催化劑表征與所用儀器

催化劑表征與所用儀器第一頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日估量催化劑價(jià)值的四個(gè)指標(biāo)：1）活性（?。。?）選擇性3）壽命4）價(jià)格實(shí)驗(yàn)室與工業(yè)裝置測(cè)定催化劑活性的差異：活性評(píng)價(jià)必須在實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模，但不能準(zhǔn)確估量大規(guī)模裝置內(nèi)的催化性能，兩者要關(guān)聯(lián)。工業(yè)反應(yīng)器的原料氣速大，外擴(kuò)散可消除第二頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日第三頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日第四頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日第五頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日催化劑的表征手段與所用儀器 催化劑概述催化劑的性能指標(biāo)催化劑宏觀物理性質(zhì)測(cè)定近代物理方法在催化劑表征中的應(yīng)用簡(jiǎn)介第六頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日催化劑概述2.1Catalystisthebasisofchemistryindustry.Catalystandcatalysis

催化劑是指一種能夠改變化學(xué)反應(yīng)速度而本身不參與最終產(chǎn)物的物質(zhì)；

催化作用是一種化學(xué)作用，是靠用量極少而本身不被消耗的一種叫做催化劑的外加物質(zhì)來(lái)加速化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象。第七頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日催化劑概述Thebasiccharactersofcatalysts

1.catalystscanacceleratethespeedofchemicalreaction,meanwhileitdoesn’tinvolveintheendproduct;

2.catalystshaveselectivity;

3.itcouldonlyacceleratethepotentialthermalreactions;

4.itcouldonlychangethereactionspeedinsteadoftheequivalence.Theclassificationofcatalysts

accordingtotheprocesscharacteristics,theyareusuallydividedinto均相配合物催化劑、多相固體催化劑和酶催化劑三大類。第八頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日催化劑的性能指標(biāo)Generally,catalystshavesomecharactersasfollows:

1.活性；2.selectivity;3.mechanicalstrength;4.lifecycle;5.geometrymechanicalcharacter;6.macrophysicalstructure;7.microphysicalstructure;etc.Somecorrespondingparametersthatareusedintheindustrialproduction:

1.conversionrate2.spacevelocity3.spacetimeyield4.selectivity5.yieldperpass第九頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日催化劑宏觀物理性質(zhì)測(cè)定工業(yè)催化劑或載體是具有發(fā)達(dá)孔系和一定內(nèi)外表面的顆粒集合體。若干晶粒聚集為大小不一的微米級(jí)顆粒。實(shí)際成形催化劑的顆?；蚨瘟Ｗ娱g，堆積形成的孔隙與晶粒內(nèi)和晶粒間微孔，構(gòu)成該粒團(tuán)的孔系結(jié)構(gòu)催化劑的直徑和粒徑分布

表示粒徑分布最簡(jiǎn)單的方法是直方圖，測(cè)量粒徑1nm以上的粒度，最簡(jiǎn)單的是用標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分法，此外還有光學(xué)顯微鏡、重力沉降－揚(yáng)析法、沉降光透法及光衍射法機(jī)械強(qiáng)度的測(cè)定

一般有單?？箟核閺?qiáng)度的測(cè)定、堆積抗壓碎強(qiáng)度測(cè)定磨損性能試驗(yàn)抗毒穩(wěn)定性及其測(cè)定比表面積測(cè)定與孔結(jié)構(gòu)表征（重點(diǎn)介紹）第十頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日比表面積測(cè)定孔和表面是多相催化反應(yīng)發(fā)生的空間。對(duì)普通工業(yè)催化劑一般采用蒸汽物理吸附和壓汞法。

1.催化劑比表面積的測(cè)定

常用的測(cè)定總比表面積的方法有BET法和色譜法，測(cè)定活性比表面的方法有化學(xué)吸附法和色譜法

（1）BET法測(cè)單一比表面積

經(jīng)典的BET法，基于理想吸附的物理模型，假定表面上各個(gè)吸附位置從能量角度而言都是等同的，吸附時(shí)放出的吸附熱相同；并假定每個(gè)吸附位只能吸附一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，而已吸附質(zhì)點(diǎn)之間作用力可以忽略。BET公式，表示當(dāng)氣體靠近其沸點(diǎn)并在固體上吸附達(dá)平衡時(shí)，氣體的吸附量V與平衡壓力p間的關(guān)系：

第十一頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日BET法測(cè)單一比表面積

式中V——平衡壓力為p時(shí)吸附氣體的總體積；

Vm——催化劑表面覆蓋單分子層氣體時(shí)所需氣體的體積；

p——被吸附氣體在吸附溫度下平衡時(shí)的壓力；

ps——被吸附氣體在吸附溫度下的飽和蒸汽壓力；

C——與被吸附氣體種類有關(guān)的常數(shù)。

為便于實(shí)驗(yàn)上的運(yùn)算，可將上式改成如下形式：

第十二頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日BET法測(cè)單一比表面積

可以看出，以p/V(ps-p)對(duì)p/ps作圖，可得一直線，直線在縱軸上的截距等于1/VmC，直線的斜率等于C-1/VmC。

若令A(yù)=1/VmC，B=C-1/VmC

則

實(shí)驗(yàn)時(shí)，每給定一個(gè)p值，可測(cè)定一個(gè)對(duì)應(yīng)的V值，這樣可在一系列p值下測(cè)定V值，從而求得Vm值。

按上述方法測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后可繪出BET圖。第十三頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日BET法測(cè)單一比表面積用BET公式求固體表面積的關(guān)鍵，在于通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)出一系列的相對(duì)應(yīng)的p和V值，然后將p/V(ps-p)對(duì)p/ps作圖，可得一直線，直線在縱軸上的截距是1/VmC，斜率是(C-1)/VmC，可以求得

有了Vm值后，換算為被吸附氣體的分子數(shù)。將此分子數(shù)乘以1個(gè)分子所占的面積，即得被測(cè)樣品的總比表面積S

第十四頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日式中V——吸附氣體的摩爾體積，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下等于22400ml；

N——阿伏加德羅常數(shù)。

常見(jiàn)測(cè)定氣體吸附量的方法有三種，即容量法、重量法和色譜法。

（1）容量法容量法測(cè)定比表面是測(cè)量已知量的氣體在吸附前后體積之差，由此即可算出被吸附的氣體量。

（2）重量法重量法的原理是用特別設(shè)計(jì)的方法，稱取被催化劑樣品吸附的氣體重量。

（3）氣相色譜法測(cè)定時(shí)，固定相就是被測(cè)固體本身，載體氣可選用氮?dú)?、氫氣等，吸附質(zhì)可選用易揮發(fā)并與被測(cè)固體間無(wú)化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)。第十五頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日BET容量法裝置示意圖

1-8，12-13：兩通活塞；9-11：Y形三通活塞（可接通大氣或水泵）

第十六頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日幾種廠家生產(chǎn)的比表面積分析儀產(chǎn)品型號(hào):JW-004型

產(chǎn)品廠商:北京精微高博科技開(kāi)發(fā)中心JW-04型全自動(dòng)氮吸附比表面儀，采用固體標(biāo)樣法，可以快速而準(zhǔn)確的測(cè)試比表面積，對(duì)于科研和工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)是一種較理想的儀器；JW-004型兩用氮吸附比表面儀，既可采用固體標(biāo)樣，也可采用氣體標(biāo)樣，除應(yīng)用于科研、生產(chǎn)外，還適合于教學(xué)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用。第十七頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日全自動(dòng)快速比表面積分析儀產(chǎn)品編號(hào)：C12213產(chǎn)品型號(hào)：GeminiV2365/2380技術(shù)參數(shù)1.比表面積測(cè)量范圍為0.01m2/g到無(wú)上限2.總孔體積測(cè)量范圍為4*10-6cm3/g到無(wú)上限

特點(diǎn)1.單點(diǎn)、多點(diǎn)BET比表面積、Langmuir比表面積

2.t-圖法的微孔分析

3.STSA及總孔體積的分析

4.GeminiⅤ2380除具有2365的全部功能外，還增加了BJH孔徑分布，同時(shí)吸、脫附曲線可以收集一千個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。

第十八頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日其他物理方法在催化劑表征中的應(yīng)用簡(jiǎn)介X射線光電子能譜儀（XPS或ESCA）X射線衍射儀（XRD）

第十九頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日X射線光電子能譜儀產(chǎn)品編號(hào)：C12082產(chǎn)品型號(hào)：JPS-9200技術(shù)參數(shù)1.普通光源分辨率0.9eV1,500cps-900kcps

2.單色光源分辨率0.65eV100kcps

3.普通光源Al,600W/Mg,500W;2.5-50mA.單色光源Al,600W;2.5-50mA

4.能量搜索范圍：0-1480eV,步長(zhǎng)：0.025eV

5.真空度7X10-8

第二十頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日X射線衍射儀Y-2000型自動(dòng)X射線粉末衍射儀(xrd)

產(chǎn)品編號(hào)：C12062產(chǎn)品型號(hào)：Y-2000型技術(shù)參數(shù)1.高穩(wěn)定性的X射線發(fā)生器：額定功率：3KW；X射線管電壓：10～60KV1KV/step；X射線管電流：5～80mA1mA/step

2.X射線衍射管：基本配置：Cu靶衍射管（國(guó)產(chǎn)）1只。2.0KW，1×10mm焦點(diǎn)。

3.