程序升温技术原理及实例分析讲解共59页文档
程序升温脱附原理
程序升温脱附原理一、引言程序升温脱附是一种常用的表面分析技术,它可以通过加热样品来探测其表面组成和化学性质。
本文将详细介绍程序升温脱附的原理及其应用。
二、程序升温脱附的基本原理程序升温脱附是一种利用高真空下加热样品并测量其挥发物质量的技术。
在实验过程中,样品被放置在一个加热器中,并在高真空下进行加热。
随着温度的升高,样品表面吸附的气体和溶质开始逸出,并被送入质谱仪或其他检测装置中进行分析。
三、程序升温脱附的仪器结构程序升温脱附通常由以下部分组成:1. 加热器:用于将样品加热至所需温度。
2. 高真空系统:保证实验过程中无氧气污染。
3. 气体分析仪:用于检测和分析逸出气体组成。
四、程序升温脱附的实验步骤程序升温脱附实验步骤如下:1. 将样品放置在加热器中,并将其与高真空系统连接。
2. 开始加热样品,升温速率一般为10-20℃/min。
3. 在样品表面发生脱附时,逸出气体被送入气体分析仪进行分析。
4. 根据逸出气体的组成和数量推断样品表面的化学性质和组成。
五、程序升温脱附的应用程序升温脱附广泛应用于表面化学、材料科学、环境科学等领域。
具体应用包括:1. 表面化学:程序升温脱附可以用于研究催化剂表面上吸附物种的组成和反应机理。
2. 材料科学:程序升温脱附可以用于研究材料表面的吸附性能和化学反应性质。
3. 环境科学:程序升温脱附可以用于研究大气颗粒物和有机污染物在环境中的行为。
六、程序升温脱附的优缺点程序升温脱附具有以下优点:1. 可以检测非挥发性物质。
2. 可以检测样品表面的化学性质和组成。
3. 操作简单,实验时间短。
但是,程序升温脱附也存在以下缺点:1. 只能检测样品表面的物质。
2. 无法区分不同深度的吸附物种。
3. 需要高真空条件下进行实验。
七、总结程序升温脱附是一种常用的表面分析技术,它可以用于研究样品表面的化学性质和组成。
本文详细介绍了程序升温脱附的原理、仪器结构、实验步骤、应用、优缺点等方面,并对其进行了总结。
第六章 程序升温分析技术(上)
向扩散;
或吸附剂具有双孔分布也都能引起多脱附峰的出现;。
不同的TPD峰彼此相互分离,则可把每个峰看成是具有等同能量的各个 表面中心所显示的TPD峰,中心的各种参数:Ed(或△Ha ),v,n等。
1.2.1 多吸附中心模型
ra为吸附速率。各中心的脱附速率方程为:
d1 n ka (1 1 ) n cG kd 11 dt
d1 X dt
2
d 2 ) dt
TPD过程的边界条件为: t=0, T=T0 0 若 θ < X ,即 θ = θ 和 θ 1=0
0
0
1
2
0
T
2
பைடு நூலகம்
X2
若 θ 1 > X2 ,即 θ
0
0
2
=1 和
θ 0T - X2 θ 1= X1
0
1.2.1 多吸附中心模型
不能通过独立的模拟每种中心的TPD规律来描述多中心TPD
吸附剂(含催化剂)表面不均匀主要表现在表面中心的能量有一定的分 布,即表面中心的能量是不均一的,各部位的能量不同。
不同能量中心在表面的分布情况很复杂,比较简单的情况比如表面上只 有两种不同的中心,两种中心的能量强度相差悬殊,这时在TPD图上显 示的是彼此分离的两个峰。
1.2.3 脱附活化能分布与TPD曲线的关系
n 1
(1-7) (1-8)
n=1时,
Tm和Fc有关时,TPD过程伴随着在吸附,如果加大Fc使Tm和Fc无关, 即得式(1-7)、(1-8)。这时,TPD变成单纯的脱附过程。 通过改变Fc可以判断TPD过程有无再吸附发生以及消除再吸附现象的发生。 对于脱附动力学是一级(n=1)的,TPD谱图呈现不对称图形, 脱附动力学是二级(n=2)的,TPD谱图呈现对称形,因此可以从图形的 对称与否,判定n的值。
催化剂程序升温技术
2020年4月12日星期日
小分子气体(O2, H2, CO2, N2, CO和C2H4)在金属或 氧化物表面的吸附,其催化作用与其表面对反应物的 化学吸附紧密相关,通过研究吸附态分子与表面的作 用以及吸附态分子的相互作用来揭示催化作用的本质 。
一、氢吸附, VIIIB金属上进行加氢和脱氢反应。化 学吸附热QH最小。解离吸附。常用HREELS和EELS 研究,得到H2在金属表面吸附的光谱特征。
❖没有再吸附发生的情况下,TPD方程为:
n=1时,
(1-7) (1-8)
F。c无关Tm,和即Fc有得关式时(1,-7)T、PD(1过-8程)。伴这随时着,在T吸PD附变,成如单果纯加的大脱F附c使过Tm程和 ❖通过改变可以判断TPD过程有无再吸附发生以及消除再吸附 现象的发生。 ❖对于脱附动力学是二级(n=1)的,TPD谱图呈现不对称图形 , ❖脱附动力学是二级(n=2)的,TPD谱图呈现对称形,因此可 以从图形的对称与否,判定n的值。
二、CO吸附,偶极活性大。红外光谱表征,线式、 桥式和孪生吸附态。
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
程序升温分析技术
❖ 定义:当固体物质或预吸附某些气体的固体物
❖
质,在载气流中以一定的升温速率加热
❖
时,检测流出气体组成和浓度的变化或
❖
固体(表面)物理和化学性质变化的技术。
❖ 可分为:程序升温还原(TPR)
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
1.1 均匀表面的TPD理论
❖Amenomiya进一步推导出实用的TPD方程
Tm为TPD谱图高峰出的相应温度; △Ha为吸附热焓 ( -△Ha=Qa及吸附热);Vs为吸附剂体积;Vm为单层饱和吸附体 积;Fc为载气流速。
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35、不要以为自己成功一次就可以了 ,也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
谢谢!
程序升温技术原理及实例分 析讲解
31、别人笑我太疯癫,我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣,抱怨者 的牢骚 ,这是 羊群中 的瘟疫 ,我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望, 辛勤耕 耘,忍 受苦楚 。我一 试再试 ,争取 每天的 成功, 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ,我继 侈 。——CocoCha nel 62、少而好学,如日出之阳;壮而好学 ,如日 中之光 ;志而 好学, 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也,匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里,与其说好 的教师 是幸福 ,不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战,就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
程序升温分析技术 (TPAT)(
TPR的理论
TPR是一种等速升温条件下的还原过程,和TPD类似,在 升温过程中如果试样发生还原、气相中的氢气浓度将随温度 的变化而变化,把这种变化过程记录下来就得到氢气浓度随 温度变化的TPR图。 一种纯的金属氧化物具有特定的还原温度,所以可以用 还原温度作为氧化物的定性指标。 当两种氧化物混合在一起并在TPR过程中彼此不发生化 学作用,则每一种氧化物仍保持自身的特征还原温度不变, 这种特征还原温度和TPD一样也用Tm表示。 – 负载性金属氧化物由于和载体发生化学作用,所以其TPR 峰将不同于纯氧化物; – 金属催化剂也可能是双组分或多组分金属组成,各金属氧 化物之间可能发生作用,所以双金属或多金属催化剂的 TPR图也不同于单个金属氧化物的TPR图。
• 令
• 则
N = -β
dθ dT
Ed(θ ) ln N = n ln θ + ln v(θ ) RT
• N和TPD曲线高度成正比, 同TPD曲线面积A成正比,见图 5a。 • 则lnN∝lnh, ln ∝lnA, • 式(1-17)表明,脱附速率和覆盖度有关。
脱附速率等温线分析法处理不均匀表面的脱附动力学
脱附活化能分布与TPD曲线的关系
• 曲线1和曲线2对应于均匀表面和简单不均匀表面; • 曲线3和曲线4都表示不均匀表面;大于0.8时,Ed随呈线性 变化;后者小于0.2时,Ed随呈线性变化。
• 曲线5和曲线6表示Ed随连续变化,曲线5与曲线3相似;曲线 6与曲线4相似; • 曲线7前半部分与(大的部分)与曲线3相似,后半部分(小 的部分)与曲线4相似;
• • • •
增加 ,Tm向高温移位,而TPR曲线样式不变; 改变P,使TPR曲线发生明显的变化, 当P≥60后TPR图明显变形,高峰处出现平台。 当,H2全部消耗完(即c=0),TPR高温峰出现平台与此有关,理论计 算可知,还原过程中氢气被消耗小于2/3才能保证TPR图正常不变形。
程序升温脱附
西南石油大学
(1)氨进料量(ml) (1)氨进料量(ml)0,加热速 ℃/min) 度β(℃/min)14.0; (2)氨进料量(ml) (2)氨进料量(ml)1,加热速 氨进料量 度β(℃/min)14.2; ℃/min) (3)氨进料量(ml)1.5, (3)氨进料量(ml)1.5,加热 氨进料量 速度β ℃/min) 速度β(℃/min)13.8; (4)氨进料量(ml) (4)氨进料量(ml)2,加热速 氨进料量 ℃/min) 度β(℃/min)13.3; (5)氨进料量(ml) (5)氨进料量(ml)4,加热速 氨进料量 ℃/min) 度β(℃/min)14.6;
检测
用气相色谱检测脱附气体浓度随温度的变化,得到TPD谱图 气相色谱检测脱附气体浓度随温度的变化,得到 检测脱附气体浓度 的变化 谱图
分析数据
西南石油大学
TPD过程中表面覆盖度、脱附速率、 过程中表面覆盖度、脱附速率、 过程中表面覆盖度 温度和时间的关系图
西南石油大学
程序升温峰图
随着温度升高脱附速率先升 高再减慢 T m 代表脱附速率最大时的 峰温 不同 Tm 下的峰代表不同的吸 附中心 峰面积代表脱附量大小
西南石油大学
二、吸附-脱附 吸附-
(1)注入一定量吸附质 NH ; 3 (2)以(15℃~20℃)/min速率的升温,控制 15℃ 20℃ /min速率的升温 速率的升温, 45ml/min进行脱附至结束 载气速度45ml/min进行脱附至结束, 载气速度45ml/min进行脱附至结束,得到程脱 谱; (3)由低到高逐渐改变吸附质进样量,重复上述步 由低到高逐渐改变吸附质进样量, 骤得到多组TPD谱图 谱图。 骤得到多组TPD谱图。
西南石油大学
碱性气体吸附- 碱性气体吸附-脱附法分类
程序升温技术
c
b a
甲酸伸缩震动 甲酸根伸缩震动
因此,可以知道有两种吸附:一种是被 吸附的分于在吸附前后结构变化不大, 由 分子间作用力(范氏力)引起的较弱吸附,称 为物理吸附,它和蒸气凝聚成液体的相变 很相似,如上述甲酸。另一种是分子在表 而上被强烈吸附,分子结构发生了变化, 叫做化学吸附,如甲酸根离子。 化学吸附中起作用的是化学键力。化学 吸附的进行和一般化学反应一样,总是有 着原有化学键的破坏和新化学键的生成。
由于化学吸附象化学反应一样只能 在特定的吸附剂吸附质之间配对进行, 所以具有专一性(specificity),并且在表 面上只能吸附一层 。相反,物理吸附 由于是范氏力起作用,而范氏力是在同 类或不同类的任何分了间都存在的,所 以是非专一性的.在表面上上可吸附多 层。
物理吸附与化学吸附的主要差别
物理吸附
范德华力 (无电子转移)
化学吸附
共价键或静电力(电子转移)
吸附热:1030kJ/mol 一般现象,气体冷凝 真空可除去物理吸附 可发生多层吸附 临界温度时明显发生 吸附速率快,瞬间发生 整个分子吸附 吸附剂影响不大 在许多情况下两者有界限
吸附热:50960kJ/mol 特定的或有选择性的 加热和真空除去化学吸附 永不超过单层 在较高温度时发生
• 静态N2吸附容量法一直是公认的测定比 表面大于1m2/g样品的标准方法,如 1969年英国的国家标准BS4359及美国 于1982年正式执行的ASTM D3663-78 都是如此。参考这些方法,我国于1985 年7月亦审查制订了我国的催化剂、吸 附剂比表面测定的国家标准方法。
2.低温氪吸附法 3.静态重量法 比表面计算方法的进展,v-t作图法及v-as作 图法 虽然测定比表面通常使用BET两常数 公式已经足够,但如果用de Boer等人建立 起来的v-t作图法,或用K.S.W.Sing提出的 v-as作图法,就可以把样品中的微孔吸附、 中孔吸附以及毛细凝聚现象区别开来。从 而可以对样品的吸附现象及其表面织构有 进一步深入的了解。
第七章 程序升温分析技术(下)
根据Pt-Sn 合金吸附CO量,可以推算合金表 面的组成。如果合金中的惰性成分对活性金 属不起电子配位体效应,TPD 曲线的变化情 况将与上述不同。 由于吸附分子之间的相互排斥作用,用TPD 法应该得到Ed随覆盖度增加而变小,即Tm, 随的增加而变小的信息。反之,Tm,随的减 少而变大。
2.2 酸性催化剂
2.3.2 还原NO的氧化物催化剂的TPD
2.3.2 还原NO的氧化物催化剂的TPD
说明: LaxCeyFeO3、LaxCeySrzFeO3和LaxSrzFeO3的NO-TPD图 。 NO的吸附条件:在500℃下通入0.5%混合气20min,然 后降温至室温。 La0.5Ce0.5FeO3只有两个TPD峰:一个低温峰 (Tm=75℃),另一个为带肩峰的大面积的高温峰, Tm=410℃(图14a)。 当Ce被Sr取代,T<250℃的低温峰显著增大,而高温峰 变小(图14b); 当Sr的取代量继续增加,得到了完全不同于a、b的峰 (图14c.),出现了3个分离的大峰及和第3个峰成肩峰的 高温峰。
2.1.2 程序升温吸附脱附法
TPD 法广泛用于研究金属催化剂(含单晶、非负载多晶的负载型金属催 化剂)的表面性质, 曾用TPD 法和低能电子衍射法相结合研究Ni单晶表面渗有C后表面能量的 变化情况; 研究Pt黑时发现,其表面存在3种不同吸附H中心,对应于Tm1=-20℃, Tm2=90℃,Tm3=300℃以后又发现其余两种吸附中心,对应于Tm4=400℃, Tm5=500℃。 除Pt; 以外其它金属如Ru、Ni、Co、Rh、Ir、Pd 等也存在着多种吸附中心, 这些金属表面存在着复杂的能量分布,但大体上有两个区域:
2.3 氧化物
2.3.1 氧化物催化剂的TPD A类氧化物在823K以下没有氧脱附, B类脱附少量氧, C类脱附极少氧。 在823K以下,B、C类氧化物脱附的氧只相当于百 分之几的覆盖度,因此推测吸附中心为表面氧空穴。 实验证明,A类氧化物为选择氧化催化剂,B类为 烯烃完全氧化催化剂,C类即介于A类和B类之间, 兼有选择氧化和完全氧化的性能。
程序升温
程序升温(1)在等温色谱分析(isothermal chromatographic analysis)中,对化学组成相似的化合物来说,保留时间与溶质沸点成指数关系。
即使对沸点范围不宽的样品,保留时间与峰宽也会随着组分沸点的增加而迅速增加。
结果是早流出的峰挤在一起,分离很差;晚流出的峰矮胖,因而可检出度很差。
这个问题可以用程序升温的方法来解决。
即使柱温按一定的规律升高。
在最简单的情况下,程序升温是使温度沿着一根线性的温度一时间曲线上升,即单位时间内使温度上升一定度数。
也可以在程序的开始和结束部分使温度在一定时间中保持一定值。
这种等温阶段也可以是在程序的中间。
当样品的沸点范围较大时,只有程序升温法才能使我们在适当的时间内得到最好的分离。
程序升温法趋向于消除保留时间与组分沸点之间的对数关系,在有些最佳条件下这个关系成了近似线性的。
在温度升高的过程中,各组分的峰宽只是缓慢地增加。
在气相色谱中程序升温是应用最广泛的技术。
在程序升温中温度可用机械的方法或微处理机来控制升高。
在选择一个程序时,各参数要通过反复试验方法(trial and error)确定。
普遍的原则是:在选择起始和终了温度时,应考虑色谱图中最初流出的峰的分离(起始温度不太高),同时避免使分析时间不必要地延长(终了温度不太低)。
升温速率(dT/dt)应兼顾最大分离度(这要求dT/dt小)和最短分离时间(这要求dT/dt大)。
应调节终了温度丁,使最后一个峰恰在柱温在T时流出。
程序升温结束后柱温维持为丁时继续流出的峰宽度迅速增加,但分离度可能比程序升温时好些。
在程序升温中,对温度上升范围的唯一实际的限制是固定相的热稳定性和载气流量的变化。
利用耐高温的或交联键合的固定相,最高使用温度范围可大大改善。
对于恒压控制的仪器,当温度上升时载气流速将下降,这会影响流量敏感性检测器的响应。
为了这个原因对于程序升温操作用恒流量控制的仪器较好。
利用两根一样的柱子同时用不同的方式检测,在对组分敏感的检测器的响应中扣除对组分不敏感的检测器的响应。
程序升温还原课件
实验步骤
样品装填
将处理好的样品装入石英管中,确保 样品均匀分布在石英管中。
程序升温还原实验
设置合适的升温程序,开始进行还原 反应。在反应过程中,需要监控温度 、压力等参数,并记录数据。
数据整理与分析
对实验数据进行整理、分析,得出相 应的结论。
结果讨论与改进
根据实验结果进行讨论,提出改进措 施,为后续的 Nhomakorabea验提供参考。
案例二:环境科学领域的应用
总结词
探究污染物在程序升温还原过程中的转化和去除
详细描述
环境科学领域中,程序升温还原技术常用于研究有机污染物的热解和还原反应, 以及金属氧化物的还原过程。这种方法有助于理解污染物在环境中的迁移转化规 律,为污染治理和环境修复提供技术支持。
案例三:能源科学领域的应用
总结词
结果应用
将分析结果应用于实际问题解决或科学研究中,发挥 数据的价值。
04
实验案例展示
案例一:材料科学领域的应用
总结词
研究材料在程序升温还原过程中的性质变化
详细描述
通过程序升温还原实验,可以研究金属材料在加热和冷却过程中的相变行为、 微观结构和力学性能的变化。这种方法在材料科学领域中广泛应用于新型材料 的开发和优化。
推断性统计
运用回归分析、方差分析等方法,探究数据之间的关联和规律。
可视化分析
利用图表、图像等形式展示数据,帮助直观理解数据分布和变化 趋势。
结果解读与报告撰写
结果解读
根据数据分析结果,解释数据背后的原因和意义,得 出结论。
报告撰写
按照规范的格式和要求,将实验目的、方法、结果和 结论等撰写成完整的实验报告。
文末列出
在文末列出参考文献时,需要按照规定的格式(如APA、MLA等 )列出所有引用的文献,包括作者、文章标题、刊物名称、发表
色谱第6章 程序升温色谱技术
2.载气流速(流速曲线):选择与IGC的相同,由H--u中 uopt 的 即 最 低 实 用 流 速 即 可 , ( 采 用 填 充 柱 ) 其 他 条 件 L,r可不必另选。
over
3.起始温度 :由样品中最易挥发的最低沸点组分确定。 T0=b.pmin 4.终止温度:由样品中最高沸点组分和固定液最高使用温度 来确定。
over
(1).与在固定液中蒸发焓或溶解度有关。
(2).与升温速率,载气流速有关。
(3).与起始温度,终止温度有关。
1.初期冻结(P123):在PTGC中,进样后因柱的起始温度很 低,进对低沸点物进行分离。大多数组分在低柱温下,七 蒸汽压低,大都溶于固定相中。其蒸汽在柱中迁移速度慢, 几乎停留柱入口处不移动。即凝聚在柱头,此为PTGC所特 有的现象,叫初期冻结。 所以,PTGC中组分在色谱柱的运动情况是:样品中的每个 组分,进样后在未达到最适宜的流出温度之前,主要冻结 凝聚在色谱柱入口处。当柱温升至TR后,才移动至色谱柱 一半的位置。一直达到适于流出的有效温度TR,才迅速从 柱中流出。
over
2.有效柱温:对二难分离组分,采用的与恒
q
0.92Tr
假设要分离庚烷和丙烷,可采用恒温方法,先在0.92b.p 温度下分离丙烷,再升温至3.92b.p,再恒温分离庚烷
四.操作条件的选择
1.升温方式:对沸点范围宽的同系物样品采用单阶线性 升温。对复杂含多种类型化合物采用多阶升温方式。
六.实例
over
over
七.PTGC与IGC的主要区别
PTGC
IGC
b.p范围 进样量
<100℃ <1--5μl
100--400℃ ≤10μl
峰容量
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6、黄金时代是在我们的前面,而不在 我们的 后面。
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7、心急吃不了热汤圆。
•8、你可以很有个性,Fra bibliotek某些时候请收 敛。
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9、只为成功找方法,不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
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10、只要下定决心克服恐惧,便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为,请 记住, 除了在 脑海中 ,恐惧 无处藏 身。-- 戴尔. 卡耐基 。
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事,无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实,会谈使人敏捷,写作使人精确。——培根