催化劑表面酸度的快速測定法

湯 濤，翁 蕾，凌鳳香，王少軍

（1.撫順石油化工研究院， 遼寧 撫順 1130011； 2.遼寧石油化工大學, 遼寧 撫順 1130011）

催化劑表面酸度的快速測定法

湯 濤1，翁 蕾2，凌鳳香1，王少軍1

（1.撫順石油化工研究院， 遼寧 撫順 1130011； 2.遼寧石油化工大學, 遼寧 撫順 1130011）

以吡啶為吸附劑，采用差動變壓器代替原來的測高儀來測量重量變化，實現了化學吸附量的自動記錄，并與石英彈簧重量吸附—紅外光譜法測定的結果比較，結果表明：兩種方法測得結果的相關性很好，差動變壓器重量吸附法靈敏度更高。這種裝置還可以推廣到其它重量吸附儀上，并且比國外電子天平重量吸附成本低，便于推廣。

差動變壓器；重量吸附；催化劑；酸性

石英彈簧重量吸附—紅外光譜法測定固體催化材料表面酸性已廣泛用于石油化工行業中[1-2]。用石英彈簧秤進行堿性氣體重量吸附測量法，一直使用測高儀來測量石英彈簧的高度變化，是一種目測手工操作，若繪制吸附和脫附曲線則要逐點測量手工描繪，判斷平衡則須連續不斷的觀察，視高度不變時為平衡，對快速吸附和脫附就無法跟蹤測量，因而不適合快速分析及靈敏度更高的要求。

本文應用差動變壓器代替原始的測高儀來自動記錄催化材料的堿性物化學吸附量[3]，稱為石英彈簧自動記錄法。石英彈簧自動記錄是由石英彈簧重量吸附管裝有差動變壓器來實現的，它將重量變化轉換成電信號，再將電信號同時送入計算機或數顯毫伏表等檢測系統，以檢測樣品上堿性物的化學吸附量即酸量[4]。可自動判斷平衡、打印出酸度結果，可直觀、快速地測定樣品吸附堿性氣體的重量，提高了分析的精確度。

1 實驗部分

1.1 儀器和實驗裝置

美國Nicolet-6700型傅式紅外光譜儀；

自制差動變壓器；

自制抽真空系統-包括抽真空系統、溫控系統和石英紅外吸收池（見圖1）。

壓片機，壓片模具,內徑20 mm。

圖1 差動變壓器真空系統及重量吸附裝置Fig.1 The Vacuum system and weight adsorption device of differential transformer

1.2 試劑和樣品

吡啶，化學純試劑；催化劑樣品。

2 結果與討論

差動變壓器是一個電感式位移傳感器，有鐵芯和差動線圈組成（見圖2）。鐵芯懸掛于石英彈簧下端，其初始位置處于差動線圈的中心位置，兩組次級線圈因對應關系感應所產生的電動勢相等，加之輸出時反相串聯，故輸出電壓為零，記錄儀指示零。

當樣品因脫附和吸附引起彈簧縮短或伸長時，鐵芯位置偏離零點位置，差動線圈兩個次級失去平衡，次級線圈輸出一電壓，經相敏整流轉變成直流毫伏信號，在記錄儀上記錄重量隨時間變化的關系曲線。

圖2 差動變壓器結構圖Fig.2 Structure chart of differential transformer

實驗在裝有石英彈簧重量吸附管的抽真空系統上完成的。樣品在真空度為10-3Pa，溫度500 ℃下凈化1 h，讀凈化前后毫伏數，計算樣品凈重；降至室溫吸附吡啶1 min，吸附平衡1 h后真空度達到10-3Pa，記錄儀所記錄的的毫伏數不變時，認為脫物理吸附完畢，記錄毫伏數，作為化學吸附吡啶的量度。

在快速測定酸度的裝置上，可同時采用多套裝有差動變壓器的石英彈簧重量吸附管，通過數顯表和計算機自動進行酸量測定，它是快速測定酸度的好方法。將本裝置連接紅外吸收池還可以測量紅外酸類型。如上述多套石英彈簧重量變化仍用測高儀來測定，那是相當繁瑣的操作。因此酸度快速測定裝置用來測定酸度可提高工作效率，減少操作人員的勞動強度，并同時出多組實驗數據，是做在線分析或篩選單體及催化劑酸量的有效、快速的分析工具。

該裝置可推廣到程序升溫脫附和其它重量吸附儀上，這種重量吸附裝置比進口化學電子吸附天平成本低，宜于推廣。

本方法所采用的差動變壓器的線性范圍寬，基線變動性小。表1為4套石英彈簧的靈敏度和線性范圍，因為4套石英彈簧的彈性系數不同，又因差動變壓器和鐵芯結構影響，這4套的靈敏度和線性范圍有些差別。

用多次測定時輸出毫伏數的重復程度來表示儀器的重復性。表2為11次日重復性測定結果。在真空狀態下經過8 h時連續穩定性試驗，計算機畫出的基線不變，數顯表的值在76 mV誤差1 mV。經11次日測定零點變動性極小，說明該方法重復性和穩定性良好。

表1 石英彈簧的靈敏度和線性范圍Table 1 Sensitivity and Linear scale of quartz spring

表2 11次重復性測定結果Table 2 Results of eleven times repetitive measurements

快速酸法酸度與石英彈簧重量吸附法酸度測定結果對比見表3。

表3 快速酸法酸度與石英彈簧重量吸附法酸度對比Table 3 Rapid determination method vs.quartz spring weight adsorption method

快速酸法實驗的條件是：真空度為10-3Pa，溫度500 ℃下凈化樣品1 h，讀毫伏數，計算樣品凈重；降溫至室溫吸附砒啶1 min，平衡1 h；脫砒啶，真空度達10-2Pa升溫至160 ℃，恒溫1 h后真空度達10-3Pa記錄毫伏數。

紅外光譜法的條件是：10-3Pa，500 ℃ 1 h凈化，降至室溫吸砒啶了；160 ℃，脫砒啶真空度達10-3Pa，以測高儀測量高度變化計算酸量。

從表3可以看出2種方法的酸度結果相關性好。完全可以代替石英彈簧做堿性氣體吸附量的測試。

表4 9次測量結果的標準偏差Table 4 Standard deviation of nine times repetitive measurements mmol/g

快速測定酸度法 11次實驗結果的標準偏差為0.005；比石英彈簧重量吸附法的標準偏差（0.026）低得多（見表4），因此該方法重復性和穩定性良好。用于沸石催化劑法的酸度測試結果與用測高儀讀數的石英彈簧重量法的相關性好，完全可以代替石英彈簧做堿性氣體吸附量的測試。

3 結 論

差動變壓器法所測得酸度與石英彈簧重量法酸度值基本相同，兩種方法測得的結果的相關性很好，并且相對標準偏差比石英彈簧重量低得多。

差動變壓器重量吸附法重復性和穩定性良好，靈敏度更高，適合測量低酸度值的樣品。

由于是即時監測更適合于快速分析的需要。

[1]湯濤，凌鳳香，王少軍.石英彈簧重量吸附—紅外光譜法測定催化劑固體表面酸性[J].當代化工，2010，29（5）：600-602.

[2]田部浩三（日）.固體酸堿及其催化性質[M].趙君生,張嘉郁,譯.北京:化學工業出版社,1979.

[3]湯濤.用IR-電子天平重量吸附法快速測定催化劑表面酸度[J].分析試驗室,2004,23（6）：57-59.

[4]Parry E.P.An infrared study of pyridine adsorbed on acidie solids,characterization of surface acidity[J].Journal of Catalysis,1963,2(2): 371-379.

Rapid Determination Method of Surface Acidity on Catalysts

TANG Tao1，WENG Lei2，LING Feng-xiang1，WANG Shao-jun1
(1 Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, Liaoning Fushun 113001, China；2.Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China）

Taking pyridine as adsorbent, the differential transformer was used to replace original altigraph to measure weight change, automatic recording of chemistry adsorption amounts was realized.The measurement results with above method were compared with the results of the quartz spring weight adsorption-infrared spectra method.The results show that relativity of the two methods is very good, sensitivity of differential transformer weight adsorption method is higher.This device can also be extended to other weight adsorption instruments，has more cost-effective than abroad electronic balance weight adsorption.

Differential transformer;Mass adsorption;Catalyst;Acidity

O 657.33

A

1671-0460（2011）04-0436-03

2010-12-13

湯濤（1963-），男，遼寧撫順人，高級工程師，1987年畢業于撫順石油學院石油加工專業，現主要從事催化劑表征工作。E-mail:lnfstang@yahoo.com.cn,Tel:0413-6389658。