一種原位量熱池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種原位量熱池，它包括一個樣品杯和一個參比杯，由Inconel?600TM惰性不銹鋼構(gòu)成，在高溫氧化或者還原氣氛中不發(fā)生結(jié)構(gòu)變化。樣品杯用于放置樣品，參比杯置空或放置惰性材料如石英砂。量熱池頂部安置一個四通閥，通過四通閥切換通入不同的氣體對樣品進(jìn)行預(yù)處理或反應(yīng)，處理或反應(yīng)后切換該閥使樣品與外界氣體雜質(zhì)隔離，并且與熱流量熱儀和脈沖反應(yīng)系統(tǒng)相結(jié)合進(jìn)行量熱測量。本發(fā)明的原位量熱池能夠?qū)Ψ磻?yīng)進(jìn)行到不同階段催化劑活性中心數(shù)量、強(qiáng)度及分布進(jìn)行定量測量，也可對反應(yīng)過程中催化劑活性中心的變化進(jìn)行研究。
【專利說明】一種原位量熱池【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可適用于高溫氣-固相反應(yīng)過程國體樣品表面活性中心原位表征和研究的測量裝置，具體而言涉及一種原位量熱測量池。
【背景技術(shù)】
[0002]在多相催化反應(yīng)化學(xué)中，催化反應(yīng)是在催化劑表面活性中心上進(jìn)行的，因此，催化劑活性中心的表征很重要。盡管有許多現(xiàn)代物理和化學(xué)表征方法，例如XRD和TEM等，但在許多情況下，催化劑的活性中心仍然很難確定。在沒有對表面活性中心數(shù)目適當(dāng)?shù)亩棵枋鲋?，對不同催化劑上活性中心的反?yīng)性能進(jìn)行比較是困難的，這使得催化反應(yīng)數(shù)據(jù)往往不具備外延性。另一方面，多相催化包含了活性中心與反應(yīng)物之間特殊的相互作用，這種相互作用強(qiáng)度研究有助于理解催化劑活性中心的本質(zhì)。熱流量熱儀與真空系統(tǒng)相結(jié)合的吸附量熱技術(shù)是定量研究催化劑活性中心的有效手段。通過選擇合適的反應(yīng)物作為探針分子，吸附量熱技術(shù)能夠定量地給出催化劑活性中心的數(shù)量、強(qiáng)度及其分布。
[0003]然而，吸附量熱技術(shù)建立在真空靜態(tài)吸附的基礎(chǔ)上，不能對反應(yīng)條件下催化劑的活性中心進(jìn)行研究，許多的研究已經(jīng)表明，催化劑的活性中心在反應(yīng)條件下會發(fā)生改變，這種活性中心的變化和反應(yīng)活性的關(guān) 聯(lián)還不清楚。另外，如何在不改變活性中心本質(zhì)(例如:催化劑暴露空氣)的前提下，原位的表征活性中心也很重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種新的原位量熱池，它一方面能夠原位地測量催化反應(yīng)過程中，活性中心的數(shù)量、強(qiáng)度及其分布的變化；另一方面，通過脈沖反應(yīng)方式對催化劑活性中心的吸附、反應(yīng)過程進(jìn)行量熱研究，確定活性中心在反應(yīng)條件下的變化。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的原位量熱池，其包括:
[0006]一種原位量熱池,其包括:
[0007]四通閥、樣品杯和參比杯、二根套管，套管由二端開口的內(nèi)管和外管組成，內(nèi)管穿套于外管中，內(nèi)管的外徑小于外管的內(nèi)徑；
[0008]樣品杯和參比杯分別為上端設(shè)有開口的密閉腔體；
[0009]四通閥的第一個接口通過管路分別與二根套管的內(nèi)管一端相連接，四通閥的第二個接口通過管路分別與二根套管的外管一端相連接；
[0010]二根套管的外管的另一端分別與樣品杯和參比杯的開口端相連接，二根套管的內(nèi)管的另一端分別插入樣品杯和參比杯的底部。
[0011]所述的原位量熱池，樣品杯由InconeieOO?的惰性不銹鋼建造。
[0012]所述的原位量熱池，樣品杯和參比杯通過直通接頭與外管密封、并可拆卸連接。
[0013]所述的原位量熱池，樣品杯外套設(shè)有電爐，實(shí)現(xiàn)溫度程序控制。
[0014]由本發(fā)明提供的原位量熱池可以在不暴露于外界氣體雜質(zhì)的條件下，原位通入不同的氣體對樣品進(jìn)行處理或反應(yīng)，處理和反應(yīng)后的量熱池插入量熱儀并連結(jié)脈沖反應(yīng)系統(tǒng)(包含氣相色譜)對催化劑活性位進(jìn)行量熱和氣體吸附/反應(yīng)量測量。應(yīng)用該量熱池可以對反應(yīng)進(jìn)行到不同階段催化劑活性中心數(shù)量、強(qiáng)度及分布進(jìn)行定量測量，也可對反應(yīng)過程中催化劑活性中心的變化進(jìn)行研究。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1a為本發(fā)明原位量熱池的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖1b為本發(fā)明量熱池預(yù)處理樣品過程示意圖；
[0017]圖2為采用本發(fā)明的原位量熱池和公知技術(shù)測量的CO吸附量熱曲線比較；
[0018]圖3為采用本發(fā)明的原位量熱池與常規(guī)的反應(yīng)評價裝置測量的CO反應(yīng)活性；
[0019]圖4為采用本發(fā)明的原位量熱池測量的不同反應(yīng)階段活性位吸附性質(zhì)的對比；
[0020]圖5為采用本發(fā)明的原位量熱池測量CO-O2循環(huán)反應(yīng)條件下，催化劑活性中心的變化，(a) CO或O2反應(yīng)量;(b) CO2生成量;(C)反應(yīng)熱。
[0021]附圖中主要標(biāo)記說明:1.四通閥，2.直通接頭，3.樣品杯，4.樣品，5.石英砂，
6.參比杯,7.套管。
【具體實(shí)施方式】
[0022]圖1 (a、b)為本發(fā)明原位量熱池的整體結(jié)構(gòu)及樣品預(yù)處理過程示意圖。
[0023]一種原位量熱池，其包括:四通閥、樣品杯和參比杯、二根套管，套管由二端開口的內(nèi)管和外管組成，內(nèi)管穿套于外管中，內(nèi)管的外徑小于外管的內(nèi)徑；
[0024]樣品杯和參比杯分別為上端設(shè)有開口的密閉腔體；四通閥的第一個接口通過管路分別與二根套管的內(nèi)管一端相連接，四通閥的第二個接口通過管路分別與二根套管的外管一端相連接；二根套管的外管的另一端分別與樣品杯和參比杯的開口端相連接，二根套管的內(nèi)管的另一端分別插入樣品杯和參比杯的底部。
[0025]本發(fā)明的量熱池頂部是一個四通閥1，該四通閥通過套管7的內(nèi)管分別插入到樣品杯3和參比杯6的底部，通過四通閥I實(shí)現(xiàn)不同氣體的切換，氣體通過套管內(nèi)管經(jīng)過樣品，樣品杯外套電爐實(shí)現(xiàn)溫度程序控制，處理后的樣品通過四通閥切換進(jìn)行密封。樣品杯3和參比杯6是由InconeieOO?的惰性不銹鋼制造，在高溫氧化或還原氣氛下也能保持穩(wěn)定。其中樣品杯3中放置樣品，參比杯中置空或放置惰性的石英砂。樣品的更換通過可拆卸的直通接頭2進(jìn)行，接頭的球面密封可保證在測量過程中，整個測量池的密封性。
[0026]圖2為采用本發(fā)明的原位量熱池測量的CO吸附熱隨覆蓋度變化與常規(guī)的吸附量熱裝置得到的結(jié)果比較圖。
[0027]測試條件:0.1克5.5%Pt/Al203在550度下還原30分鐘后，降至室溫進(jìn)行CO吸附測試。
[0028]測試結(jié)果表明本發(fā)明的原位量熱池測量的吸附熱隨覆蓋度變化的曲線具有很好的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。
[0029]圖3為采用本發(fā)明的原位量熱池測量的CO轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化曲線與常規(guī)的石英反應(yīng)器測量結(jié)果的比較圖。
[0030]測試條件:0.1克5.5%Pt/Al203在550度下還原30分鐘后，降至室溫進(jìn)行CO氧化反應(yīng)測試，CO和O2的氣體流速為50ml/min，CO和O2的含量分別為1%，高純He為平衡氣。[0031]測試結(jié)果表明本發(fā)明的原位池的CO轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化趨勢與常規(guī)石英反應(yīng)器得到的結(jié)果基本一致，并且，空的原位池在200度以下沒有顯示明顯的CO轉(zhuǎn)化，表明此量熱池可用于原位檢測不同催化反應(yīng)階段活性位的性質(zhì)。
[0032]圖4為PVAl2O3在CO氧化反應(yīng)前后的CO吸附熱測量結(jié)果比較?？梢钥吹紺O氧化反應(yīng)后，CO在樣品上的吸附熱顯著下降，這說明在反應(yīng)過程中，PVAl2O3催化劑上的活性中心發(fā)生了明顯地改變。
[0033]圖5為CO-O2循環(huán)吸附的量熱結(jié)果。
[0034]測試條件:0.02克Au/Fe0x，40度下循環(huán)通入CO和02，同時測量釋放的熱量和CO和O2反應(yīng)量以及CO2生成量。
[0035]循環(huán)通入CO和O2，可以看到CO2能夠重復(fù)地產(chǎn)生，說明在此過程中，CO會與載體表面氧反應(yīng)使載體還原，隨后的氧吸附會重新使載體氧化，根據(jù)測量的熱量與Fe3O4氧化為Fe2O3的標(biāo)準(zhǔn)熱焓一致證明在此過程中，載體存在氧化-還原過程。這個結(jié)果表明通過本發(fā)明的量熱池可以從量熱的角度研究反應(yīng)過程中催化劑活性位的變化。
【權(quán)利要求】
1.一種原位量熱池，其包括: 四通閥(I)、樣品杯(3)和參比杯(6)、二根套管(7)，套管(7)由二端開口的內(nèi)管和外管組成，內(nèi)管穿套于外管中，內(nèi)管的外徑小于外管的內(nèi)徑； 樣品杯(3)和參比杯(6)分別為上端設(shè)有開口的密閉腔體； 四通閥(I)的第一個接口通過管路分別與二根套管(7)的內(nèi)管一端相連接，四通閥(I)的第二個接口通過管路分別與二根套管(7)的外管一端相連接； 二根套管(7)的外管的另一端分別與樣品杯(3)和參比杯(6)的開口端相連接，二根套管(7)的內(nèi)管的另一端分別插入樣品杯(3)和參比杯(6)的底部。
2.如權(quán)利要求1所述的原位量熱池，其中，樣品杯和參比杯由InconeieOO?的惰性不銹鋼建造。
3.如權(quán)利要求1所述的原位量熱池，其中，樣品杯和參比杯通過直通接頭(2)與外管密封、并可拆卸連接。
4.如權(quán)利要求1所述的原位量熱池，其中，樣品杯外套設(shè)有電爐，實(shí)現(xiàn)溫度程序控制。
【文檔編號】G01N25/22GK103529077SQ201210234046
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月6日
【發(fā)明者】李林, 王曉東, 張濤, 林堅(jiān), 王愛琴, 鄧顯洲 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所