LABORATORIUM Z KATALIZY HOMOGENICZNEJ I HETEROGENICZNEJ POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ CHEMICZNY. Miejsce ćwiczenia: Zakład Chemii Fizycznej, sala 109

Transkrypt

1 POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ CHEMICZNY KATEDRA FIZYKOCHEMII I TECHNOLOGII POLIMERÓW CHARAKTERYSTYKA SKŁADU KATALIZATORA - SPEKTROSKOPIA RAMANA Miejsce ćwiczenia: Zakład Chemii Fizycznej, sala 109 LABORATORIUM Z KATALIZY HOMOGENICZNEJ I HETEROGENICZNEJ 1

2 I. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodą badania składu katalizatorów heterogenicznych z zastosowaniem spektroskopii Ramana. II. WSTĘP, PODSTAWY TEORETYCZNE Spektroskopia Ramana to jedna z technik pozwalającą na wszechstronne badanie składu powierzchniowego katalizatora. Daje ona również możliwość śledzenia procesu katalitycznego in situ i badania produktów pośrednich oraz kompleksów adsorpcyjnych powstających w trakcie reakcji na powierzchni katalizatora. Ważną zaletą tej techniki jest możliwość badania szerokiego spektrum materiałów: prostych tlenków, tlenków złożonych, tlenków na nośnikach, metali na nośnikach, siarczków metali i tychże związków na nośnikach, zeolitów, sit molekularnych, heteropolizwiązków. Najczęściej badanymi katalizatorami przy użyciu spektroskopii Ramana są katalizatory tlenkowe zarówno w postaci czystych tlenków jak i w postaci tlenków nanoszonych na różnorodne nośniki. Analiza widm Ramana tych preparatów jest ułatwiona ze względu na to, że pasma charakterystyczne dla tlenków mają dużą intensywność, natomiast nośniki posiadają pasma charakterystyczne o słabej intensywności. Często też pasma charakterystyczne dla nośnika występują przy znacznie niższych wartościach przesunięcia Ramana, niż to ma miejsce w przypadku tlenków. Najważniejsze informacje dotyczące układów tlenkowych na nośnikach jakie można uzyskać przy zastosowaniu tej techniki to: Skład katalizatora i jego zmiany w zależności od zastosowanych warunków pomiaru np.: próżnia, obecność czynników redukujących, obecność tlenu, atmosfera bezwodna, obecność trucizn katalizatora Rozmieszczenie fazy aktywnej na powierzchni nośnika Diagnozowanie które wiązania metal-tlen katalizatora uczestniczą w reakcji katalitycznego utleniania (przy użyciu izotopów) Ocena stopnia zredukowania powierzchni katalizatora w czasie przebiegu reakcji Badanie stosunku ilościowego wiązań terminalnych metal-tlen (M-O)i wiązań mostkujących metal-tlen-metal (M-O-M) na powierzchni katalizatora Badanie właściwości kwasowo-zasadowych powierzchni katalizatora 1

3 III. WYKONANIE ĆWICZENIA Aparatura Do wykonania widm Ramana badanych próbek używa się spektrometru Ramana typ Renishaw invia wyposażonego w mikroskop Leica DM 2500M. Stosuje się laser argonowy emitujący światło o długości fali 514 nm. Odczynniki γ-al 2 O 3 Co 3 O 4 Fe 2 O 3 CuO NiO Fe(NO 3 ) 3 9H 2 O Co(NO 3 ) 2 6H 2 O Cu(NO 3 ) 2 3H 2 O Ni(NO 3 ) 2 6H 2 O Cu(HCOO) 2 Cu(CH 3 COO) 2 H 2 O 2

4 Pomiary 1.Obliczanie zawartości fazy aktywnej w otrzymanym katalizatorze heterogenicznym Katalizator otrzymany podczas ćwiczeń preparatywnych należy zważyć na wadze analitycznej z dokładnością do 4 miejsca po przecinku. 2.Rejestracja widm Ramana Należy zarejestrować szereg widm Ramana syntezowanego katalizatora heterogenicznego, niemodyfikowanego nośnika, czystej fazy aktywnej (odpowiedniego tlenku złożonego i prostych tlenków) oraz prekursorów fazy aktywnej. 3

5 IV. ZASADY BEZPIECZENSTWA I UTYLIZACJI ODPADÓW UWAGA: W razie niepożądanego kontaktu z substancją niebezpieczną natychmiast powiadomić prowadzącego zajęcia Odczynnik Klasyfikacja Środki bezpieczeństwa γ-al 2O 3 Fe 2O 3 Co 3O 4 NiO Nie jest klasyfikowany jako substancja niebezpieczna Może powodować reakcję alergiczną skóry Wdychanie może spowodować raka Podejrzewa się, że powoduje raka. Przy kontakcie z oczami: przepłukać wodą Przy wdychaniu: świeże powietrze, skonsultować się z lekarzem jeżeli poszkodowany Przy kontakcie z oczami: przepłukać wodą Przy kontakcie ze skóra przemyć wodą z mydłem Przy wdychaniu: świeże powietrze, skonsultować się z lekarzem jeżeli poszkodowany. Postępowanie z odpadami umieścić w pojemniku na odpady stałe umieścić w pojemniku na odpady stałe CuO Fe(NO 3) 3 9H 2O Co(NO 3) 2 6H 2O Działa szkodliwie po połknięciu Działa bardzo toksycznie na organizmy wodne, powodując długotrwałe skutki dla środowiska Może intensyfikować pożar Działa drażniąco na skórę. Działa drażniąco na oczy. Może powodować podrażnienie dróg oddechowych. Może intensyfikować pożar Działa szkodliwie po połknięciu. Może powodować reakcję alergiczną skóry. Może powodować objawy alergii lub astmy lub trudności w oddychaniu w następstwie wdychania. Przy kontakcie z oczami: przepłukać wodą umieścić w pojemniku na odpady stałe Przy wdychaniu: świeże powietrze, skonsultować się z lekarzem jeżeli poszkodowany Przy kontakcie z oczami: przepłukać wodą 4

6 Cu(NO 3) 2 3H 2O Ni(NO 3) 2 6H 2O Cu(HCOO) 2 Podejrzewa się, że wdychanie może spowodować raka. Może działać szkodliwie na płodność lub na dziecko w łonie matki. Działa bardzo toksycznie na organizmy wodne, powodując długotrwałe skutki Może intensyfikować pożar; utleniacz. Działa szkodliwie po połknięciu. Działa drażniąco na skórę. Powoduje poważne uszkodzenie oczu. Działa bardzo toksycznie na organizmy wodne Może intensyfikować pożar; utleniacz Działa szkodliwie po połknięciu. Działa drażniąco na skórę. Może powodować reakcję alergiczną skóry. Powoduje poważne uszkodzenie oczu. Działa szkodliwie w następstwie wdychania. Może powodować objawy alergii lub astmy lub trudności w oddychaniu w następstwie wdychania Podejrzewa się, że ma działanie mutagenne Wdychanie może spowodować raka. Może działać szkodliwie na dziecko w łonie matki. Powoduje uszkodzenie narządów poprzez długotrwałe lub wielokrotne narażenie. Działa bardzo toksycznie na organizmy wodne powodując długotrwałe skutki Działa drażniąco na skórę, oczy i drogi oddechowe Przy kontakcie ze skóra przemyć wodą i niezwłocznie zawieźć do szpitala 5

7 Cu(CH 3COO) 2 H 2O Działa szkodliwie po połknięciu. Działa drażniąco na skórę, oczy i drogi oddechowe Działa bardzo toksycznie na organizmy wodne 6

8 V. OPRACOWANIE WYNIKÓW Wyszukać w bazie danych czasopism naukowych Biblioteki Politechniki Śląskiej informacji dotyczących wyglądu oraz parametrów widm Ramana: odpowiedniego spinelu, prostych tlenków, prekursorów oraz nośnika. Omówić, na podstawie samodzielnie otrzymanych widm Ramana, i informacji uzyskanych w wyniku kwerendy literaturowej, skład fazowy syntezowanego katalizatora heterogenicznego. Znając masę nośnika (γ-al 2 O 3 ) użytego do syntezowania odpowiedniego katalizatora oraz masę katalizatora po prażeniu, należy wyliczyć ułamek wagowy naniesionej fazy aktywnej. VI. ZAGADNIENIA TEORETYCZNE kataliza heterogeniczna właściwości i skład katalizatorów heterogenicznych katalizatory tlenkowe - podział, otrzymywanie, zastosowanie spektroskopia Ramana podstawy teoretyczne VII. LITERATURA 1. A. Davydov, Molecular spectroscopy of oxide catalyst surface, Willey, Chichester Praca zbiorowa pod redakcją M. Najbar Fizykochemiczne metody badania katalizatorów kontaktowych, Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego B. Grzybowska-Świerkosz Elementy katalizy heterogenicznej, PWN, Warszawa C. Morterra, G. Magnassa A case study: surface chemistry and surface structure of catalytic aluminas, as studied by vibrational spectroscopy of adsorbed species, Catal. Today 27 (1996) Socrates G., Infrared and Raman characteristic group frequencies, Willey, Chichester Praca zbiorowa pod redakcją W. Zielińskiego i A. Rajcy, Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do identyfikacji związków organicznych, WNT, Warszawa