康塔化学吸附仪操作规程

Autosorb-IQ ——气体吸附测量技术的革命性进展 　　Autosorb-IQ是一种全新的、高精度、多功能型气体吸附分析仪，可最多同时进行两个样品的超低压微孔物理吸附测定。 　　长达90小时以上的杜瓦瓶连续使用时间。分析站具有静、动态化学吸附测试功能(自带程序升温炉和强制风冷系统)。 　　可加装蒸汽发生装置具备蒸汽吸附功能。内置脱气站具有程序控制升温速率/持续时间/自校正功能方案，配置独立低温冷阱，可加装涡轮分子泵(选件)实现高真空脱气处理。 　　Autosorb-IQ的构造以及它的升级功能使它成为现今最先进的物理化学分析仪。 Autosorb-IQ的类型 1. Autosorb-IQ –AG（基本型） 基本型Autosorb-IQ适用于高分辨率，高精度的物理吸附研究，可使用任何非腐蚀性气体，内含1000 torr高精度压力传感器和二阶机械真空泵。具有超低压微孔分析和化学吸附的扩展能力。 2. Autosorb-IQ-MP（微孔型） 微孔型Autosorb-IQ-MP拥有1000、10、1torr的高精度压力传感器和高真空涡轮分子泵系统，具有IQ-AG的全部功能以及超低压微孔分析功能，并具备化学吸附的扩展能力，可加装第二套分析站系统。 3. Autosorb-IQ-Chemi（化学吸附型） 针对化学催化剂的特征，化学吸附型Autosorb-IQ具有IQ-AG和IQ-MP的全部分析功能，并具备静、动态化学吸附功能，可加装第二套分析站系统。

摘自石油化工科学研究院《色谱法多功能催化研究装置》 在以往工作的基础上，提出了用气象色谱（GC）对催化反应、化学吸附和气体扩散进行联合研究的设计，建立了相应的装置，并拟投入定型化仪器生产。根据要求，可以使用脉冲法、连续流动法、迎头法，以及程序升温脱附技术，在一套设备上逐个测定催化剂的反应速度、金属分散性或其它活性中心、表面酸碱度和质量传递性能等，以便参照催化全过程的多种原位数据，有效地改进催化剂的活性、选择性及寿命。一、序言 在多相催化中，由于反应体系的复杂性，使得再解释催化活性及其机理上遇到了困难，因而妨碍了对特定化学过程最佳催化剂的选择。在近代，虽然有着各种能谱，光谱，磁学方法，场发射技术等应用于催化精细结构的研究，但由于各自在仪器和理论方面的限制，它们存在以下主要缺点：1、由于价格昂贵，不是所有的研究者都能得到所希望的仪器设备；2、由于催化材料的多样性，不是每种仪器都能获得所希望的数据；3、多数物理方法在“非原位“条件下所得到的数据，很难与催化行为直接关联。 近十多年来，随着色谱理论和技术的日臻成熟，并且由于它没有以上缺点和具有简便、快速、定量准确等优点，因而在催化研究中得到了广泛的应用。则是在接近于反应的条件下，研究固体催化剂的大多数表面化学性质，并在同时测定他们的催化性能，以便关联这些数据，加深对某特定过程催化作用本质的了解，并控制它的最佳催化剂的选择。为此，在综合以前工作的基础上，笔者提出了利用气相色谱技术，对催化行为进行联合研究的设计，并建立了可以作为定型化仪器的示范装置。现将该方法的基本原理和操作要点介绍如下。二、在催化研究中的应用GC技术通常按两种方式用在催化研究中，一种是将催化剂直接填充在色谱柱中，另一种是附加一个微型反应器与GC。用此可以测定物理表面积，传递参数，化学吸附和表面行为，反应速度等催化过程所需要的几乎全部数据。由于使用物理吸附法进行总表面积和孔分布的测定熟为人知，因而将不予涉及。在此，仅介绍笔者及其同事曾经进行和较感兴趣的几个方面。应用GC技术研制的程序升温化学吸附仪PCA-1000系列可进行以下催化剂性能分析：1. 催化剂活性表面积或金属分散性 催化剂的活性表面积仅占物理总表面积的一小部分。这一数据对于考虑催化反应的结构敏感性行为和计算转换数是不必可少的。通常，它也可以用在催化剂上的活性中心数目来表示。并且，通过用用脉冲色谱技术测定不可逆化学吸附，能够获得这一结果。金属和负载的金属催化剂，是研究的最多的对象。我们曾对重整过程中的各种催化剂和双金属催化剂进行研究。吸附质可以使用氢气、氧气、一氧化碳等。最优越的是化学吸附氧的氢脉冲滴定法。吸附体积的测量，按催化剂上消耗的吸附质数量来计算2. 程序升温脱附（TPD）技术 当吸附的质点被提供的热能活化，以至能够克服为了它的逸出所需越过的势垒时，便产生脱附。由于脱附速度随着温度的升高而指数地增加，同时，又因覆盖度的减小而减小，因此，正比于脱附物质浓度的信号，即脱附速度曲线呈TPD谱。 我们曾用氢气的TPD法，对国内外工业和实验室重整催化剂，发现在以Pt为主要组分，以氧化铝为载体的单、多金属催化剂上，存在着两类主要的活性中心。其低能中心是Pt的某种结构所特有的，它主要与加氢-脱氢反应活性有关；而第二或第三组元的引入，则只改变了高能中心的结构特征，它主要与异构化和环化反应有关。两类中心的相对数量和谱图的形状，决定着各基元反应的选择性；而催化剂的稳定性，则可由谱图的值估价。由此向我们提供了改进催化剂活性、选择性，以及使用寿命的方向。3. 固体材料表面酸碱性能的研究 在多相酸碱催化或双功能催化反应中，催化剂或者在体表面的酸碱度、酸碱中心类型，以及强度，对其活性、选择性、甚至寿命，都有着十分重要的作用。田部浩三曾系统的介绍了这一催化现象和对其进行实验测定的各种方法。特别是应用GC技术的气相酸碱物质的化学吸附法，在快速、准确、简便等方面，具有明显的优越性。 例如，当气体碱在酸性中心上吸附时，与强酸的结合将较在弱酸中心上更稳定，因此，随着温度的上升，吸附在后者上的碱性物质将优先的因热能激发而逸出。于是，在各种温度下逸出的吸附碱的份数，能够作为酸强度的量度；而从气相中所吸附的碱量，则作为表面酸度的量度；如果选择适当的吸附质，也有可能对表面Bronsted酸和 Lewis酸中心加以区分。4. 微型催化反应器技术 将微型催化反应器与GC相结合，提供了一个节省催化反应性能、动力学参数。特别是研究起始速度。中毒效应、催化剂失活等缓慢现象的手段。而且，它也容许方便地获得有关反应机律的情报。 笔者所给出的这种实验设计，可以按两种方式操作：一种是所谓的尾气技术，它与一般的连续流动法没有什么区别；一种是脉冲技术，它更能体现出GC法的优点。特别适合于在各种条件之下快速筛选和评价催化剂的情形。结合选择加氢催化剂的研制，我们曾有效地使用了环己烯、噻吩、异戊二烯模型化合物的微型脉冲催化反应研究法。考察了在许多催化剂上的活性、选择性，以及在某些工业催化剂上的吸附竞争性、反应机理，并计算了主要过程的反应活化能。在本文报道的装置上，还用类似方法研究了环戊二烯在各种类型催化剂上的选择加氢行为。 在非稳态脉冲条件下反应动力学的理论研究指出，只有在一级反应的情形中，或者在脉冲宽度远大于床层高度的条件之下，才能得到与连续流动法反应一致的结果。因此在进行动力学测量时，仔细的把握这一条件是十分重要的。5. 催化剂有效扩散系数的测定 质量传递作用，即扩散效应在使用多孔固体催化剂的工业过程中，对于产品的生产率有着巨大的影响。因此关于催化剂有效扩散性的测定是十分重要的。利用我们给出的装置，还可以按照另外一种途径进行这方面的研究。方法的基本点是在各种流速上，用测定非化学作用气体脉冲加宽的办法，来计算有效扩散系数。

iChem 700全自动程序升温化学吸附仪可用于对催化剂材料进行TPD、TPR、TPO、TPRx、脉冲化学吸附、催化剂处理、脉冲校准和动态BET比表面分析等，以对催化剂材料的酸碱度、酸碱分布、活性金属分散度、金属与载体的相互作用等进行分析，此外，可配置在线色谱仪以连续对TPRx产物进行定性和定量监测以及对脱附气体的浓度的检测。 主机具体配置： l 高温加热炉：温度可至1200℃，并有良好的升温速率和保温效果。冲温小于2-3℃，恒温波动小于1℃。l 3个独立的气源：载气，处理气，分析气。l 6个高精度的质量流量计MFC：流量间隔可以在0-100sccm（标准），其他范围可根据用户要求制造。l 15个气体进气口：载气，处理气和分析气各有5个进气口，共15个进气口。 l TCD热导池检测器：热导检测器最高恒温200℃，恒温波动小于0.5℃。用于测量气体的吸附量，采用四臂热导池具有四根相同的金/钨丝，具有良好的稳定性、精度、线性度、敏感性，最大限度地满足试验灵敏度和化学兼容性。l 冷阱：仪器下游配置一个装满干燥剂的陷阱防止样品在TCD前冷凝。冷阱上配备自动升降电梯，在需要冷阱工作的时候电梯会根据软件设定的信号指示自动升降。l 4个电磁六通阀：用于切换气路走向，切换过程中不会产生热电，确保系统中的气体恒温。l LOOP环（分析）可供选择：14种LOOP可供选择，仪器标配三种LOOP环（35微升， 500微升， 1毫升）l 饱和蒸汽瓶：可进行蒸汽吸附分析，且仪器内部整体保温，确保蒸汽不会冷凝。蒸汽发生器最高恒温150℃，恒温波动小于0.5℃。l 降温组件：炉底装配电动风扇的方式进行炉体半开启状态风冷技术，风扇转速可根据降温信号程序控制。使得降温更迅速，减少了两次实验之间的间隔时间。l iChem 700全自动化学吸附仪后可连接质谱仪MS、气相色谱仪GC、火焰离子检测器FID，红外光谱IR等，可将数据导入EXCEL等数据处理软件，同步温度信号频率。 软件部分：iChem 700的操作软件是由计算机控制的多功能全自动化软件。安全级别高，智能化程度高，实现真正的全自动化运行。仪器即可以在手动模式下运行也可以全自动化运行，手动模式下可以很快的检测仪器给部件的操作性和稳定性，软件界面可以实时的显示温度值，阀门的切换位置，气流的走向，TCD检测器的稳定和电压值，基线的稳定性，程序升温的线性状态，质量流量计的流速，相关数据的采集，以及和质谱联用时，质谱的控制和信号的同步触发。数据处理功能强大，可以对峰进行编辑和分峰处理，显示峰值温度，计算峰面积，积分和数据平滑处理等，并能手动标注相关数据。自动保存运行日志和实验数据；多视角窗口同时显示（当前测试页面图谱实时绘制、查看以往测试图谱、多图谱同时比较）。创新点：iChem 700全自动程序升温化学吸附仪可用于对催化剂材料进行TPD、TPR、TPO、TPRx、脉冲化学吸附、催化剂处理、脉冲校准和动态BET比表面分析等，以对催化剂材料的酸碱度、酸碱分布、活性金属分散度、金属与载体的相互作用等进行分析，此外，可配置在线色谱仪以连续对TPRx产物进行定性和定量监测以及对脱附气体的浓度的检测。 理化联科iChem 700全自动程序升温化学吸附仪