催化剂活性评价

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1、铈锰复合氧化物催化剂的活性评价中国科学技术大学地球与空间科学学院摘要：本实验制备了不同配比的铈锰复合氧化物催化剂，采用差热分析、BET色谱和气相色谱等仪器分析方法，对所制得的催化剂进行了热分解温度、比表面积、催化活性等物理化学参数的测定。并研究了使用该催化剂对乙烯催化的效果。关键字铈锰催化剂比表面积催化1实验原理通过加入适当的催化剂，改变原来的反应历程，可以使很多由于活化能过高而在一般条件下难以进行的反应发生。本实验用铈锰催化剂乙烯氧化燃烧反应为例对催化剂活性以及。反应化学方程式：C2H4+3O2→2CO2+2H2O在不太高的反应温度下，乙

2、烯和空气混合后能稳定存在。当反应混合气经过铈锰复合氧化物催化剂床层时，改变了原来不能进行的直接反应机理。通过反应物向催化剂表面扩散，化学吸附活化，表面反应，然后产物脱附，扩散回气相等历程而完成。1.1差热分析法差热分析是在程序控温下测量样品和参比物（在测量温度范围内不发生任何热效应的物质）之间的温度差与温度关系的一种技术。在实验的过程中，可将试样与参比物的温差作为温度或时间的函数连续记录下来：ΔT=f（Tort）本实验的参比物是活性氧化铝颗粒；实验目的是通过差热分析确定硝酸盐的分解温度，从而在该温度下进行催化剂的烧结，在载体上得到铈、锰的氧

3、化物。1.2BET色谱法1克质量的多孔固体所具有的总表面积（包括外表面积和内表面积）定义为2比表面积，以m/g表示。在气固多相催化反应的机理研究中，大量的事实证明气固多相催化反应是在固体催化剂表面上进行的。某些催化剂的活性与其比表面有一定的关系，因此测定固体的比表面对多相反应机理的研究有着重要意义。测定多孔固体比表面的方法很多，其中BET气相吸附色谱法是比较有效、准确的方法。BET吸附理论的基本假设是：在物理吸附中，吸附质和吸附剂之间的作用力是范德华力，而吸附分子之间的作用力也是范德华力。当气相中的吸附质分子被吸附在多孔固体表面上之后，它们

4、还可能从气相中吸附同类分子，吸附是多层的，但同一层吸附分子之间无相互作用；吸附平衡是吸附和解吸附的动态平衡，第二层及其以后各层的吸附热等于气体的液化热。根据这个假设推导得到BET方程如下：pN/pS1C−1pN2=+i2V(1−p/p)VCVCpdN2SmmSPN2——混合气体中氮的分压PS——吸附温度下氮的饱和蒸气压Vm——饱和吸附量（标准态）C——与吸附热及凝聚热有关的常数Vd——不同分压下的吸附量（标准态）pN2实验中测量并换算出不同条件下的饱和吸附量Vd，然后即可以pSpN2/pSpN2C−11对做线性拟合，所得直线的斜率k=，截距

5、b=。由V(1−p/p)pVCVCdN2SSmmC−1111此k+b=+=，也就是Vm=，这是所吸附的氮气在标准状态下的体VCVCVkb+mmm积。而标况下每毫升氮分子以单分子层紧密排列所能覆盖的面积为23−206.02210××16.210×2∑==4.36(m/mL)。由此，固体的比表面积可表示为322.410×Vm2pN2S=4.36(m/)g，其中W为固体样品的质量。上述线性拟合所需的数据和0WpSVd均须由实验测得的数据计算出。RR−RPR−RP取实验时的大气压P代替，而P=N2p=CH2p⇒N2=CH2；S0N200RRPRCC

6、SC不同分压下的吸附量（标准态）Vd=K·RC·Ad1.3催化剂在不同温度下活性的测定本实验在不同温度下用制得的催化剂在连续流动反应器中催化甲苯的氧化反应，并用气相色谱法测定甲苯的剩余比例，以此计算出不同温度下甲苯催化氧化反应的转化率，从而作出“转化率-温度”曲线并评价不同温度下的活性。在操作条件特别是气体流速不变的前提下，气相色谱峰面积正比于流经氢火焰检测器的混合气中甲苯的含量，因此可以将“不流经反应器的混合气”的峰面积作为基准100%，测定“流经反应器的反应尾气”的峰面积而得到尾气中甲苯的剩余比例y，则1-y=x即是转化率。2仪器与试剂

7、1.1仪器研钵，分选筛；10mL量筒，移液管，洗耳球；烧杯，玻璃棒，干燥器；坩埚，高温烘箱；秒表。BP310P电子天平Sartorius牌AI-808人工智能温度控制仪厦门宇光电子技术有限公司CRY-1差热分析仪器上海精密科学仪器有限公司N-2010双通道色谱工作站浙江大学智能信息工程研究所GC-9790A气相色谱仪温岭福立分析仪器有限公司ST-03表面孔径测定仪1.2试剂活性氧化铝；液氮，蒸馏水；氢气，氮气，空气，乙烯。50%Mn(NO3)2溶液（化学纯）Ce(NO3)3·6H2O（化学纯）3实验过程3.1催化剂制备（铈锰比0.5）将Ce

8、(NO3)3晶体溶解于50%Mn(NO3)2溶液并浸渍于Al2O3载体上。放入烘箱于100℃下烘干至无粘连。取少量催化剂进行差热分析。然后将催化剂放入马福炉中由室温升至350℃恒