一种催化剂表面布朗斯特酸性位点定量计算的方法技术

一种催化剂表面布朗斯特酸性位点定量计算的方法属于环境催化材料及能源催化材料领域。在150℃下气化异丙胺，以空气为载流气体使气态异丙胺以均匀流速流过固定质量的催化剂，待催化剂饱和后，即催化剂表面所有布朗斯特酸性位点都被异丙胺分子所占据，停止注射异丙胺。然后，以固定流速空气在150℃吹扫催化剂2h，清除弱吸附的异丙胺，只保留强吸附在布朗斯特酸性位点的异丙胺。将催化剂加热至380℃保温2h，吸附在布朗斯特酸性位点上的异丙胺发生分解反应生产氨气和异丙烯，生成的异丙烯保留在气相色谱仪的色谱柱内，最后运用火焰检测器测定生成的异丙烯的物质的量，从而得到催化剂表面布朗斯特酸性位点数量。本方法有数据可信度高，操作简单等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种催化剂表面布朗斯特酸性位点定量计算的方法
本专利技术属于环境催化和能源催化材料领域，具体为运用异丙胺作为标定试剂，运用气相色谱仪定量监测在布朗斯特酸性位所发生化学反应的产物，计算得到催化剂表面布朗斯特酸性位点数量。
技术介绍
根据酸碱质子理论，凡是能释放质子的分子或离子称为酸。当低价态的杂质原子取代占主要成分晶体结构骨架内的高价态原子时，此时价态不平衡，将有一个氢质子补充使电价达到平衡，该位点称为布朗斯特酸性位点。石油炼制和石油化工是催化剂最大的应用领域，在国民经济中占有重要地位。在石油炼制和石油化工中，酸催化剂占有重要的地位。布朗斯特酸能够催化烃类的裂化，芳烃和烯烃的烷基化，烯烃和二烯烃的齐聚、共聚和高聚，烯烃的水合制醇和醇的催化脱水等反应。在环境催化领域，含布朗斯特酸的催化剂通常应用于液体或气体废物的还原，例如在布朗斯特酸催化下运用氨气还原氮氧化物。为了研究不同组分催化剂的布朗斯特酸活性对某一特定化学反应的催化活性，需要用催化剂所有的布朗斯特酸数量对该反应产物生成速率进行标准化，即计算单位布朗斯特酸的催化活性。因此能够定量计算布朗斯特酸位点数量是催化反应动力学，热力学的研究基础，该方法为催化剂的成分，结构设计提供计算基础。目前常用的测定布朗斯特酸性位点的方法有两种。第一种运用傅里叶红外检测吸附在催化剂表面布朗斯特酸性位点的吡啶离子从而测定其酸性位点数目，该方法需要测定摩尔消光系数，其可变性较大，通常认为该方法为半定量分析。第二种为运用固体核磁对固定配位数的原子数量进行检测，该方法局限于只能对特定原子酸性位点进行检测，例如三价铝取代骨架内四价硅。本方法的主要原理是运用一个异丙胺分子选择性吸附在催化剂表面一个布朗斯特酸性位点，并且只有温度到达380℃时发生分解反应生成氨气和异丙烯，如下图1所示。异丙烯作为标定物质的优势在于，其气化温度较低，并且其分解反应是可控的，这样就可以使催化剂表面布朗斯特酸性位点全部被异丙烯所吸附占据后，在进行分解反应从而对生成物进行检测，保证了较高的精准度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种计算催化剂表面布朗斯特酸性位点数量的方法。将30-50mg催化剂置于上下两层石英棉之间并放置于气相色谱仪的气化室；在150℃下150ml/min空气流下，注射6次液态异丙胺，每次5微升；被气化的异丙胺将吸附于催化剂布朗斯特酸性位点；随后在150℃下150ml/min空气流下吹扫催化剂2h以清除弱吸附异丙胺，只保留强吸附在布朗斯特酸性位点的异丙胺；然后以10℃/min升温催化剂温度至380℃保温1h，将温度到达380℃吸附于布朗斯特酸性位点的异丙胺将发生分解反应生成异丙烯和氨气；与此同时，温度控制为25℃以贮存布朗斯特酸性位点上分解所生成的所有异丙烯；以10℃/min升温气相色谱仪的色谱柱至200℃，在此升温过程中，所生成的异丙烯将一起从色谱柱中排出，被火焰检测器所检测；通过对不同物质的量的异丙烯在气相色谱仪中所对应的峰面积进行标准化测试，运用所得标准化线性关系转换布朗斯特酸性位点测试实验所得谱图峰面积，最终得到催化剂表面分解生成的异丙烯物质的量，该数值等于催化剂表面的布朗斯特酸性位点数量。将催化剂放置气相色谱仪气化室样品管内，并在催化剂上下面分别放置石英棉。上层石英棉用于分散气态异丙胺，以使气化的异丙胺能够均匀的吸附在测试催化剂表面上，下层石英棉用于支撑催化剂。样品管选用aglient5190型号。样品管内催化剂的放置如下图2所示。将待测试催化剂放置在380℃气化室1小时，清除催化剂表面的吸附水，释放出所有的布朗斯特酸性位点。选择该型号的原因为其管底部为锥形具有分散功能，可以使生成的异丙烯均匀的进入色谱柱，提高色谱柱对异丙烯的贮存能力。在150ml/min空气流下，用微量注射器每次注射5微升异丙胺，注射6次。根据理论计算该数量足以使各种催化剂表面所有布朗斯特酸性位点被异丙胺所占据。随后以固定流速空气在150℃吹扫催化剂2h，清除弱吸附的异丙胺，只保留强吸附在布朗斯特酸性位点的异丙胺。该步骤是精确计算酸性位点数量的重要前提。该方法最重要的部分为贮存催化剂表面生成的异丙烯。因为异丙烯分子量极小，贮存极其困难。为此我们尝试了多种气相色谱柱，最终选择出aglient公司的HP-Q04型号气相色谱柱。该色谱柱能在25℃下贮存异丙烯1h左右。因为异丙胺在布朗斯特酸性位点上的分解反应属于一级反应，反应初期反应速率较大，其后反应量较少。因此该色谱柱1h的贮存时间足够拖延至所有吸附态的异丙胺全部分解，使得全部所生成异丙烯全部能够贮存在该色谱柱内。该色谱柱的选择，色谱柱控温，及贮存时间是该方法能够准确定量计算所有布朗斯特酸性位点的关键。随后以10℃/min速率将催化剂升温至380℃并在该温度下保持1h。在催化剂温度保持在380℃的时间内，色谱柱温度保持为25℃。在这1h内，吸附在布朗斯特酸性位点的异丙胺分解所生成的异丙烯将被贮存在色谱柱内。随后以10℃/min升温色谱柱至200℃，其所贮存的异丙烯将被释放，运用火焰检测器检测，其谱图峰面积指示了生成的异丙烯的物质的量。在不同时间气化室和色谱柱的温度控制及时间控制是该方法的关键。图2展示了该方法不同时间下气化室及色谱柱温度变化。附图说明图1.异丙胺在布朗斯特酸性位点的分解机理图2.在气相色谱法各阶段气化室和色谱柱温度变化具体实施方式进一步，对不同物质的量的异丙烯在气相色谱仪中所对应的峰面积进行标准化测试。注射不同体积的异丙烯，所对应的物质的量和被气相色谱仪所检测的峰面积如下表1所示。所得到的标准化线性关系如下表1所示。异丙烯(μL)异丙烯(n)峰面积502.04484E-06104661004.08969E-06210561506.13453E-06320362008.17938E-06401572501.02242E-0552325本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种催化剂表面布朗斯特酸性位点定量计算的方法，其特征在于步骤如下：将30‑50mg催化剂置于上下两层石英棉之间并放置于气相色谱仪的气化室；在150℃下150ml/min空气流下，注射6次液态异丙胺，每次5微升；被气化的异丙胺将吸附于催化剂布朗斯特酸性位点；随后在150℃下150ml/min空气流下吹扫催化剂2h以清除弱吸附异丙胺，只保留强吸附在布朗斯特酸性位点的异丙胺；然后以10℃/min升温催化剂温度至380℃保温1h，将温度到达380℃吸附于布朗斯特酸性位点的异丙胺将发生分解反应生成异丙烯和氨气；与此同时，温度控制为25℃以贮存布朗斯特酸性位点上分解所生成的所有异丙烯；以10℃/min升温气相色谱仪的色谱柱至200℃，在此升温过程中，所生成的异丙烯将一起从色谱柱中排出，被火焰检测器所检测；通过对不同物质的量的异丙烯在气相色谱仪中所对应的峰面积进行标准化测试，运用所得标准化线性关系转换布朗斯特酸性位点测试实验所得谱图峰面积，最终得到催化剂表面分解生成的异丙烯物质的量，该数值等于催化剂表面的布朗斯特酸性位点数量。

【技术特征摘要】
1.一种催化剂表面布朗斯特酸性位点定量计算的方法，其特征在于步骤如下：将30-50mg催化剂置于上下两层石英棉之间并放置于气相色谱仪的气化室；在150℃下150ml/min空气流下，注射6次液态异丙胺，每次5微升；被气化的异丙胺将吸附于催化剂布朗斯特酸性位点；随后在150℃下150ml/min空气流下吹扫催化剂2h以清除弱吸附异丙胺，只保留强吸附在布朗斯特酸性位点的异丙胺；然后以10℃/min升温催化剂温度至380℃保温1h，将温度到达380℃吸附于布朗斯特酸性位点的异丙胺将发生分解反应生成异丙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔素萍，隗陆，郭红霞，马晓宇，王亚丽，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11