兼具小气载吸附、快速换样和全面温控的程序升温脱附谱装置

程序升温脱附谱技术能定量识别表面物种和测量脱附动力学,因此被广泛应用于多相催化和表面科学研究.对于高效率和高质量的程序升温脱附谱实验而言,减小吸附过程中的气载并在不破坏超高真空条件下完成样品更换以及实现对样品全方位的温度控制是至关重要的.然而,现有的表面科学程序升温脱附谱装置通常无法同时满足这些条件。鉴于此,本文搭建了一台可实现小气载进样、快速换样以及全面温控的程序升温脱附谱装置。使用自动控制的基于微毛细管阵列的溢流分子束给样器,制备分子吸附的表面,让气体的进样更加精准并大幅减小了气载。借助液氮传输线并优化样品台处的热接触和热偶连接方式,使得这台程序升温脱附谱装置同时具备了快速换样、精准测温、快速降温以及稳定线性升温等功能。通过测量水从高定向热解石墨和TiO_(2)(110)表面的脱附特征以及甲氧基阴离子在TiO_(2)(110)表面的光催化氧化反应,证实了该程序升温脱附谱装置在测量脱附动力学参数、定量识别表面吸附物种和吸附位点以及分析表面光化学反应等方面的性能,本工作将为研究人员设计高效率和高质量的程序升温脱附谱装置提供宝贵的经验和思路。

常压等离子体还原的Ni/-γAl_2O_3催化剂的程序升温脱附研究

用程序升温脱附(TPD)手段考察了常规焙烧还原(GR)、焙烧后等离子体还原(PR)、未焙烧等离子体直接还原(PDR)三种方法制备的Ni/-γAl2O3催化剂的H2和CO2的吸附-脱附性能,并用X射线衍射和N2吸附方法进行了表征.结果表明,H2的化学吸附发生在活性组分Ni上,而CO2的化学吸附则主要发生在Al2O3载体的强碱性中心.等离子体还原(PR、PDR)的催化剂对H2和CO2的化学吸附量大大增加,且H2的脱附温度分别降低了55和69℃.以H2的化学吸附量为基础计算得到PR和PDR催化剂的分散度分别为32%和58%,分别是GR催化剂的1.23和2.23倍.等离子体还原的催化剂的典型特征是具有良好的分散性、更多的强碱中心以及较低的H2脱附温度.造成这些特征的原因是等离子体使催化剂在较低的温度和较短的时间内还原,最大程度地保持了载体的比表面积,改善了活性组分的分散度.

最小二乘法计算苯、噻吩和正辛烷在NaY上程序升温脱附活化能

采用程序升温脱附(TPD)技术测定了苯、噻吩和正辛烷在NaY上以不同升温速率升温时的TPD谱图.利用TPD谱图的峰形和其微分曲线判断了程序升温脱附过程中的脱附级数.提出了一种利用最小二乘法计算吸附剂/催化剂的脱附活化能及其动力学参数的方法.以这些TPD谱图为基础,分别采用传统TPD计算模型、最小二乘法以及一阶微分曲线法计算了苯、噻吩和正辛烷在NaY上的脱附活化能和动力学参数.结果表明,最小二乘法对在不同线性升温速率时的程序升温脱附活化能的计算结果是一致的.

色谱柱程序升温脱附法分离氢同位素

采用程序升温脱附法在自行研制的大型气相色谱柱上进行了氢同位素的分离,包括氕-氘体系的半饱和实验、全饱和实验和低丰度样品的浓缩实验。实验结果表明该分离方法分离效率高、处理容量大。氘浓度为0.1%的样品混合气经色谱柱分离后得到氘浓度为30%的产品,贫化部分氘浓度小于10-5;氘浓度为10%的样品混合气分离后得到氘浓度大于90%的产品;对氕-氘混合气的处理容量达到70m3/d。

碱性探针分子在固体超强酸上的程序升温脱附研究

采用ＴＣＤ和ＦＩＤ色谱检测器，对固体超强酸上吡啶、苯和甲苯的程序升温脱附过程进行了研究，并对液氮温度下收集的脱附产物进行了色谱－质谱分析．结果表明，吡啶、苯和甲苯等探针分子在固体超强酸上发生氧化反应，生成ＣＯ_２和ＳＯ_２，程序升温脱附数据与样品的酸性和正丁烷异构化反应活性之间并无对应关系．

程序升温脱附活化能估算新模型

以吸附过程本征动力学模型为基础，提出了一种新的TPD非线性活化能估算模型．与经典TPD模型相比，这种新的TPD理论模型考虑了脱附过程中存在的吸附质分子再吸附现象的影响，更接近实际的脱附过程．采用TPD实验技术测定了二苯并呋喃在Norit RB1、Monolith和Chemviron3种活性炭上、不同升温速率下的程序升温脱附图谱．以这些TPD图谱为基础，分别采用经典TPD模型和TPD非线性模型计算了二苯并呋喃在3种活性炭上的脱附活化能．结果表明，经典TPD模型所估算出来的二苯并呋喃的活化能要偏高TPD非线性模型估算结果约8％～12％，脱附过程中存在吸附质分子再吸附现象对脱附活化能有较大的影响．

固体酸催化剂程序升温脱附动力学模拟

在确定程序升温脱附动力学模型的基础上,通过固体酸催化剂的程序升温脱附(TPD)实验和模型参数估值,建立了用 1 组程序升温脱附实验数据表征催化剂表面酸密度、酸强度及酸强度分布的动力学模拟新方法。研究结果表明,所表征分子筛固体酸催化剂的正丙胺 TPD 过程符合 2 级脱附规律;随着程序升温速率的提高,催化剂的脱附活化能与频率因子均连续增大。催化剂的酸性与活化温度的关联结果表明,随着活化温度的提高,该分子筛固体酸催化剂的酸强度和酸密度均呈先提高然后降低的变化规律,分别在 350℃和 250℃活化温度呈极大值。该酸性变化规律可指导催化剂的合理使用。

固体酸催化剂表面酸强度的程序升温脱附表征

通过推导脱附动力学方程及确定脱附活化能参数的估值方法,建立了基于单套程序升温脱附(TPD)数据确定固体酸催化剂脱附活化能的动力学模拟方法。对含不同脱附峰数的TPD数据的脱附动力学模拟结果表明,脱附活化能变化的顺序与脱附峰温度的变化顺序相同,使对催化剂表面酸强度的脱附峰温度的定性比较发展为数学层次的脱附活化能表征。不同温度活化的催化剂的TPD实验数据模拟结果表明,随着活化温度的提高,催化剂的脱附活化能(或酸强度)的变化呈先增大后降低的趋势。与确定脱附活化能的多套数据法相比,单套数据法具有操作简便、结果可靠的优点。

程序升温脱附研究CoH-FBZ上NO_x的吸附

富氧条件下具有FAU和BEA两种拓扑结构的CoH-FBZ选择催化CH4还原NO,显示出较CoH-Y和CoH-Beta机械混合催化剂更好的催化活性。应用吸附和程序升温脱附(TPD)方法研究了NO和NO+O2与催化剂表面间的相互作用。结果表明,载体的拓扑结构直接影响N、O物种在催化剂表面的稳定性。NO与O2在CoH-FBZ表面形成的吸附态-NOy及NO在CoH-FBZ表面形成的吸附态相对更稳定。CoH-FBZ的NO+O2-TPD脱附曲线在630K和660K形成两个NO2脱附峰,表明在CoH-FBZ表面形成了新的-NOy吸附中心,即可能有新的Co位产生,该新Co位与沸石催化剂CoH-FBZ中新强酸位协同作用,使CoH-FBZ表现出新的CH4-SCR催化特性。

程序升温脱附测定难挥发性有机物吸附相平衡

提出一种采用少量程序升温脱附实验就能计算挥发性有机物在不同温度下吸附等温线的方法。该方法以拟平衡吸附动力学为基础,建立难挥发性有机物从吸附剂表面程序升温脱附的模型,采用数值方法对该模型进行求解。采用该模型对程序升温脱附实验测定的图谱进行模拟,获得难挥发性有机物在吸附剂上的吸附相平衡参数,从而确定吸附等温线。运用所提出的方法,对二苯并呋喃在Norit RB1和Chemviron BPL活性炭上的吸附等温线方程进行了估算。估算结果与静态吸附实验测定结果比较吻合,误差不超过10%。

程序升温脱附导数谱

提出了TPD导数谱,并以理论TPD导数谱图为对象,讨论了TPD导数谱在堤高分辨率、消除噪音干扰及确定脱附级数等方面的特点。推导了由TPD一阶、二阶导数谱求算脱附活化能和指前因子的数学方程式,并对其进行了验证。

程序升温脱附法对低变反应体系的吸-脱附研究

本文采用程序升温脱附法(TPD)研究了低变反应各组分CO、H_(2)O、CO_(2)和H_(2)在Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)型低变催化剂上的吸-脱附行为,并对与Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)具有可此相对组成的六种样品进行了类似的讨论,通过对所得TPD谱图的定性分析发现:构成Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)型低变催化剂的各个组元对低变反应各组分的吸-脱附作用互不相同,且不同的组元具有各自的吸-脱附特征。

沸石分子筛上程序升温脱附谱的Monte Carlo模拟研究 Ⅰ．模型的建立

沸石分子筛因其特殊的孔道结构而致使其ＴＰＤ谱图的分析比其它催化剂更为困难，目前尚无一种切实可行的理论分析方法。本文发展了一种较为简单的模拟分子筛上ＴＰＤ谱图的ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法，模拟结果表明，在同一组脱附动力学参数下，沸石分子筛上的峰形和峰位置与其它催化剂都有明显的差异，并且峰温的差别与脱附活化能和指前因子有关。同时表明，对于普通催化剂可以根据峰最大时的覆盖度θ＿Ｍ来判断脱附级数，而对于沸石分子筛，θ＿Ｍ却随Ｅ＿ｄ线性变化。

沸石分子筛上程序升温脱附谱的Monte Carlo模拟研究Ⅱ．不同晶粒的沸石分子筛

沸石分子筛上程序升温脱附谱的ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟研究＊Ⅱ．不同晶粒的沸石分子筛王建国李永旺陈诵英彭少逸（中国科学院山西煤炭化学研究所，太原０３０００１）关键词沸石分子筛，程序升温脱附，ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟沸石分子筛被广泛用作吸附剂和催化剂的根...

催化剂酸性的程序升温脱附表征与动力学评价

在确定程序升温脱附动力学模型的基础上,通过固体酸催化剂的程序升温脱附(TPD)实验和模型参数估值,建立了用一组程序升温脱附实验数据表征催化剂表面酸密度、酸强度及酸强度分布的动力学模拟新方法.研究结果表明,所表征分子筛固体酸催化剂的正丙胺TPD过程符合2级脱附规律;随着活化温度的提高,该分子筛固体酸催化剂的酸强度和酸密度均先提高后降低,并分别在350℃和250℃活化温度呈极大值.

迎头色谱程序升温脱附快速测定吸附热新方法

在Ｐｏｌａｎｙｉ吸附势理论基础上，结合程序升温脱附曲线的测定，建立了一个快速测定吸附热的新方法．详细讨论了该方法的原理．通过微机采样和数据处理，测定一条吸附热与覆盖度的曲线仅需１ｈ左右．

原位程序升温脱附(TPD)方法的建立及其应用实例

介绍了在ＶＧＥＳＣＡＬＡＢ２１０电子能谱仪上自己研制组装的用于研究单晶金属表面吸附层的原位ＴＰＤ装置。研制的单晶样品台采用钽丝加热，最高加热速率可达３０ｋ／ｓ，线性升温范围－１００～１０００℃，最高可达１０００℃以上。同时介绍了该ＴＰＤ装置成功地应用于Ｐｄ（１１１）面上的Ｃ＊Ｏ／ＣＯ同位素交换吸附实验的应用实例。

氧在银/二氧化硅催化剂上的超高真空程序升温脱附

研究了氧在Ag/SiO2 催化剂上的超高真空程序升温脱附 .结果表明 ,脱附谱中出现了对应于表面分子氧 (Tp=340K)、体相氧 (Tp=5 70K)和次表层氧 (Tp=70 0～ 80 0K)的脱附峰 .由于催化剂在制备过程中经过高温焙烧 ,因而其表面原子氧浓度低 ,脱附谱中未出现原子氧的脱附峰 .高温焙烧还可使表面缺陷浓度增大 ,有利于原子氧向体相扩散 ,形成体相溶解氧 ,也有利于体相氧向表面扩散 ,所以对应于体相氧的 5 70K脱附峰较强 .体相氧和次表层氧向表面的扩散遵循不同的扩散机理 .

吸附态物种表面迁移对程序升温脱附的影响

利用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ（ＭＣ）方法研究了吸附态物种表面迁移对程序升温脱附谱图的影响。在ＭＣ模型中，催化剂表面用一个二维的方格网络表示，网络格点表示吸附活性位。两种不同的活性位完全随机地分布在表面上。模拟结果表明，两种吸附位的脱附活化能相差不太大时，表面迁移会使高温峰和低温峰发生重叠。而当两种脱附活化能相差比较大时，表面迁移会使高温峰提前出现，但峰位置不会发生明显的变化。

LB型节能高温变换催化剂的程序升温脱附

针对LB型节能高温变换催化剂工程应用、过程优化、表面性能研究之必需,运用程序升温脱附(Temperature-Programmed Desorption,TPD)技术,实验测得CO,H2O,CO2在催化剂上的TPD曲线.运用Origin7.5的PFM多峰分析和拟合模块,对各TPD曲线进行分离模拟;借助MATLAB操作平台自编程序进行脱附动力学回归,得到脱附活化能、频率因子、脱附级数等脱附动力学参数.表明LB型节能高温变换催化剂具有较好的低汽气比操作性能,对CO不存在多个不同吸附活性中心,对H2O存在多种吸附活性中心,对CO2存在低温区和高温区两类吸附活性中心.CO,H2O,CO2在LB催化剂上的脱附呈现一级脱附动力学特征.探讨了LB型节能高温变换催化剂表面吸附活性中心类型和对CO,H2O,CO2的TPD行为.