催化剂表面酸度的快速测定法

汤 涛，翁 蕾，凌凤香，王少军

（1.抚顺石油化工研究院， 辽宁 抚顺 1130011； 2.辽宁石油化工大学, 辽宁 抚顺 1130011）

催化剂表面酸度的快速测定法

汤 涛1，翁 蕾2，凌凤香1，王少军1

（1.抚顺石油化工研究院， 辽宁 抚顺 1130011； 2.辽宁石油化工大学, 辽宁 抚顺 1130011）

以吡啶为吸附剂，采用差动变压器代替原来的测高仪来测量重量变化，实现了化学吸附量的自动记录，并与石英弹簧重量吸附—红外光谱法测定的结果比较，结果表明：两种方法测得结果的相关性很好，差动变压器重量吸附法灵敏度更高。这种装置还可以推广到其它重量吸附仪上，并且比国外电子天平重量吸附成本低，便于推广。

差动变压器；重量吸附；催化剂；酸性

石英弹簧重量吸附—红外光谱法测定固体催化材料表面酸性已广泛用于石油化工行业中[1-2]。用石英弹簧秤进行碱性气体重量吸附测量法，一直使用测高仪来测量石英弹簧的高度变化，是一种目测手工操作，若绘制吸附和脱附曲线则要逐点测量手工描绘，判断平衡则须连续不断的观察，视高度不变时为平衡，对快速吸附和脱附就无法跟踪测量，因而不适合快速分析及灵敏度更高的要求。

本文应用差动变压器代替原始的测高仪来自动记录催化材料的碱性物化学吸附量[3]，称为石英弹簧自动记录法。石英弹簧自动记录是由石英弹簧重量吸附管装有差动变压器来实现的，它将重量变化转换成电信号，再将电信号同时送入计算机或数显毫伏表等检测系统，以检测样品上碱性物的化学吸附量即酸量[4]。可自动判断平衡、打印出酸度结果，可直观、快速地测定样品吸附碱性气体的重量，提高了分析的精确度。

1 实验部分

1.1 仪器和实验装置

美国Nicolet-6700型傅式红外光谱仪；

自制差动变压器；

自制抽真空系统-包括抽真空系统、温控系统和石英红外吸收池（见图1）。

压片机，压片模具,内径20 mm。

图1 差动变压器真空系统及重量吸附装置Fig.1 The Vacuum system and weight adsorption device of differential transformer

1.2 试剂和样品

吡啶，化学纯试剂；催化剂样品。

2 结果与讨论

差动变压器是一个电感式位移传感器，有铁芯和差动线圈组成（见图2）。铁芯悬挂于石英弹簧下端，其初始位置处于差动线圈的中心位置，两组次级线圈因对应关系感应所产生的电动势相等，加之输出时反相串联，故输出电压为零，记录仪指示零。

当样品因脱附和吸附引起弹簧缩短或伸长时，铁芯位置偏离零点位置，差动线圈两个次级失去平衡，次级线圈输出一电压，经相敏整流转变成直流毫伏信号，在记录仪上记录重量随时间变化的关系曲线。

图2 差动变压器结构图Fig.2 Structure chart of differential transformer

实验在装有石英弹簧重量吸附管的抽真空系统上完成的。样品在真空度为10-3Pa，温度500 ℃下净化1 h，读净化前后毫伏数，计算样品净重；降至室温吸附吡啶1 min，吸附平衡1 h后真空度达到10-3Pa，记录仪所记录的的毫伏数不变时，认为脱物理吸附完毕，记录毫伏数，作为化学吸附吡啶的量度。

在快速测定酸度的装置上，可同时采用多套装有差动变压器的石英弹簧重量吸附管，通过数显表和计算机自动进行酸量测定，它是快速测定酸度的好方法。将本装置连接红外吸收池还可以测量红外酸类型。如上述多套石英弹簧重量变化仍用测高仪来测定，那是相当繁琐的操作。因此酸度快速测定装置用来测定酸度可提高工作效率，减少操作人员的劳动强度，并同时出多组实验数据，是做在线分析或筛选单体及催化剂酸量的有效、快速的分析工具。

该装置可推广到程序升温脱附和其它重量吸附仪上，这种重量吸附装置比进口化学电子吸附天平成本低，宜于推广。

本方法所采用的差动变压器的线性范围宽，基线变动性小。表1为4套石英弹簧的灵敏度和线性范围，因为4套石英弹簧的弹性系数不同，又因差动变压器和铁芯结构影响，这4套的灵敏度和线性范围有些差别。

用多次测定时输出毫伏数的重复程度来表示仪器的重复性。表2为11次日重复性测定结果。在真空状态下经过8 h时连续稳定性试验，计算机画出的基线不变，数显表的值在76 mV误差1 mV。经11次日测定零点变动性极小，说明该方法重复性和稳定性良好。

表1 石英弹簧的灵敏度和线性范围Table 1 Sensitivity and Linear scale of quartz spring

表2 11次重复性测定结果Table 2 Results of eleven times repetitive measurements

快速酸法酸度与石英弹簧重量吸附法酸度测定结果对比见表3。

表3 快速酸法酸度与石英弹簧重量吸附法酸度对比Table 3 Rapid determination method vs.quartz spring weight adsorption method

快速酸法实验的条件是：真空度为10-3Pa，温度500 ℃下净化样品1 h，读毫伏数，计算样品净重；降温至室温吸附砒啶1 min，平衡1 h；脱砒啶，真空度达10-2Pa升温至160 ℃，恒温1 h后真空度达10-3Pa记录毫伏数。

红外光谱法的条件是：10-3Pa，500 ℃ 1 h净化，降至室温吸砒啶了；160 ℃，脱砒啶真空度达10-3Pa，以测高仪测量高度变化计算酸量。

从表3可以看出2种方法的酸度结果相关性好。完全可以代替石英弹簧做碱性气体吸附量的测试。

表4 9次测量结果的标准偏差Table 4 Standard deviation of nine times repetitive measurements mmol/g

快速测定酸度法 11次实验结果的标准偏差为0.005；比石英弹簧重量吸附法的标准偏差（0.026）低得多（见表4），因此该方法重复性和稳定性良好。用于沸石催化剂法的酸度测试结果与用测高仪读数的石英弹簧重量法的相关性好，完全可以代替石英弹簧做碱性气体吸附量的测试。

3 结 论

差动变压器法所测得酸度与石英弹簧重量法酸度值基本相同，两种方法测得的结果的相关性很好，并且相对标准偏差比石英弹簧重量低得多。

差动变压器重量吸附法重复性和稳定性良好，灵敏度更高，适合测量低酸度值的样品。

由于是即时监测更适合于快速分析的需要。

[1]汤涛，凌凤香，王少军.石英弹簧重量吸附—红外光谱法测定催化剂固体表面酸性[J].当代化工，2010，29（5）：600-602.

[2]田部浩三（日）.固体酸碱及其催化性质[M].赵君生,张嘉郁,译.北京:化学工业出版社,1979.

[3]汤涛.用IR-电子天平重量吸附法快速测定催化剂表面酸度[J].分析试验室,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

汤涛（1963-），男，辽宁抚顺人，高级工程师，1987年毕业于抚顺石油学院石油加工专业，现主要从事催化剂表征工作。E-mail:lnfstang@yahoo.com.cn,Tel:0413-6389658。