催化剂宏观物性及其测定(论文资料)

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1、6.2催化剂宏观物性及其测定宏观物性：组成催化剂的备粒子或粒子聚集体的人小、形状与孔隙结构所构成的体积、形状及大小分布的特点，以及与此有关的传递特性及机械强度等。了解和测定宏观物性的重要性：宏观物性对降低催化剂装运过程中的损耗，满足各类反应器操作屮流体力学因素的要求十分重要，且氏接影响催化反应的动力学过程。6.2.1催化剂的表面积及其测定1.表面积与活性-般地，表面积愈大，催化剂的活性愈高。某些情况下，活性与比表面积成正比关系(例,硅酸铝催化剂上进行的坯类裂解。)催化剂表血•积测定的重要性，探寻催化剂活性改变

2、的原因，以便开发或改进催化剂。2.比表面测定原理比表面测定方法很多，各有优缺点。常用吸附法：化学吸附法及物理吸附法。前者是通过吸附质对多组分固体催化剂进行选择吸附而测定各组分的表面枳;后者是通过吸附质进行非选择性吸附來测定比表面积。物理吸附法乂分为BET法及气相色谱法两类，两类测定法原理均以BET公式为基础。原理如下：1)实验求出吸附等温线(P—V数据)2)在相对压力(P/Po)0.05-0.35范围内，以令諾丙为纵坐标，以P/P。为横处标作图，得BET方程的直线图象。3)利用BET方程：表示在吸附物正常沸点

3、附近的吸附等温线为丄—=3.上+丄v(/VP)心vmc(Brunaucr,Emmett,Teller提出)式中，V—平衡吸附量ml(标准态)或吨Vm—形成单分子层时的吸附量P—平衡压力mmHg求得P°—实验温度下，吸附质饱和蒸汽压C—给定物系，给定温度下的常数NmVm?匕=斜率+截距•4)求出单分子层中吸附质的分子数二方紛xN°(Vm为体积)No—阿佛加徳罗常数6.02X1023分子/克分子或,5)N”严洛xN()(Vni^®»M—吸附质分了蜃(mg)表面积S=NniXAA-吸附质分子的截而积尺比表而积：Sg

4、二如譽二(m2/g)G—催化剂试样重量(g)该法常用氮、叩醇、苯、正丁烷等为吸附质，它们的分了截面积如下：氏014.&N216.2,CH3OII25,n-CiHio56.6,C6H640(*)。也可用下式计算分子截而积：A尸4X0.866X［松］%式中，M—吸附质分子量d—吸附质在实验温度下密度(液化或固化吸附质)3.比表面积的试验测定a)容量法一种经典测定方法，根据吸附前后系统中气体体积的改变來计算吸附量，即测定已进入装置的气体体积和平衡时残超在空间的气体体积Z差，通过气体方程式的计算1佃求得吸附量。测定装

5、置需要一套复朵的真空吸附装置，且经常接触水银，操作和计算也很繁琐。a)重量法与容量法类似，不同之处在于吸附量是在改变压力下，由石英弹簧称吊挂的样品因吸附前后重量变化所引起弹簧伸长而计算得出的。这种方法仍需要真空装置，其准确度要比容罐法小得多。上述两种方法由于其不足，在使用上受到限制。故在此仅介绍目前国内外发展较快的下述方法。b)流动吸附色谱法流动吸附色谱法测定比表面积的简易流程示意如图6.6o其测定原理仍是以BET公式为基础。测定时所用流动的气体是一种吸附质和一种惰性气体的混合物，最适合的是以N?作吸附质，惰

6、性气体He作载气。以一定比例的N?、He混合物通过样品，其流出部分用热导池及记录仪检知。当样品放入液氮中时，样品对混合气中的N?发生物理吸附，而He则不会吸附，这时记录纸上指示一个吸附峰。如果将液氮移去，N2就又从样品上脱附出来,因此在记录纸上出现一个与吸附峰相反方向的脱附峰，如图6.7所示。于是，按照一般色谱定量方法，在混合气中注入一定休积的纯N2进行校正，就可计算得到在此N2分压下样品的吸附量。改变2、He的组成就可以测岀几个不同2分压下的吸附量，代入BET分式示，图6-7吸附一•脱附色谱峰示意图A阱晶即

7、可计算出样品的比表面积。图6-6色谱法测定比农面积装置V,＞也一针形阀；Vl三通活塞；血、M?一流量计；T—热导池；R—•搅拌器。计算表面积需要数据如2W—抽气后的催化剂的重量，(Q；f—换算因子，(ml/峰面积cm)Pa—大气压，(Pa)；P—氮气饱和蒸汽压；Vr—总流速,(ml/min)；Vue—氮气流速,(ml/min)；7N、—氮气流速，(ml/min),VN^=VT-Vne；A测一测出峰面积，(cm2)；A校一校正过的峰面积(cm2)二A测X鸯(50表示载气流速为50ml/min)；V—被吸附氮气的

8、体积(ml),V=A«Xf；P—氮气分压P/P°—氮的相对压力。然后以P/V(Po-P)P/P。作图,用BET公式计算表面积。6.2.2催化剂的孔结构及其测定催化剂的孔结构不仅直接影响反应速率，对催化剂的选择性、寿命和机械强度也有很人影响1、孔结构和活性及选择的关系化学反应在动力学区进行时，催化剂的活性与选择性和孔结构无关，但当反应分子市颗粒外部向内表面扩散或反应产物逆向扩散受到阻碍时，催化剂的活性