Measurement of Diffuse Reflection from Catalyst Powders

Význam tématu

Aluminium oxide jako nosič katalyzátorů je klíčový materiál v průmyslových procesech, například při hydrogenaci nebo desulfurizačních reakcích.
Monitorování chemického stavu a disperze aktivní fáze (např. nanočástice niklu) je nezbytné pro optimalizaci přípravy katalyzátorů.
Diffuse reflectance UV-Vis-NIR spektroskopie poskytuje neinvazivní způsob sledování elektronických přechodů a vibračních přebudů na povrchu pevných vzorků.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo využít spektrofotometr Agilent Cary 5000 s přístupkovou sondou Praying Mantis pro in situ měření difuzní reflexe jemných práškových katalyzátorů při teplotách od 20 °C do 250 °C.
Hlavní úlohou bylo sledovat transformaci hydrátované formy nikelnatého dusičnanu na hydroxynitrát a následnou tvorbu NiO, spolu s dehydratací podpůrného oxidu hlinitého.

Použitá instrumentace

• Agilent Cary 5000 UV-Vis-NIR spektrofotometr
• Praying Mantis difuzně-reflexní příslušenství s vysokoteplotní reakcní komorou a SiO2 okny
• Malá prášková kyveta (~0,1 cm3) v centru sondy
• Referenční materiál PTFE, měření s průtokem vzduchu při 20 °C

Hlavní výsledky a diskuse

Sledování v Kubelka-Munkových jednotkách odhalilo tři hlavní pásy Ni2+ v oktaedrické geometrii:

• ~390 nm: posun pásu dokládá přechod hexaaqua niklu na hydroxynitrát do 110 °C
• ~600 nm: doplňkové elektronické přechody Ni2+
• ~1 200 nm: širší NIR pás spojený s vibracemi ligandů

Nad 230 °C se objevují charakteristické znaky tvorby NiO a mizí hydratační přebudové pásy.
NIR oblasti kolem 1 450 nm, 1 950 nm a 2 300 nm dokumentují dehydrataci a odstranění hydroxylových skupin z Al2O3.

Přínosy a praktické využití metody

• Měření velmi malých objemů vzorku s vysokou citlivostí
• Vysoké rozlišení a signál-šum umožňuje detekci slabých reflexních signálů
• In situ sledování termických a reaktivních procesů na práškových katalyzátorech
• Vhodné pro rutinní i výzkumné aplikace v heterogenní katalýze

Budoucí trendy a možnosti využití

• Studium různých kovových katalyzátorů a jejich směsí v reálném čase
• Časově rozlišená spektroskopie pro detailní kinetické studie
• Simulace provozních podmínek s různými plynnými atmosférami
• Pokročilá chemometrie pro kvantifikaci fází a koncentrací

Závěr

Systém Agilent Cary 5000 s příslušenstvím Praying Mantis prokázal vynikající schopnost sledovat termické přeměny nikelnatých katalyzátorů na Al2O3 v reálném čase.
Metoda poskytuje detailní elektronickou a vibrační charakterizaci, nezbytnou pro optimalizaci přípravy a výkonu katalyzátorů.

Reference

• Marceau E, Perier C, Burt T. Measurement of Diffuse Reflection from Catalyst Powders Using the Praying Mantis Accessory and Agilent Cary 5000 UV-Vis-NIR Spectrophotometer. Agilent Technologies Application Note; 2023.