Aplicação da Tecnologia de Adsorção de Gás na Caracterização de Catalisadores Ambientais（1）

Catalisadores ambientais são amplamente definidos como todos os catalisadores que podem melhorar a poluição ambiental. Nos últimos anos, a protecção ambiental tornou-se cada vez mais popular e a investigação e aplicação de catalisadores ambientais tornaram-se cada vez mais aprofundadas. Os catalisadores ambientais para processamento de diferentes reagentes possuem requisitos de desempenho correspondentes, entre os quais a área superficial específica e o tamanho dos poros são um dos índices importantes para caracterizar as propriedades dos catalisadores ambientais. É de grande importância o uso da tecnologia de adsorção de gás para caracterizar com precisão os parâmetros físicos, como a área superficial específica, o volume dos poros e a distribuição do tamanho dos poros dos catalisadores ambientais para a pesquisa e otimização de seu desempenho.

01Catalisador de proteção ambiental

Atualmente, as indústrias de refino de petróleo, química e de proteção ambiental são os principais campos de aplicação dos catalisadores. Catalisadores ambientais geralmente se referem aos catalisadores usados ​​para proteger e melhorar o meio ambiente circundante, tratando direta ou indiretamente substâncias tóxicas e perigosas, tornando-as inofensivas ou reduzindo-as. Em termos gerais, os catalisadores capazes de melhorar a poluição ambiental podem ser atribuídos à categoria de catalisadores ambientais . Os catalisadores ambientais podem ser divididos em catalisadores de tratamento de gases de escape, catalisadores de tratamento de águas residuais e outros catalisadores de acordo com a direção de aplicação, como catalisadores de peneira molecular que podem ser usados ​​para o tratamento de gases de escape como SO 2 , _NO X _, CO ₂ , e N ₂ O, carvão ativado que pode ser usado como um adsorvente típico para a adsorção de poluentes em fase líquida/gasosa, bem como fotocatalisadores semicondutores que podem degradar poluentes orgânicos, e assim por diante.

02 Análise e caracterização específica de superfície e tamanho de poros de catalisadores ambientais

A área superficial do catalisador é um dos índices importantes para caracterizar as propriedades do catalisador. A área superficial do catalisador pode ser dividida em área superficial externa e área superficial interna. Como a maior parte da área superficial do catalisador ambiental é a área superficial interna e o centro ativo é frequentemente distribuído na superfície interna, geralmente, quanto maior for a área superficial específica do catalisador ambiental, mais centros de ativação estarão na superfície, e o o catalisador tem uma forte capacidade de adsorção de reagentes, todos favoráveis ​​à atividade catalítica. Além disso, o tipo de estrutura dos poros tem grande influência na atividade, seletividade e resistência do catalisador. Antes que as moléculas reagentes sejam adsorvidas, elas devem se difundir através dos poros do catalisador para alcançar o centro ativo na superfície interna do catalisador, e esse processo de difusão está intimamente relacionado à estrutura dos poros do catalisador, e diferentes estruturas dos poros mostram diferentes leis de difusão e cinética de reação aparente, por exemplo, a forte seletividade dos catalisadores de peneira molecular se deve ao fato de que o tamanho do poro de seu poro só pode permitir que um certo tipo de molécula entre no poro até a superfície do catalisador e seja catalisado .

Portanto, é necessário caracterizar a área superficial específica, a distribuição do tamanho dos poros e outros parâmetros de desempenho dos catalisadores ambientais. Atualmente, a tecnologia de adsorção de gases é um dos métodos importantes para caracterizar as propriedades físicas dos materiais. Com base na análise de adsorção, a área de superfície específica, o volume de poros e a distribuição de tamanho de poros de catalisadores ambientais podem ser caracterizados com precisão, o que pode analisar ainda mais a atividade catalítica, seletividade, taxa de difusão de substâncias reativas, eficiência de reação, etc., e fornecer dados precisos. caracterização de catalisadores ambientais com melhor desempenho.

03 Casos de Aplicação de Área Superficial Específica e Distribuição de Tamanho de Poros na Caracterização de Catalisadores Ambientais

(1) Caracterização da área superficial específica e distribuição do tamanho dos poros de peneiras moleculares

Como representante do catalisador verde, o catalisador de peneira molecular possui estrutura de poros regular e uniforme, centro ácido forte e centro de atividade de oxidação-redução, grande área superficial específica e grupos funcionais ajustáveis, devido ao tamanho dos poros de diferentes ordens de grandeza, o que só permite moléculas com um diâmetro menor que o tamanho do poro para entrar, então a peneira molecular é um catalisador de alto desempenho e transportador de catalisador, e é amplamente utilizado como material de adsorção, material de troca iônica Eles são amplamente utilizados como materiais de adsorção, materiais de troca iônica e materiais catalíticos. O alto desempenho é o requisito e o objetivo mais básico do catalisador de peneira molecular para catálise. A atividade catalítica requer que a peneira molecular tenha grande área superficial específica, distribuição uniforme de poros e tamanho de poro ajustável. Os catalisadores de peneira molecular podem ser classificados em peneira molecular microporosa, peneira molecular mesoporosa, peneira molecular macroporosa e peneira molecular porosa de vários estágios de acordo com a classificação do tamanho dos poros, sob certas condições, peneira molecular porosa de vários estágios É vantajoso jogar a peneira molecular microporosa com boa estabilidade térmica e peneira molecular mesoporosa com difusividade molecular mais forte ao mesmo tempo.

O analisador microporoso de alto desempenho CIQTEK EASY-V foi usado para caracterizar a superfície específica e a distribuição do tamanho dos poros das peneiras moleculares. Antes do teste, as amostras foram desgaseificadas por aquecimento sob vácuo a 300°C durante 6 horas. Como mostrado na Fig. 1, a área superficial específica da amostra foi calculada como sendo 776,53 m ² /g pela equação BET multiponto, e a área microporosa da amostra foi ainda obtida como sendo 672,04 m ² /g, o a área superficial externa foi de 161,35 m2 ^/ g, e o volume microporoso foi de 0,108 ml/g pelo método t-plot, que mostrou que a área microporosa desta peneira molecular representava cerca de 86% da área superficial específica total. Além disso, a análise da curva de isoterma de adsorção-dessorção de N ₂  desta peneira molecular (Fig. 2, esquerda) revela que a isoterma de adsorção ocorre na adsorção microporosa quando a pressão relativa é pequena, e a quantidade de adsorção aumenta acentuadamente com o aumento da pressão relativa, e então a curva fica relativamente plana após atingir um determinado valor, o que indica que a amostra possui microporos abundantes. A caracterização da estrutura microporosa da peneira molecular é a principal direção da pesquisa quando a peneira molecular contém microporos abundantes. Através da análise do tamanho dos poros microporosos no painel direito da Fig. 2, a peneira molecular tem uma distribuição concentrada de tamanhos de poros microporosos em 0,47 nm[h1], e a distribuição do tamanho dos poros da peneira molecular afeta as características de adsorção, e o a caracterização dos tamanhos dos poros fornece uma base de referência para o direcionamento de sua aplicação no campo da catálise.

Fig. 1 Resultados do teste de área superficial específica (parte superior) e resultados do gráfico t (parte inferior) de amostras de peneira molecular

Fig.2 Perfis de isoterma de sorção e dessorção de N ₂ (parte superior) e perfis de distribuição de tamanho de poro SF (parte inferior) de amostras de peneira molecular

O analisador específico de superfície e tamanho de poros da série CIQTEK EASY-V adota o princípio de testes volumétricos estáticos, com operação totalmente automatizada, interface de operação amigável e fácil de aprender.