uma taxa de conversão de ácido acético maior do que qualquer um dos outros catalisadores estudados. As taxas de conversão de hidrogênio foram menores nos catalisadores de nanopartículas do que nos catalisadores em massa em todas as temperaturas. Ambos os materiais de nanopartículas demonstraram maior seletividade para produtos de cetonização acima de 400 graus Celsius em comparação com seus equivalentes em massa, o que foi atribuído a um aumento na fração de sítios ácidos fortes em relação aos materiais em massa.Além disso, a proporção entre sítios ácidos e sítios de ativação de hidrogênio foi identificada como uma propriedade fundamental para determinar o desempenho na desoxigenação do ácido acético. Esta técnica pode ser realizada em menos de quatro horas, o que torna o método de reação programada por temperatura uma ferramenta eficaz para avaliar o desempenho de materiais catalíticos e suas diversas condições de reação. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como operar com segurança e eficácia uma reação programada por temperatura utilizando vapores de ácido acético.

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Química

Síntese, ativação e caracterização de materiais de estrutura metal-orgânicas intencionalmente projetado é um desafio, especialmente quando os blocos de construção são polimorfos incompatíveis ou indesejados são termodinamicamente favorecidos em detrimento de formas desejadas. Nós descrevemos como aplicações de intercâmbio vinculador assistida por solvente, pó de difração de raios-X em capilares e ativação via CO 2 supercrítico secagem, pode lidar com alguns desses desafios.

Síntese e caracterização de funcionalizados metal-organic frameworks

Apresentamos a síntese do tetracianoetileno ferrimagnet vanádio de base orgânica (V [TCNE] x, x ~ 2) por meio de deposição de vapor químico de baixa temperatura (DCV). Esta receita optimizado produz um aumento na temperatura de Curie entre 400 K e 600 K e sobre uma melhoria dramática em propriedades de ressonância magnética.

Chemical Vapor Deposition de um ímã Orgânica, vanádio tetracianoetileno

Estruturas de colunar de óxido de zinco na forma de barras são sintetizadas por deposição de vapor químico assistida por aerossol sem o uso de partículas de catalisador-semente previamente depositadas. Este método é escalável e compatível com vários substratos baseados em silício, quartzo ou polímeros.

Aerossol-assistida de deposição de Vapor químico de estruturas de óxido de Metal: hastes de óxido de zinco

Filmes finos (100-1000 Å) de dióxido de vanádio (VO2) foram criados pela deposição de camada atômica (ALD) em substratos de safira. A seguir, as propriedades ópticas foram caracterizadas através da transição metal-isolante de VO2. Propriedades ópticas da medido, um modelo foi criado para descrever o índice de refração sintonizável de VO2.

Deposição de camada atômica de dióxido de vanádio e um modelo ótico de temperatura-dependente

Estruturas de metal-orgânicos são eficazes em armazenamento de gás e catálise heterogênea, mas resultado de métodos de síntese típica em pó solto que são difíceis de incorporar materiais inteligentes. Vamos demonstrar um método de primeiros tecidos de revestimento com óxidos metálicos ALD, resultando em filmes conformados do MOF nos tecidos durante a síntese de solvothermal.

Síntese de Solvothermal de MIL-96 e UiO-66-NH2 na camada atômica depositado revestimentos de óxido metálico em esteiras de fibra

Aqui nós apresentamos um protocolo para a realização de reações em vasos simples reação sob pressões de baixa a moderada de CO2. As reações podem ser executadas em uma variedade de navios simplesmente através da administração de dióxido de carbono na forma de gelo seco, sem a necessidade de equipamento caro ou elaborado ou set-ups.

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Nós apresentamos um protocolo para melhorar o desempenho de co2 fotorredução a ch4 aumentando a intensidade de luz incidente através da tecnologia de energia solar de concentração.

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Aqui, apresentamos um protocolo para a validação ativa de catalisadores de estrutura metal-orgânicos, comparando reações stoichiométricas e catalíticas carbonimetrias para descobrir se uma reação ocorre na superfície interna ou externa de estruturas metal-orgânicas.

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Este protocolo detalha uma síntese fácil de um pote de nanopartículas de óxido de manganês (MnO) por decomposição térmica de acetilado de manganês (II) na presença de éter de oleylamina e dibenzyl. As nanopartículas MnO têm sido utilizadas em diversas aplicações, incluindo ressonância magnética, biosenso, catálise, baterias e tratamento de águas residuais.

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Desoxigenação à temperatura programada do ácido acético na Molibdênio Carbide Catalysts

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