通过NH3-TPD测试MFI沸石的吸附热

介绍

固体酸催化剂，如沸石，在许多领域被用作工业催化剂，与其相关的研究也得到广泛的开展。为了解固体酸催化的酸性，通常使用氨的程序升温脱附（NH₃-TPD）进行表征。本报告详细介绍了通过TPD测试酸度的具体方法和注意事项。

1.1 测试原理

程序升温脱附（TPD）是一种通过程序升温，测试脱附分子来确定物理和化学吸附状态的分析技术。在TPD中，脱附量（活性位个数），脱附温度（脱附的活化能），脱附锋个数（吸附活性中心类型）可以从TPD谱图中确定。

1.2 测试方法

探针分子（氨）吸附到样品上直至达到平衡后，在载气流动下持续升温，并检测脱附的探针分子。为了确定脱附量，将已知量的探针分子与载气一起引入检测器中，并计算每个检测值（CF值）的探针分子量。

峰值温度受酸强度，酸位含量，样品重量，载气流速和升温速率的影响。即使在相同的条件下进行测试，由于脱附量（酸位点的量）的差异，也很难对峰值温度进行简单的比较。

为了比较酸强度，提出了一种使用以下公式确定探针分子吸附热的方法。

假设实际值，右侧的第二项可以几乎假定为恒定。换句话说，可以在lnT_m-lnA₀W/F和1/T_m之间建立线性关系，并且可以从斜率计算ΔH。

2. 测试示例

我们用BELCAT 进行的实验结果如下所示。

预处理：500°C，在He气氛下流动处理60分钟

NH₃ 吸附：100°C，在5%NH₃/He 流动下 保持30min

升温速率：10°C/分钟

样品：沸石（MFI）

首先，不同F值（载气流速）的实验结果如图1所示。注：F不是标准状态，而是在测试温度和压力下的体积流速。

总结

斜率的微小变化会导致吸附热发生较大变化。然而，当峰值位置，F（载气流速）和W（样品重量）变化时，得到不同的吸附热值。这可能是由于流速变化引起的峰值变化量小，而由于峰值温度变化引起的斜率变化较大，因此计算F变化引起的吸附热误差较大。

这些结果表明，峰值温度受W（样品重量）和F（载气流速， 压力和温度）的影响很大，并且在不同条件下无法简单地比较峰值温度。此外，即使在相同条件下进行测试，酸强度也可能与峰值温度不具可比性，因为它也受到 Ao（脱附量）的影响。

作者：Dr. Shogo Tawada