Разработка Процедуры контроля качества для определения характеристик нанесенных никелевых катализаторов

Контроль качества и техническое обслуживание приборов являются важными функциями во всех лабораториях. Периодическое выполнение процедуры контроля качества, подобной описанной в этом Примечании, может обеспечить раннее обнаружение загрязнения прибора, неисправных компонентов прибора или загазованности - факторов, которые могут негативно повлиять на результаты эксперимента. В этой заметке Альтамиры обсуждается, как была разработана процедура контроля качества никелевого катализатора на носителе, используемого в реакциях гидрирования.  < / p>

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ В качестве эталонного материала для этой серии экспериментов использовался известный никелевый катализатор на носителе... загрузка металла по массе: 17,7% ... площадь поверхности металла: 30 м2/г... дисперсия металла: 26%. Импульсную хемосорбцию водорода и программируемую по температуре десорбцию (TPD) проводили с использованием системы определения характеристик катализатора AMI-1 (Altamira Instruments). Для целей этих экспериментов использовались следующие определения дисперсии, площади поверхности металла и размера кристаллитов:

Дисперсия никеля:

Площадь поверхности металла:

Размер кристаллитов Ni (0)

Где: U = количество хемосорбированного газа (моль/г кат) P = стехиометрия (моль газа/моль металла) (=0,5 для Ni-H2) A = атомный вес металла (58,71 г/моль) W = массовая доля металла в катализаторе POPRAWIC Vg = объем газа, хемосорбированного при STP (1 моль = 22400 мл) = площадь поверхностного атома металла (Geus, Schwarz) = 6,17

A2 = 6,1710-20м2 N = число Авогадро 6,02245 1023 V = Объем кристалла S = Поверхность D = дисперсия (не в %) ИМПУЛЬСНАЯ ХЕМОСОРБЦИЯ Импульсная хемосорбция была первоначально выбрана, потому что это простой метод, он различает физическую и хемосорбцию., и он предоставляет прямую информацию о доступных, каталитически активных центрах. В этой группе экспериментов участки никеля титровали водородом. Физически поглощенный водород непрерывно удаляли с поверхности катализатора. Количество импульсов в эксперименте варьировалось от 25 до 35, а время между импульсами составляло четыре минуты. Объем импульса составлял 50 микролитров, а скорость потока газа как водорода, так и аргона составляла 40 мл/мин. Влияние массы катализатора Для первой серии экспериментов по хемосорбции были проведены два цикла, один с 25 импульсами и один с 35 импульсами, для каждого из трех образцов с массой. На рис. 1 показано, что вес образца оказывает значительное влияние на кривые хемосорбции, при этом большие образцы вызывают значительное уширение сигнала. Из этих трех кривых видно, что масса образца 0,1014 г, представленная на рис. 1.С, дала наилучшие результаты с точки зрения самых резких пиков и наименьшего смещения базовой линии. На рисунке 2 приведены расчетные значения дисперсии, размера кристаллитов и площади поверхности металла для шести прогонов. К сожалению, ни результаты образцов 0,1788 г, ни 0,1014 г не соответствуют эталонным данным, что указывает на то, что либо 35 импульсов было недостаточно для получения полного покрытия, либо необходимо было оптимизировать другие параметры.

ДЕСОРБЦИЯ с ПРОГРАММИРУЕМОЙ ТЕМПЕРАТУРОЙ

Был выбран TPD потому что это тоже быстрый метод, который количественно определяет процент дисперсии, площадь поверхности металла и размер кристаллитов. TPD обладает дополнительным преимуществом, заключающимся в предоставлении информации о термодинамике каталитической системы. Для этой серии экспериментов водород адсорбировали со скоростью потока 30 мл/мин. Время и температуру адсорбции варьировали для каждого цикла. Физически поглощенный водород удаляли с поверхности катализатора, а затем десорбировали хемосорбированный водород путем повышения температуры до максимальной. Для TPD время и температура стадии адсорбции должны быть оптимизированы для достижения полного покрытия поверхности. Влияние времени и температуры адсорбции Были проведены три эксперимента TPD, в одном из которых водород адсорбировался при 303 К в течение 60 минут, во втором, в котором водород адсорбировался при 333 К в течение 60 минут, и в третьем, в котором водород адсорбировался при 303 К в течение 180 минут. Из предыдущих экспериментов по хемосорбции было известно, что следует избегать более высоких температур, поэтому TPD не проводили при 363 K. Сравнивая кривые TPD на рис. 5 и расчеты на рис. 6, второй и третий прогоны дали наилучшие результаты с точки зрения деконволюции пика и соответствия эталонным данным.

ВЫВОДЫ

В заключение, эти эксперименты показывают, что как импульсная хемосорбция, так и программируемая по температуре десорбция - это простой и эффективный метод, позволяющий количественно определить дисперсию, площадь поверхности металла и размер кристаллитов. В случае импульсной хемосорбции необходимо оптимизировать вес и температуру образца. Недостатком этого метода является то, что конечную точку иногда трудно определить. Кроме того, оптимизация зависит от типа катализатора. Для TPD время и температура адсорбции должны быть оптимизированы. TPD выгоден тем, что результаты очень воспроизводимы, и нет необходимости изменять параметры испытаний при анализе различных типов никелевых катализаторов. В случае этого метода контроля качества для катализаторов гидрирования никеля было определено, что TPD водорода является предпочтительной процедурой по сравнению с импульсной хемосорбцией водорода. После проведения ряда экспериментов с водородным TPD был определен 95% доверительный интервал дисперсии 26,0 - 27,8%. Теперь исследователь проводит эту процедуру TPD не реже одного раза в неделю в целях контроля качества. Любые результаты, которые выходят за пределы доверительного интервала, исследуются. На рисунке 7 показаны данные, зарегистрированные в результате 14 проверок качества. Исследователь отмечает, что пробег 13, который показывает процентную дисперсию, значительно выходящую за пределы допустимого диапазона, на самом деле был вызван утечкой регулятора расхода.

Экспериментальные данные были предоставлены доктором Ир. Люком Мартенсом из Exxon Chemical International, Inc. в Машелене, Бельгия.