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如何提高反應的穩定性?

問:       催化反應的穩定性很重要,我們實驗室做的實驗重復性都比較差,經常重復不出來,同樣的催化劑,同樣的條件,結果差蠻多的....

     不知道大家都是怎樣保持自己實驗穩定的,比方說催化劑的使用,我們用的是精確到小數點后一位的電子秤,多加一點少加一點沒有變化都,不知道這樣會不會有很大影響?
      還有就是我們用的是自行設計的反應器,就是一根石英管插在加熱套里,每次催化劑床層的位置我都是盡量保持一致,但也不敢保證一定一樣,不知道大家有沒有什么好的建議呀?


答1:
多相反應中經常有很多影響,重復性真的是一個很頭疼的問題。
催化劑的量,裝填方式(工科上有明確的要求,至少要形成平推流,要求催化劑管的長徑比,催化劑的裝填高度),強放熱反應催化劑在載體上的分布等都有影響。但據我們的實驗結果,這些影響都不太大。
一般比較大的難重復的,都是在制備中的影響。例如一般的浸漬、例如共沉淀。不同的加料方式,甚至我們在做一個催化劑老化時燒杯上加不加蓋都對結果有著決定性的影響,還有焙燒(特別是無法程序升溫的)方式等等。

答2:
評價催化劑一般在實驗操作方面遵循以下幾個原則:
1.實驗數據應在穩定期內取得。催化劑的使用壽命通常依據活性隨時間變化可劃分為誘導期、穩定期和失活期,盡管這三個區間很難嚴格劃分,但可以這樣認為:誘導期是向產物組成達到相對平衡的過程,穩定期是活性、選擇性變化較小的過程,而失活期是活性快速下降、選擇性變差的過程。通常誘導期不太長,在小試評價實驗中,可以選擇反應液流過催化劑床層1h后再開始接樣分析或在線分析。在空速固定的對比實驗、重復實驗中,選擇起始接樣或在線分析的時刻應盡量一致。
2.催化劑的粒度和裝填條件比較關鍵。對非均相催化反應,完整的過程包括(1)反應物分子從反應混合物本體擴散至催化劑外表面液膜層、(2)反應物分子透過外表面液膜層擴散至催化劑表面、(3)反應物分子與催化劑的活性中心發生化學吸附作用、(4)反應物分子在催化活性中心作用下轉化為過渡態中間物、(5)過渡態中間物從催化活性中心上解離形成產物分子、(6)產物分子從催化劑表面擴散至液膜層、(7)產物分子透過液膜層擴散至反應混合物本體。在上述7個步驟中(1)、(2)、(6)、(7)為擴散控制因素,(3)、(4)、(5)為反應動力學控制因素。實驗操作中應盡量消除步驟(1)、(7)即外擴散控制因素的影響,同時盡量避免反應物未進行反應而直接從催化劑顆粒間的空隙通過,因此在連續流動管式固定床非均相催化反應中,催化劑床層高度、催化劑粒度、反應管直徑、反應混合物黏度需滿足一定關系。對黏度系數較低的反應混合物,用直徑D=1cm以上反應管裝填20-40目的催化劑的床層高度一般至少應滿足h/D>5。在裝填催化劑時應振動床層盡量使催化劑顆粒密切接觸,保證床層高度一致。
3.催化劑床層的控溫精確度和溫度梯度是關鍵影響因素。因此催化劑的裝填位置和高度十分重要,裝填位置應固定并處于反應管恒溫區,催化劑床層的溫度梯度越小越好,如反應溫度在100-200℃床層內溫差盡量不超過3℃,控溫精確度在±2℃以內。注意反應溫度應直接測床層的而不是反應管外的。
至于催化劑稱量的問題,準確稱量關系到你做學問的態度和基本素質,就不必多說了吧。避談實驗室條件的制約,很多困難自己想想辦法總是能解決的。我不相信你找不到一臺好一點的臺秤或半自動光電分析天平,自己實驗室沒有總不至于鄰近實驗室也沒有吧。精確到小數點后一位的電子秤只適合用于幾克以上量級的稱量,除非你的催化劑用量在幾克以上,否則這么大的標準偏差擺在那,只要掉在誤差范圍內,結果差蠻多有什么好希奇的。

答3:
我做的反應重復性也很差, 催化劑相同的制備方法,相同的反應條件,相同的反應時間,但是產物的轉化率去相差很大。不知道是那出的問題 ?

答4:
你說的因素固然有可能影響重復性,但影響重復性的因素很多,制備是一個很重要、但也是一個重復性不好的過程,有些催化劑的存放時間,存放條件也會影響活性。不過同一批催化劑連續評價兩遍應該相差不大。