孔結(jié)構(gòu)--孔容

      工業(yè)用催化劑多數(shù)是多孔性顆粒，是由微小晶粒或膠粒聚集而成，內(nèi)部含有許多大小不等、形狀各異的微孔。催化劑的孔結(jié)構(gòu)不同時(shí)，則造成催化劑的表面積不同，直接影響到反應(yīng)速率的改變。這是由于孔結(jié)構(gòu)不同時(shí)，催化劑表面利用率也就不同，同時(shí)影響反應(yīng)物向孔中的擴(kuò)散、反應(yīng)產(chǎn)物向孔外的擴(kuò)散。此外，催化反應(yīng)的一系列動(dòng)力學(xué)參數(shù)（如反應(yīng)級(jí)數(shù)、速率常數(shù)、活化能等），催化劑的選擇性、機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性、使用壽命等都與催化劑的孔結(jié)構(gòu)有關(guān)。所以，如何充分了解所制備催化劑的孔結(jié)構(gòu)特性，以如何有效控制催化劑的孔結(jié)構(gòu)，對(duì)制得好的催化劑至關(guān)重要。

（1）孔容

      1g催化劑顆粒內(nèi)部所有孔的體積總和稱(chēng)為比孔容積，簡(jiǎn)稱(chēng)為孔容、比孔容或孔體積，以Vg 表示，單位為mL／g?？兹莩Ｓ蓽y(cè)得的顆粒密度與骨架密度按下式計(jì)算，即：

式中， 1γp 為lg催化劑內(nèi)所有含有孔的顆粒所占的體積； 1γt 為1g催化劑骨架所占的體積，兩者之差即為1g催化劑內(nèi)孔的純體積。

     孔容常用四氯化碳法測(cè)定。其基本原理是在一定的四氯化碳蒸氣壓力下，四氯化碳會(huì)在催化劑的孔中凝聚并將孔充滿。凝聚了的四氯化碳體積就是催化劑內(nèi)孔體積，產(chǎn)生凝聚現(xiàn)象所要求的孔半徑rk 和相對(duì)壓力pp0 的關(guān)系可由開(kāi)爾文（Kelvin）方程給出，即：

 （1--8）

式中 σ-吸附質(zhì)液體表面張力；

V-吸附質(zhì)液體的摩爾體積；

φ-彎月面與固體壁的接觸角，在液體可以潤(rùn)濕固體表面時(shí)，取φ為0°；

R-氣體常數(shù)；

T-吸附溫度；

p-測(cè)定時(shí)液面上達(dá)到平衡的蒸氣壓；

p0- -大塊平坦液面上的飽和蒸氣壓。

   在室溫， T=25°C 時(shí)，液體為四氯化碳的表面張力σ=26.1×10-5N/cm ，摩爾體積V= 197cm3／mol，接觸角φ=0°,rk 與pp0 關(guān)系的計(jì)算結(jié)果列于表1-10。調(diào)節(jié)四氯化碳的相對(duì)壓力p/p0 ，可使四氯化碳只在真正的孔中凝聚，而不在顆粒之間的空隙處凝聚。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)相對(duì)壓力高于0.95時(shí)，會(huì)在催化劑顆粒之間也發(fā)生凝聚，使測(cè)得的Vg 值偏高，所以通常采用相對(duì)壓力p/p0 為0.95。為保持p/p0=0.95, ，推薦采用向四氯化碳中加入13.1％（體積）的十六烷，由監(jiān)測(cè)86.9體積四氯化碳和13.1體積十六烷組成的混合二元體系吸附質(zhì)的折射率nD20=1. 457～1.458,，以控制四氯化碳的p/p0=0.95。 。從表1-10看出，這時(shí)凝聚液進(jìn)入的最大孔半徑rk 為40nm。半徑在40nm以下的所有孔都可被四氯化碳所充滿。凝聚在孔中的四氯化碳體積通常就認(rèn)為是該催化劑的孔容。因此，只要測(cè)定四氯化碳在一定溫度下和相對(duì)壓力p/p0=0.95 時(shí)的平衡吸附量，就可用下式計(jì)算催化劑的孔容：

表1-10 rk 與p/p0 的關(guān)系

         (1-9) 

式中  W2-  -催化劑樣品吸附四氯化碳的質(zhì)量，,g;

W1-空稱(chēng)量瓶吸附的四氯化碳質(zhì)量，g；

W.-樣品質(zhì)量，g；

d-實(shí)驗(yàn)溫度下四氯化碳的密度，g/mL。

測(cè)定催化劑孔容的裝置如圖1-10所示。

圖1-10 四氯化碳法測(cè)定孔容裝置

1-真空干燥器；2-吸附器；3-冰鹽冷阱；4一水銀壓力計(jì)；5-干燥塔；6-放空閥

      測(cè)定時(shí)先向真空干燥中加入200mL四氯化碳-十六烷混合吸附液，10mL四氯化碳液體。用小稱(chēng)量瓶稱(chēng)取1～2g經(jīng)450～480℃焙燒1h的催化劑樣品（稱(chēng)準(zhǔn)至0.2mg），置于真空干燥器中，同時(shí)放入一已知質(zhì)量的空稱(chēng)量瓶，以較正吸附在瓶上的四氯化碳質(zhì)量。蓋好真空干燥器，開(kāi)真空泵抽空到裝有冰鹽的冷阱中凝結(jié)10mL四氯化碳時(shí)關(guān)閉干燥器上端放空閥，在室溫下放置16h，使四氯化碳在樣品中吸附達(dá)到平衡。到時(shí)間后打開(kāi)干燥器，迅速蓋上稱(chēng)量瓶稱(chēng)重，然后按式（1-9）計(jì)算該催化劑樣品的孔容。

      四氯化碳吸附法適用于測(cè)定加氫、脫氫、氧化、催化重整等小球或條狀催化劑及氧化鋁載體的孔容。其絕對(duì)誤差為0.005mL／g，對(duì)于粉狀分子篩或微球狀流化床催化劑，由于其孔口較小，而四氯化碳分子較大，吸附速率較慢，所得測(cè)定結(jié)果的重復(fù)性較差，因此常采用水滴定法測(cè)定孔容。

     水滴定法是基于微球催化劑的顆粒接近于球形，有很好的流動(dòng)性。同時(shí)，粒子內(nèi)部大量微孔的存在很容易吸水，當(dāng)加水入催化劑使粒子內(nèi)孔吸水達(dá)飽和時(shí)，再加入一滴水會(huì)使粒子表面覆上一層水膜，由于水表面張力存在，使粒子相互黏結(jié)，失去了流動(dòng)性，利用這一現(xiàn)象，測(cè)定一定質(zhì)量催化劑的吸水量，即可算出催化劑的孔容，即：

                 （1--10）

式中 VH2O 一一消耗水的體積，mL；

W.-樣品質(zhì)量，g。

產(chǎn)品展示

產(chǎn)品詳情：

SSC-PEFC20光電流動(dòng)反應(yīng)池實(shí)現(xiàn)雙室二、三、四電極的電化學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)雙光路照射，用于半導(dǎo)體材料的氣-固-液三相界面光電催化或電催化的性能評(píng)價(jià)，可應(yīng)用在流動(dòng)和循環(huán)光電催化N2、CO2還原反應(yīng)。反應(yīng)池的優(yōu)勢(shì)在于采用高純CO2為原料氣可以直接參與反應(yīng)，在催化劑表面形成氣-固-液三相界面的催化體系，并且配合整套體系可在流動(dòng)相狀態(tài)下不斷為催化劑表面提供反應(yīng)原料。

SSC-PEFC20光電流動(dòng)反應(yīng)池解決了商業(yè)電催化CO2還原反應(yīng)存在的漏液、漏氣問(wèn)題，采用全新的純鈦材質(zhì)池體，實(shí)現(xiàn)全新的外觀設(shè)計(jì)和更加方便的操作。既保證了實(shí)驗(yàn)原理的簡(jiǎn)單可行，又提高了CO2還原反應(yīng)的催化活性，為實(shí)現(xiàn)CO2還原的工業(yè)化提供了可行方案。

產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：

SSC-PEFC20光電流動(dòng)反應(yīng)池優(yōu)勢(shì)：

● 半導(dǎo)體材料的電化學(xué)、光電催化反應(yīng)活性評(píng)價(jià)；

● 用于CO2還原光電催化、光電解水、光電降解、燃料電池等領(lǐng)域；                

● 微量反應(yīng)系統(tǒng)，極低的催化劑用量；

● 配置有耐150psi的石英光窗；

● 采用純鈦材質(zhì)，耐壓抗腐蝕；

● 導(dǎo)電電極根據(jù)需要可表面鍍金、鈀或鉑，導(dǎo)電性能好，耐化學(xué)腐蝕；

● 光電催化池可與光源、GC-HF901（EPC）、電化學(xué)工作站、采樣系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)配合，搭建光電催化CO2還原系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)測(cè)試分析。