Температура запрограммированный Деоксигенация уксусной кислоты на Молибден Carbide катализаторах

Общая цель этого метода реакции с температурным программированием заключается в определении эффективности деоксигенации катализатора из карбида молибдена из модельного соединения пиролизного масла уксусной кислоты. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области модернизации паровой фазы с использованием гетерогенных катализаторов, например, о каталитической активности и селективности модельных соединений пиролизного масла. Основным преимуществом данной методики является возможность проверки каталитических характеристик в диапазоне температур в одном эксперименте.

Хотя этот метод может дать представление о каталитических характеристиках паров уксусной кислоты, он также может быть применен к другим модельным соединениям пиролизного масла, таким как кислотный альдегид, этанол, метанол и анизол. Сначала извлеките чистый сухой кварцевый U-образный реактор из сушильного шкафа. Как только реактор остынет до комнатной температуры, загрузите в него небольшое количество кварцевой ваты, используя минимальное количество, необходимое для поддержки слоя катализатора.

Используя чистую жесткую металлическую проволоку, аккуратно протолкните вату вниз по кварцевой трубке до конца прямого участка. Затем смешайте 50 миллиграммов катализатора из карбида молибдена с 200 миллиграммами просеянной прокаленной кварцевой стружки, чтобы предотвратить образование каналов и обеспечить постоянную температуру через слой катализатора. Используя бумагу для взвешивания и чистую воронку, залейте смесь катализатора и кварцевой стружки в реактор таким образом, чтобы слой катализатора находился поверх основы из кварцевой ваты.

Затем осторожно надавите на второй небольшой кусочек кварцевой ваты на верхнюю часть слоя катализатора, закрепив его на месте. Важно убедиться, что смесь катализатора и кварцевой стружки является однородной. Неоднородные смеси могут привести к образованию каналов, перепадам температур и чрезмерному падению давления на слое катализатора.

Установите реактор, сначала подсоединив и затянув фитинг на стороне перед слоем катализатора, который является прямым участком трубки реактора. Затем подсоедините и затяните фитинг на нижней стороне слоя катализатора. Затем отрегулируйте положение термопары реактора, протолкнув термопару через просверленный фитинг так, чтобы кончик термопары находился на верхнем краю каталитического слоя

Установите изоляцию вокруг верхней части реактора, а затем осторожно поднимите печь до максимально допустимого уровня U-образного реактора таким образом, чтобы верхний край печи не касался реактора. Начните продувку системы с подачи гелия сверхвысокой чистоты со скоростью 40 кубических футов через откалиброванный регулятор массового расхода (MFC). После этого откройте масс-спектрометр или клапан отверстия MS, чтобы позволить газу достичь источника ионов MS.

После открытия цилиндра водородного бака и игольчатых клапанов регулятора начните подачу водорода сверхвысокой чистоты, но откройте запорный клапан трубопровода системы непосредственно после водородного MFC и установите MFC на расход на уровне 1,3 кубических см. Затем отрегулируйте расход гелия до 36 кубических футов, чтобы газовая смесь на 3,5% состояла из водорода. После того как концентрация газообразной фазы водорода и гелия стабилизируется, введите температурную программу в контроллер печи, а затем начните температурную программу.

Для реакции, запрограммированной по температуре, начните поток паров уксусной кислоты через реактор с открытия входного и выходного клапанов сатуратора и последующего закрытия перепускного клапана сатуратора. Направьте поток газа к микрогазовому хроматографу, или микроГХ, переключив трехходовой клапан после реактора в положение микроГХ. После стабилизации давления в системе при концентрации газообразной фазы уксусной кислоты запрограммируйте регулятор температуры печи на повышение температуры от комнатной до 600 градусов Цельсия со скоростью десять градусов Цельсия в минуту.

Теперь начните собирать образцы микроГХ как можно чаще. Начните температурную программу сразу после начала сбора образцов микро-ГХ. Когда температурная программа будет завершена, остановите отбор образцов микро-ГХ.

Используя компьютерное программное обеспечение, связанное с MS, выключите источник ионов MS, затем закройте клапан отверстия MS на один микрометр. После того, как последний образец микрогазовой хроматографии будет завершен, загрузите метод, который устанавливает температуру колонки на максимально допустимый предел в соответствии с рекомендациями производителя. Отключите поток водорода, установив водородный MFC на ноль sccm и закрыв водородный запорный клапан.

Перекрыть подачу паров уксусной кислоты в реактор, открыв перепускной клапан сатуратора и закрыв входной и выходной клапаны сатуратора. Дав реактору остыть до температуры окружающей среды, выключите поток гелия, установив гелиевое MFC на ноль sccm, затем закройте запорный клапан, расположенный непосредственно за гелием MFC. Как только система достигнет давления окружающей среды, направьте газ в местную вытяжную вентиляцию с помощью трехходового клапана.

Демонтируйте реактор, сначала отсоединив фитинг на следующей стороне реактора, который представляет собой фитинг, соединенный с гибкой трубкой из нержавеющей стали. Наконец, отсоедините фитинг со стороны перед реактором. Как показано на рисунке, многие из распространенных продуктов экспериментов с реакцией, запрограммированной при температуре уксусной кислоты, характеризуются общими сигналами масс-заряда в масс-спектрометрии, и, таким образом, требуется деконволюция сигнала.

После деконволюции нормализованные и скорректированные данные MS могут быть использованы полуколичественно для сбора информации, такой как реактивная конверсия и относительная концентрация продукта в зависимости от температуры реакции. Здесь приведены репрезентативные данные исследования, в котором сравнивались показатели деоксигенации нескольких катализаторов из карбида молибдена в реакции, запрограммированной при температуре уксусной кислоты. Шаблонный катализатор на основе карбида молибдена с наночастицами продемонстрировал большую скорость оборота уксусной кислоты по сравнению со своим нешаблонным аналогом при аналогичной скорости оборота уксусной кислоты по сравнению с объемными катализаторами из карбида молибдена при температуре ниже 400 градусов Цельсия.

При температуре выше 400 градусов Цельсия шаблонные катализаторы продемонстрировали большую скорость оборота уксусной кислоты, чем любой из других изученных катализаторов. Скорость оборота водорода в катализаторах с наночастицами была ниже, чем на объемных катализаторах при всех температурах. Оба материала наночастиц продемонстрировали более высокую селективность к продуктам кетонизации при температуре выше 400 градусов Цельсия, чем их объемные аналоги, что было связано с увеличением доли сильных кислотных центров по отношению к объемным материалам.

Кроме того, соотношение кислотных центров к центрам активации водорода было определено в качестве ключевого свойства при определении эффективности деоксигенации уксусной кислоты. Этот метод может быть выполнен менее чем за четыре часа, что делает метод реакции, запрограммированный температурой, эффективным инструментом для скрининга характеристик каталитических материалов и различных условий их реакции. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как безопасно и эффективно управлять запрограммированной температурой реакцией с использованием паров уксусной кислоты.