Metody charakterystyki katalizatorów. Część II: Badania właściwości powierzchni katalizatora

• Autorzy: Gryboś J. , Kaczmarczyk J. , Mazur T. , Sobańska K.

Warianty tytułu

EN

Methods of catalysts characterization. Part II: Surface properties of a catalyst

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem artykułu jest zaprezentowanie obecnego stanu rozwoju metod badawczych, wybranych przez autorów jako najważniejszych dla rozwoju katalizy przemysłowej. W poprzedniej części pracy autorzy opisali metody badania struktury katalizatorów. Tutaj uwaga skupiona jest na właściwościach powierzchniowych katalizatora, co bezpośrednio decyduje o jego aktywności katalitycznej. Przedstawione zostaną metody oparte na badaniu drgań i rotacji na poziomie molekularnym (spektroskopia ramanowska – RS, spektroskopia w podczerwieni – IR) oraz badania aktywności katalitycznej (temperaturowo programowana reakcja powierzchniowa – TPSR). Zaprezentowane metody spektroskopowe pozwalają na opis centrum aktywnego katalizatora, zarówno w formie nieaktywnej, jak i in-situ, w kontakcie powierzchni katalitycznej z reagentami. Dzięki TPSR możliwe jest scharakteryzowanie aktywności katalizatora oraz sprawdzenie wpływu różnych czynników (temperatura, obecność innych reagentów) na przebieg reakcji katalitycznej. Komplementarne użycie opisanych metod pozwala na kompleksowe poznanie budowy katalizatora – zarówno fazy objętościowej, jak i powierzchni, ze szczególnym uwzględnieniem centrum aktywnego – oraz mechanizmu reakcji katalitycznej, wraz z poznaniem produktów przejściowych i wpływu trucizn na etapy molekularne reakcji katalitycznej. Uzyskanie kompleksowej informacji pozwala na dalszą modyfikację katalizatora w zależności od warunków panujących w konkretnym przemysłowym układzie katalitycznym.

EN

The aim of this article is to present the current state of progress of research methods, selected by the authors as the most important for development of industrial catalysis. In the previous part of this article, the authors described the methods used to study the structure of catalysts. In this part, the focus is on the surface properties of the catalyst, which directly determine the its catalytic activity. The methods presented will be based on the studies of vibrations and rotations at the molecular level (Raman spectroscopy – RS, infrared spectroscopy – IR) and catalytic activity tests (temperature programmed surface reaction – TPSR). The described spectroscopic methods allow to describe the active center of the catalyst in both the inactive as well as in-situ forms, in contact with the catalytic surface with reagents. By means of TPSR it is possible to characterize the catalytic activity and check the influence of many factors (temperature, presence of other reagents) on the course of catalytic reaction. Complementary usage of the presented methods allows for comprehensive knowledge of catalytic material structure – both bulk and lattice, with special regard to the active center – and the catalytic reaction mechanism, including knowledge of intermediate products and the impact of poison on the molecular stages of the catalytic reaction. After obtaining such complex information it is possible to modify the catalyst, depending on the conditions present in a particular industrial catalytic installation.

Słowa kluczowe

PL

temperaturowo programowana reakcja powierzchniowa; spektroskopia w podczerwieni; spektroskopia Ramana

EN

temperature-programmed surface reaction; infrared spectroscopy; Raman spectroscopy

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 71, nr 2
• Strony: 119--124
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., il.

Twórcy

autor

Gryboś J.

• Uniwersytet Jagielloński Wydział Chemii UJ ul. Ingardena 3 30-060 Kraków

autor

Kaczmarczyk J.

• Uniwersytet Jagielloński Wydział Chemii UJ ul. Ingardena 3 30-060 Kraków

autor

Mazur T.

• Uniwersytet Jagielloński Wydział Chemii UJ ul. Ingardena 3 30-060 Kraków

autor

Sobańska K.

• Uniwersytet Jagielloński Wydział Chemii UJ ul. Ingardena 3 30-060 Kraków

Bibliografia

• [1] Bielanski A.: Podstawy chemii nieorganicznej. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa 2006, s. 449-451.
• [2] Praca zbiorowa pod redakcją M. Najbar: Fizykochemiczne melody badan katalizatorow kontaktowych. Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków 2000.
• [3] Bradford M., Vannice M.: CO2 Reforming of CH4 over Supported Ru Catalysts. Journal of Catalysis 1997, 183, pp. 69-75.
• [4] Ma D., Shu Y., Cheng M., Xu Y., Bao X.: On the Induction Period of Methane Aromatization over Mo-Based Catalysts. Journal of Catalysis 2000, 194, pp. 105-114.
• [5] Topsoe N., Topsoe H., Dumesic J.: Vanadia/Titania Catalysts for Selective Catalytic Reduction (SCR) of Nitric-Oxide by Ammonia: I. Combined Temperature-Programmed in-Situ FTIR and On-line Mass-Spectroscopy Studies. Journal of Catalysis 1995, 151, pp. 226-240.
• [6] Piskorz W., Zasada F., Stelmachowski P., Kotarba A., Sojka Z.: Experimental and DFT studies of N2O decomposition over bare and Co-doped magnesium oxide-insights into the role of active sites topology in dry and wet condition. Catalysis Today 2008, 137, pp. 423-428.
• [7] Donati G., Paludetto R.: Scale up of chemical reactors. Catalysis Today 1997, 34, pp. 483-533.
• [8] Rutkowska M., Chmielarz L., Jablonska M., Van Oers C. J., Cool P.: Iron-exchanged ZSM-5 and Y zeolites calcined at different temperatures: activity in N2O decomposition. Journal of Porous Materials 2014, 21, pp. 91-98.
• [9] Giecko G., Borowiecki T., Gac W., Kruk J.: Fe2O3/Al2O3 catalysts for the N2O decomposition in the nitric acid industry. Catalysis Today 2008, 137, pp. 403-409.
• [10] Sadlej J.: Spektroskopia molekularna. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2002.
• [11] Kecki Z.: Podstawy spektroskopii molekularnej. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1998.
• [12] Zhang R., Zhong Q., Zhao W., Yu L., Qu H.: Promotional effect of fluorine on the selective catalytic reduction of NO with NH3 over CeO2-TiO2 catalyst at low temperature. Applied Surface Science 2014, 289, pp. 237-244.
• [13] Wang X., Gui K.: Fe2O3 particles as superior catalysts for low temperature selective catalytic reduction of NO with NH3. Journal of Environmental Sciences 2013, 25, pp. 2469-2475.
• [14] Silverstein R. M.: Spektroskopowe metody identyfikacji zwiazkow organicznych. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2008.
• [15] Zielinski W.: Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do identyfikacji zwiazkow organicznych. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2000.
• [16] Szafran M., Dega-Szafran Z.: Okreslanie struktury zwiazkow organicznych metodami spektroskopowymi: tablice i cwiczenia. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1988.
• [17] Groen J. C., Abello S., Villaescusa L. A., Perez-Ramirez J.: Mesoporous beta zeolite obtained by desilication. Microporous and Mesoporous Materials 2008, 114, s. 93–102.
• [18] Gil B., Mokrzycki L., Sulikowski B., Olejniczak Z., Walas S.: Desilication of ZSM-5 and ZSM-12 zeolites: Impact on textural acidic and catalytic properties. Catalysis Today 2010, 152, pp. 24–32.
• [19] Wachs I. E.: Raman and IR studies of surface metal oxide species on oxide supports: Supported metal oxide catalysts. Catalysis Today 1996, 27, pp. 437–455.