पर मोलिब्डेनम कार्बाइड उत्प्रेरक एसिटिक एसिड के तापमान क्रमादेशित Deoxygenation
Summary
यहाँ प्रस्तुत एसिटिक एसिड deoxygenation दौरान मोलिब्डेनम कार्बाइड का उत्प्रेरक प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए एक सूक्ष्म पैमाने तापमान क्रमादेशित रिएक्टर के संचालन के लिए एक प्रोटोकॉल है।
Abstract
तापमान क्रमादेशित प्रतिक्रिया (TPRxn) की स्थिति की एक किस्म पर ठोस उत्प्रेरक प्रदर्शन स्क्रीनिंग के लिए एक सरल अभी तक शक्तिशाली उपकरण है। एक TPRxn प्रणाली एक रिएक्टर, भट्ठी, गैस और भाप स्रोतों में शामिल हैं, प्रवाह नियंत्रण, इंस्ट्रूमेंटेशन वास्तविक समय (जैसे, मास स्पेक्ट्रोमीटर) में प्रतिक्रिया की निगरानी के लिए प्रतिक्रिया उत्पादों (जैसे, गैस chromatograph), और इंस्ट्रूमेंटेशन यों की। यहाँ, हम एसिटिक एसिड, बायोमास pyrolysis वाष्प के उन्नयन / स्थिरीकरण में कई के बीच एक महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया के लिए deoxygenation मोलिब्डेनम कार्बाइड उत्प्रेरक का अध्ययन करने के TPRxn पद्धति लागू होते हैं। TPRxn उत्प्रेरक गतिविधि और चयनात्मकता मूल्यांकन करने के लिए और काल्पनिक प्रतिक्रिया रास्ते (जैसे, decarbonylation, ketonization, और हाइड्रोजनीकरण) का परीक्षण करने के लिए प्रयोग किया जाता है। एसिटिक एसिड deoxygenation की TPRxn अध्ययन के परिणाम बताते हैं कि मोलिब्डेनम कार्बाइड सीए से ऊपर तापमान पर इस प्रतिक्रिया के लिए एक सक्रिय उत्प्रेरक है 300 डिग्री सेल्सियस और उस प्रतिक्रिया के पक्ष मेंdeoxygenation (यानी, सीओ बंधन तोड़ने) सीए से नीचे तापमान पर उत्पादों सीए से ऊपर तापमान पर 400 डिग्री सेल्सियस और decarbonylation (यानी, सीसी बंधन तोड़ने) उत्पादों 400 डिग्री सेल्सियस।
Introduction
तापमान क्रमादेशित प्रतिक्रिया (TPRxn) कई तापमान प्रोग्राम, (टीपीडी) desorption सहित के साथ एक अभिकारक समवर्ती के लिए एक उत्प्रेरक के प्रदर्शन के माध्यम से ऑक्सीकरण (टीपीओ), और कमी (TPR), और आय या बाद में लगातार वृद्धि से तरीकों में से एक है तापमान। 1, 2, 3 TPRxn एक क्षणिक तकनीक है कि उत्प्रेरक गतिविधि और प्रतिक्रिया तापमान के एक समारोह के रूप में चयनात्मकता के बारे में जानकारी प्रदान करता है। साहित्य की पैदावार इसके उपयोग का हवाला देते हुए 1,000 से अधिक स्रोतों में कीवर्ड के तापमान क्रमादेशित प्रतिक्रिया 'की खोज: 4, 5, 6 यह भी एक लोकप्रिय तकनीक है।
TPRxn प्रयोगों आमतौर पर, एक microreactor प्रणाली में प्रदर्शन कर रहे रिएक्टर प्रवाह की वास्तविक समय विश्लेषण और पी के संबंध के लिए एक मास स्पेक्ट्रोमीटर (एमएस) के साथ सुसज्जिततापमान के साथ erformance। अभिकारक गैसों जन प्रवाह नियंत्रकों और तरल पदार्थ का उपयोग कर एक सिरिंज पंप के माध्यम से या एक तरल माध्यम से अक्रिय गैस बुदबुदाती से वाष्प के रूप में पेश किया जा सकता पेश किया जा सकता है। उत्प्रेरक अक्सर बगल में पूर्व व्यवहार किया जाता है प्रतिक्रिया के लिए वांछित उत्प्रेरक चरण के रूप में। कुछ सिस्टम, ठेठ मास स्पेक्ट्रोमीटर से परे है, उत्प्रेरक चयनात्मकता के बारे में मात्रात्मक या गुणात्मक जानकारी, सतह प्रजातियों उत्प्रेरक, या प्रतिक्रिया तंत्र पर उपस्थित प्रदान करने के लिए अतिरिक्त विश्लेषणात्मक उपकरणों के साथ लैस कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, तापमान में सीटू फूरियर में प्रोग्राम रूपांतरण इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR) प्रतिक्रिया तापमान के साथ अलग सतह प्रजातियों के विकास के बारे में जानकारी प्रदान करता है। 7, 8 TPRxn इस काम में प्रदर्शन प्रणाली को और अधिक विशिष्ट एमएस के अलावा एक गैस chromatogram (जीसी) के साथ सुसज्जित है। इस जीसी, चार समानांतर कॉलम के साथ सुसज्जित है, और अधिक सटीक quanti के लिए अनुमति देता हैप्रतिक्रिया उत्पादों की दिखाएं, लेकिन विश्लेषण आवृत्ति में समय यह कॉलम के माध्यम से elute करने के लिए उत्पादों लेता द्वारा सीमित है। इस प्रकार, एमएस और जी सी के संयोजन अभिकारकों और उत्पादों की सही मात्रा का ठहराव के साथ वास्तविक समय पहचान युग्मन के लिए विशेष रूप से उपयोगी हो सकता है।
यहाँ, हम मोलिब्डेनम कार्बाइड उत्प्रेरक पर एसिटिक एसिड के deoxygenation अध्ययन करने के लिए TPRxn पद्धति लागू होते हैं। यह उत्प्रेरक अनुसंधान के क्षेत्र में एक दिलचस्प और महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया है के रूप में एसिटिक एसिड कई कार्बोक्जिलिक बायोमास pyrolysis वाष्प में मौजूद एसिड के लिए एक उपयोगी अनुरूप है। 9 बायोमास pyrolysis वाष्प में उच्च ऑक्सीजन सामग्री ऑक्सीजन हटाने जरूरी हाइड्रोकार्बन ईंधन, 10, 11, 12 और मोलिब्डेनम कार्बाइड उत्प्रेरक furfural, 1-propanol सहित कई बायोमास pyrolysis वाष्प मॉडल यौगिकों, के लिए deoxygenation प्रदर्शन का वादा दिखाया है उत्पादन करने के लिए,phenolics और एसिटिक एसिड। 9, 13, 14, 15, 16 बहरहाल, deoxygenation प्रतिक्रियाओं में गतिविधि और मोलिब्डेनम कार्बाइड उत्प्रेरक की चयनात्मकता उत्प्रेरक संरचना और संरचना, प्रतिक्रिया प्रजातियों और प्रतिक्रिया की स्थिति पर निर्भर है।
डेटा एसिटिक एसिड के TPRxn से एकत्र पता चलता है कि मोलिब्डेनम कार्बाइड उत्प्रेरक सीए ऊपर deoxygenation प्रतिक्रियाओं के लिए सक्रिय हैं 300 डिग्री सेल्सियस, और जब उत्प्रेरक लक्षण वर्णन जानकारी के साथ संयुक्त एसिटिक एसिड कारोबार दरों की गणना के माध्यम से तापमान के एक समारोह के रूप में उत्प्रेरक गतिविधि की मात्रा का ठहराव के लिए अनुमति देता है। TPRxn परिणाम बताते हैं कि deoxygenation (यानी, सीओ बंधन तोड़ने) उत्पादों सीए से नीचे तापमान पर इष्ट हैं 400 डिग्री सेल्सियस और decarbonylation (यानी, सीसी बंधन तोड़ने) उत्पादों favo हैंसीए से ऊपर तापमान पर लाल 400 डिग्री सेल्सियस। इसके अतिरिक्त, TPRxn अध्ययनों गतिविधि में परिवर्तन और मोलिब्डेनम कार्बाइड विभिन्न सिंथेटिक प्रक्रियाओं का उपयोग कर उत्पादन उत्प्रेरक के चयनात्मकता उदाहरण देकर स्पष्ट करना (यानी, अलग मोलिब्डेनम कार्बाइड उत्प्रेरक संरचनाओं और रचनाओं का उत्पादन)। फिर भी, इस जानकारी के मूल्य और अधिक आम तौर पर, उत्प्रेरक डिजाइन और प्रक्रिया अनुकूलन की ओर TPRxn प्रयोगात्मक डेटा के सफल आवेदन प्राप्त आंकड़ों की गुणवत्ता का एक समारोह है। सावधानी से विचार करने और संभावित कठिनाइयों और सीमाओं TPRxn प्रक्रिया के दौरान प्रकाश डाला के ज्ञान सर्वोपरि है।
Protocol
Representative Results
Discussion
TPRxn विधि उत्प्रेरक सामग्री की जांच के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है, गतिविधि और प्रतिक्रिया तापमान के एक समारोह के रूप में एक उत्प्रेरक के चयनात्मकता के बारे में जानकारी प्रदान करते हैं। ऐसे टीपीडी, टीपीओ ?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the Department of Energy Bioenergy Technologies Office under Contract no. DE-AC36-08-GO28308. The U.S. Government retains and the publisher, by accepting the article for publication, acknowledges that the U.S. Government retains a nonexclusive, paid up, irrevocable, worldwide license to publish or reproduce the published form of this work, or allow others to do so, for U.S. Government purposes.
Materials
| glacial acetic acid | Cole-Parmer | EW-88401-62 | alternate supplier acceptable if ACS purity grade. See caution statement in protocol for safety information |
| UHP H₂ | Airgas | HY R300 | alternate supplier acceptable if >99.99% purity |
| UHP He | Airgas | HE R300SS | alternate supplier acceptable if >99.99% purity |
| UHP Ar | Arigas | AR R200 | alternate supplier acceptable if >99.99% purity |
| acetone | VWR International | BDH1101-4LP | alternate supplier acceptable if >99.5% purity |
| quartz chips | Powder Technology Inc. | Crushed Quartz | sieved 180-300 µm, calcined in air at 500 °C overnight |
| mass spectrometer – turbo vacuum pump | Pfeiffer Vacuum | TSU 071 | mass spectrometer is controlled with LabVIEW 2010 software package (National Instruments) |
| mass spectrometer – turbo vacuum pump | Stanford Research Systems | RGA100 | |
| micro gas chromatograph | Agilent | CP740388 | 490 Micro GC; 4-channel system Channel 1: 494001360 Molseive 10m, heated backflush Channel 2: 494001460 PPU 10m, heated backflush Channel 3: 490040 AL2O3/KCL 10+0.2m, heated backflush SPECIAL Channel 4: 492005750 5CB 15m, heated |
| GC software | Aglient | OpenLAB CDS EZChrom Edition | |
| clean gas filters | Agilent | CP17974 | for use on GC carrier gases (He, Ar) |
| quartz "U-tube" reactor | n/a | hand blown glass, custom built to order | |
| bubbler | n/a | custom built to order | |
| ceramic furnace | Watlow | discontinued | Similar furnace part #: VC401J12A-B000R |
| heat tape controller | n/a | custom built with Watlow EZ-zone parts | |
| heat tape | Omega | FGH051-060 | alternate supplier for extreme temperature heat tape acceptable |
| heat tape insulation | JEGS | 710-80809 | alternate supplier acceptable |
| thermocouple | Omega | e.g., KMQSS-062U-18 | K-type thermocouples; alternate sizes may be required |
| thermocouple o-ring | Swagelok | VT-7-OR-001-1/2 | perfluoroelastomer(fluorocarbon FKM) o-ring |
| 2 µm solids filter, VCR gasket | Swagelok | SS-4-VCR-2-2M | |
| 1 µm orifice, VCR gasket | Lenox Laser | SS-4-VCR-2 | for mass spectrometer orifice |
| 316/316L stainless steel tubing and fittings | Swagelok | Varies | See Swagelok 'VCR Metal Gasket Face Seal Fittings' and 'Stainless Steel Seamless Tubing and Tube Support Systems' catalogs for more information |
| 316/316L stainless steel tubing and fittings | Swagelok | Varies | See Swagelok 'Integral-Bonnet Needle Valves', 'Bellows-Sealed Valves' and 'One-Piece Instrumentation Ball Valves' catalogs for more information |
Referencias
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