催化研究方法.doc

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催化研究方法

第二章 物理吸附 描述物理与化学吸附. 答:物理吸附 物理吸附是吸附质分子靠范德华力(分子引力)在吸附剂表面上吸附,它类似于蒸汽的凝聚和气体的液化。 表面上剩余力场是表面原子配位不饱和造成的,作用力较弱,致使物理吸附分子的结构变化不大,接近于原气体或液体中分子的状态。 物理吸附由于是范式力起作用,而范式力在同类或不同类的任何分子间都存在,所以是非专一性的,在表面上可吸附多层。 化学吸附 化学吸附类似于化学反应,吸附质分子与吸附剂表面原子间形成吸附化学键。 被化学吸附的分子与原吸附质分子相比,由于吸附键的强烈影响,结构变化较大。 由于化学吸附同化学反应一样只能在特定的吸附剂-吸附质之间进行所以具有专一性,并且在表面只能吸附一层。 Ⅰ型等温线相当于朗格谬尔单层可逆吸附过程。 Ⅱ型等温线相当于发生在非孔或大孔固体上自由的单一多层可逆吸附过程,位于p/p0=0.05~0.10的B点,是等温线的第一个陡峭部,它表示单分子层饱和吸附量。 Ⅲ型等温线不出现B点,表示吸附剂与吸附质之间的作用很弱, Ⅳ型等温线是一种特殊类型的等温线,反应的是固体均匀表面上谐式多层吸附的结果。 Ⅴ型等温线很少遇到,而且难以解释,虽然反映了吸附质与吸附剂之间作用微弱的Ⅲ型等温线特点,但在高压区又表现出有孔充 Ⅳ型、Ⅴ型曲线则有吸附滞后环,即吸附量随平衡压力增加时测得的吸附分支和压力减少时测得的脱附分支,两者不相重合,形成环状。在此区域内,在相同压力脱附时的吸附量总是大于吸附时的吸附量。吸附时由孔壁的多分层吸附和在孔中凝聚两种因素产生,而脱附仅由毛细管凝聚所引起。这就是说,吸附时首先发生多分子层吸附,只有当孔壁上的吸附层达到足够厚度时才能发生凝聚现象;而在与吸附相同的p/p0比压下脱附时,仅发生在毛细管中的液面上的蒸汽,却不能使p/p0下吸附的分子脱附,要使其脱附,就需要更小的p/p0 ,故出现脱附的滞后现象,实际就是相同p/p0下吸附的不可逆性造成的 描述Langmuir和BET模型 答:朗格谬尔(Langmuir)等温方程模型的基本假定:吸附表面在能量上是均匀的,即各吸附位具有相同的能量; 被吸附分子间的作用力可略去不计; 属单层吸附,且每个吸附位吸附一个质点;吸附是可逆的。 BET模型假定:吸附表面在能量上是均匀的,即各吸附位具有相同的能量;被吸附分子间的作用力可略去不计;固体吸附剂对吸附质——气体的吸附可以是多层的,第一层未饱和吸附时就可由第二层、第三层等开始吸附,因此各吸附层之间存在着动态平衡;自第二层开始至第n层(n→∞),各层的吸附热都等于吸附质的液化热。 朗格谬尔(Langmuir)等温方程: BET吸附等温式: 微孔、介孔、大孔的孔径范围如何?如何根据吸附等温线来求取比表面积和孔径分布? 答:大孔r>nm;介孔:2nm<r<nm;微孔r<nm。 p/v (p0-p) ―――p/p0作图―――BET吸附等温方程―――直线的斜率(C-1) / vm C―――截距1/ vm C――――单层饱和吸附量vm: 设每一个吸附分子的平均截面积为Am(nm2) ,此Am就是该吸附分子在吸附剂表面上占据的表面积: 式中 NA为阿伏伽德罗常数(6.02x1023),Vm(ml/g)。 孔分布: 第一步:吸附等温线(v~ p/p0)开尔文公式(rk~ p/p0)rk-------(v~rk) 第二步:孔半径rk对吸附量(体积以液体积)作图这样即可得到吸附量与临界半径的关系 第三步:在结构曲线上用作图法求取当孔半径增加Δr时液体吸附量的增加体积Δv(即孔容的增加值),以Δv/Δr对r作图,即得到催化剂的孔分布曲线。 5.t-plot曲线适合那些孔的测试? 答:微孔和介孔 孔结构的表征方法有哪些? 答:常用的有:N2物理吸附法,压汞法 TEM SEM 薄样品的内部结构 大块样品的表面结构 分辨率 0.1-0.2 nm 3-20 nm 能量 80-200 keV 2-40 keV 成像方式 直接成像 间接成像 三种寸度及其适用范围。 答:a、振幅寸度适用于非晶态或是晶粒非常小的试样; b、衍射寸度适用于薄晶试样; c、相位寸度适用于轻元素极样品的细微结构; 对于晶体样品和非晶体样品,其成像原理有所不同,对于非晶体样品和微晶不超过电镜的分辨率时,依据质厚寸度的成像原理;对于晶体样品,其微晶超过电镜的分辨率时,则依据衍射寸度的成像原

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