一種對分子篩催化劑晶化過程進行原位表徵的樣品池的製作方法

2023-09-17 16:40:00 1

專利名稱：一種對分子篩催化劑晶化過程進行原位表徵的樣品池的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於一種催化劑原位表徵裝置，具體涉及一種基於同步輻射X光源對 分子篩催化劑晶化過程進行原位表徵的樣品池
背景技術：
沸石分子篩獨特的孔道結構及高的比表面積和水熱穩定性，使其在催化、吸附、分 離等領域得到廣泛應用。近年來，納米沸石的發展使沸石的應用進一步拓寬到電子材料、 光材料、藥物載體、環保等新的領域。各種自組裝技術的發展，更是為定向合成理想的分子 篩提供了新的手段。沸石分子篩尺寸或形貌的變化，會引起其本身催化活性、選擇性及穩 定性的巨大差異。對分子篩合成過程中控制晶體形貌演化的因素(結構因素及條件因素) 及其效能的甄別對定向合成特定尺寸及形貌的納米沸石至關重要。而目前這些信息仍十分 匱乏，對沸石分子篩成核及生長過程的認知不足是重要原因之一。特定尺寸、形貌的分子篩 的設計合成，依賴於對分子篩成核和生長過程的詳細了解。基於同步輻射X光源原位技術 的發展為合成體系演化過程及機理研究提供了新的技術手段。同步輻射X光源是一種具有 高強度、高度準直、高度極化、特性可精確控制等優異性能的脈衝光源，可以用以開展其它 光源無法實現的許多前沿科學技術研究。新一同步輻射光源的亮度比通常實驗室用的最好 的X光源要亮一億倍以上。它使得同步輻射應用從過去靜態的、在較大範圍內平均的手段 擴展為空間分辨的和時間分辨的手段，這就為眾多的學科和廣泛的技術應用領域帶來前所 未有的新機遇。如何充分利用同步輻射X光源優異性能開展常規條件下無法進行的許多研 究，特別是對合成分子篩催化劑時，其動態結構進行原位表徵，幫助人們提高對分子篩催化 劑合成過程微觀特性的變化及晶化機理的認識，成為眾多科學家追求的目標。遺憾的是，由於窗口材料對X射線透過性，以及樣品池在高溫、高壓條件下的密 封性等技術手段的限制，此前人們利用同步輻射X光對催化劑結構進行研究，仍然針對的 是離線樣品。一些原位的研究，其樣品也是處於常溫常壓，或高溫常壓(韋世強，高溫原 位XAFS研究MB納米非晶態合金催化劑的結構，北京同步輻射裝置年報，2001年1期， 94-95)。而催化劑晶化過程中的催化劑是處於高溫和一定的壓力下。人們對真實反應條件 下催化劑的結構信息更感興趣。
發明內容本實用新型的目的是提供一種對分子篩催化劑晶化過程進行原位在線表徵的樣 品池。本實用新型的樣品池是在0 300°C，0 3MPa條件下，以原位在線的方式對分子 篩催化劑晶化過程用XAFS (X射線吸收精細結構)、XRD (X射線衍射)、SAXS (X射線小角散 射)、SAXS/WAXS(X射線小角散射和廣角衍射)進行研究。監測在這些過程中催化劑結構的變化。本實用新型的樣品池是由池體，壓環、密封墊，窗片，池蓋，緊固件，內芯和熱電偶組件組成，其特徵在於池體是有階梯孔的圓柱體，小孔為通孔，池體兩端的階梯大孔對稱， 池體在徑向有一個從外表面通向軸心的徑向圓孔。池體小孔內有圓環狀內芯，在內芯的徑 向有一個徑向圓孔，內芯的徑向圓孔與池體的徑向圓孔相通，內芯兩側各有一個圓形窗片， 內芯與兩個窗片形成一個空腔，池體兩個階梯孔大孔的端面各有一個圓環狀密封墊，密封 墊的外側各有一個壓環，一側壓環的中心有一圓孔，另一側壓環中心有一長孔，每個壓環的 外側有一個圓環狀池蓋，池蓋的中間有圓臺形開口，圓臺形開口小口一側與壓環接觸，兩池 蓋通過緊固件固定在一起，在池體徑向圓孔處的外表面固定有一個熱電偶組件。如上所述的熱電偶組件由熱電偶插管、單頭絲、密封墊、螺帽和接頭管組成。接頭 管的一端與池體固定連接，另一端套接在一個螺帽內，單頭絲的中間固定有下端為盲孔的 熱電偶插管，單頭絲與接頭管間有密封墊，單頭絲與螺帽是螺紋連接，熱電偶插管通過接頭 管，並伸入池體。如上所述的內芯的厚度0. 5 3mm，其厚度決定了樣品在X光路中的光程。如上所述的窗片，其材料可以是金屬鈹、氮化硼陶瓷或內表面沉積氮化硼薄膜的 金屬鈹，其厚度0.4 2mm。如上所述的內芯厚度和2個窗片厚度之和，與池體通孔的長度等值。如上所述的密封墊的材質可以是聚四氟、聚醯亞胺或柔性石墨，以適應不同溫度、 壓力的需要。如上所述的池體，其外側固定加熱器件。加熱器件根據溫度的不同可以選用電加 熱圈、履帶式陶瓷片加熱器、矽橡膠加熱板等。本實用新型具有如下優點(1).利用高亮度的同步輻射X光，實現了分子篩催化劑晶化過程動態結構原位在 線表徵。(2).適用範圍寬。可以對溶膠凝膠法、微乳液法、清液法、反膠束法、水凝膠法等各 種分子篩合成方法的晶化過程進行研究。(3).可以採用XAFS (X射線吸收精細結構)、XRD (X射線衍射)、SAXS (X射線小角 散射)、SAXS/WAXS (X射線小角散射和廣角衍射)等多種手段進行研究。

圖1為本發明樣品池結構示意圖；圖2為本發明樣品池結構示意圖的左視圖圖3為本發明熱電偶組件的放大圖。如圖所示，1是池體，2、11是壓環，3、10是密封墊，4、9是窗片，5、7是池蓋，6緊固 件，8是內芯，12是熱電偶組件，13是長孔，14是圓孔，15是熱電偶插管，16是單頭絲，17是 密封墊，18是螺帽，19是接頭管。
具體實施方式
實施例1 池體1為有階梯孔的圓柱體，小孔為通孔，池體1兩端的階梯大孔對稱；，池體1 在徑向有一個從外表面通向軸心的徑向圓孔，池體1小孔內有圓環狀內芯8，在內芯8的徑向有一個徑向圓孔，內芯8的徑向圓孔與池體1的徑向圓孔相通，內芯8兩側各有一個圓形 窗片4、9，內芯8與兩個窗片4、9形成一個空腔；內芯8與2個圓形窗片4、9的厚度之和與 池體1通孔的長度等值，池體1兩階梯孔大孔的端面各有一個圓環狀密封墊3、10 ；密封墊 3、10的外側各有一個壓環2、11，壓環11的中心有一圓孔14，壓環2中心有一長孔13。壓 環2、11的外側有一個圓環狀池蓋5、7，池蓋5、7的中間有圓臺形開口，圓臺形開口小口一 側與壓環2、11接觸，兩池蓋5、7通過緊固件6固定在一起；在池體1徑向圓孔處的外表面 固定接頭管9的一端，接頭管9另一端套接在螺帽18內；單頭絲16的中間固定有下端為盲 孔的熱電偶插管15，單頭絲16與接頭管19間有密封墊17 ；單頭絲16與螺帽18是螺紋連 接；熱電偶插管15通過接頭管19，並伸入池體1的徑向圓孔。本實用新型使用如下(1)將內芯8放入池體1，內芯8上徑向圓孔對準池體1上徑向圓孔；(2)內芯(8)兩側分別放置窗片4、9 ；(3)窗片4、9的外側分別放置密封墊3、10 ；(4)密封墊3、10的外側分別放置長孔壓環2和圓孔壓環11 ；(5)壓環2、11外側分別放置池蓋5、7 ；(6)用緊固件6將兩側的池蓋5、7連接，並緊固；緊固件6通過池蓋5、7、壓環2、 11和密封墊3、10將內芯8與窗片4、9密封固定於池體1內；(7)在池蓋5、7外側面固定好加熱器件；(8)將樣品經接頭管9、池體1徑向孔、內芯8徑向孔導入樣品池；(9)將熱電偶插管15盲孔一端插入接頭管19，單頭絲16與接頭管19之間放置密 封墊17，單頭絲16與螺帽18旋緊；(10)熱電偶插入熱電偶插管15底部；(11)將樣品池組件放入X光路，圓孔壓環11 一側對準X入射光；長孔壓環2 —側 對準檢測器，根據需要設定溫度和壓力，條件滿足後，進行催化劑動態結構表徵。其中導入的樣品是溶膠凝膠分子篩前驅體；窗片4、9的材料為金屬鈹，厚度為 0. 4mm ；密封墊3、10的材料為聚四氟乙烯；內芯8的厚度為1mm ；密封墊17的材料為聚四氟 乙烯；控制溫度為200°C，壓力為自升壓力。持續用檢測器採集透射的X光信號、衍射出的 X光信號、散射出的X光信號，即可獲得分子篩催化劑在晶化過程中，其結構動態的變化信 肩、o實施例2 其中導入的樣品是微乳液分子篩前驅體；窗片4、9的材料為氮化硼陶 瓷，厚度為2mm ；密封墊3、10的材料為聚醯亞胺；內芯8的厚度為0. 5mm ；密封墊17的材料 為聚四氟乙烯；控制溫度為280°C，壓力為自升壓力。其餘同實施例1。實施例3 其中導入的樣品是反膠束分子篩前驅體；窗片4、9的材料為內表面沉積 氮化硼薄膜的金屬鈹，厚度為0. 8mm ；密封墊3、10的材料為聚醯亞胺；內芯8的厚度為2mm ； 密封墊17的材料為聚醯亞胺；控制溫度為300°C，壓力為自升壓力。其餘同實施例1。實施例4 其中導入的樣品是清液法分子篩前驅體；窗片4、9的材料為金屬鈹，厚 度為1mm ；密封墊3、10的材料為聚四氟乙烯；內芯8的厚度為1mm ；密封墊17的材料為聚 醯亞胺；控制溫度為200°C，壓力為自升壓力。其餘同實施例1。實施例5 其中導入的樣品是反膠束分子篩前驅體；窗片4、9的材料為金屬鈹，厚度為0. 8mm ；密封墊3、10的材料為聚四氟乙烯；內芯8的厚度為3mm ；密封墊17的材料為 聚四氟乙烯；控制溫度為200°C，壓力為自升壓力。其餘同實施例1。
權利要求一種對分子篩催化劑晶化過程進行原位表徵的樣品池，它是由池體(1)，壓環(2、11)、密封墊(3、10)，窗片(4、9)，池蓋(5、7)，緊固件(6)，內芯(8)和熱電偶組件(12)組成，其特徵在於池體(1)為有階梯孔的圓柱體，小孔為通孔，池體(1)兩端的階梯大孔對稱；池體(1)在徑向有一個從外表面通向軸心的徑向圓孔，池體(1)小孔內有圓環狀內芯(8)，在內芯(8)的徑向有一個徑向圓孔，內芯(8)的徑向圓孔與池體(1)的徑向圓孔相通，內芯(8)兩側各有一個圓形窗片(4、9)，內芯(8)與兩個窗片(4、9)形成一個空腔；內芯(8)與2個圓形窗片(4、9)的厚度之和與池體(1)通孔的長度等值，池體(1)兩階梯孔大孔的端面各有一個圓環狀密封墊(3、10)；密封墊(3、10)的外側各有一個壓環(2、11)，壓環(11)的中心有一圓孔(14)，壓環(2)中心有一長孔(13)，壓環(2、11)的外側有一個圓環狀池蓋(5、7)，池蓋(5、7)的中間有圓臺形開口，圓臺形開口小口一側與壓環(2、11)接觸，兩池蓋(5、7)通過緊固件(6)固定在一起；在池體(1)徑向圓孔處的外表面固定有一個熱電偶組件(12)。
2.如權利要求1所述的一種對分子篩催化劑晶化過程進行原位表徵的樣品池，其特徵 在於所述的熱電偶組件(12)是由熱電偶插管(15)、單頭絲(16)、密封墊(17)、螺帽(18)和 接頭管(19)組成，接頭管(9)的一端與池體(1)固定連接，接另一端套接在螺帽(18)內； 單頭絲(16)的中間固定有下端為盲孔的熱電偶插管(15)，單頭絲(16)與接頭管(19)間有 密封墊(17)；單頭絲(16)與螺帽(18)是螺紋連接；熱電偶插管(15)通過接頭管(19)，並 伸入池體(1)的徑向圓孔。
3.如權利要求1所述的一種對分子篩催化劑晶化過程進行原位表徵的樣品池，其特徵 在於所述的內芯(8)的厚度0. 5 3mm。
4.如權利要求1所述的一種對分子篩催化劑晶化過程進行原位表徵的樣品池，其特徵 在於所述的窗片(4、9)的材料是金屬鈹、氮化硼陶瓷或內表面沉積氮化硼薄膜的金屬鈹， 其厚度0. 4 2mm。
5.如權利要求1所述的一種對分子篩催化劑晶化過程進行原位表徵的樣品池，其特徵 在於所述的密封墊(3、10)的材質是聚四氟、聚醯亞胺或柔性石墨。
專利摘要一種對分子篩催化劑晶化過程進行原位表徵的樣品池，池體(1)為有階梯孔的圓柱體，在徑向有一個從外表面通向軸心的徑向圓孔，池體(1)小孔內有圓環狀內芯(8)，在內芯(8)的徑向有一個徑向圓孔，內芯(8)的徑向圓孔與池體(1)的徑向圓孔相通，內芯(8)兩側各有一個圓形窗片(4、9)，內芯(8)與兩個窗片(4、9)形成一個空腔；池體(1)兩階梯孔大孔的端面各有一個圓環狀密封墊(3、10)；密封墊(3、10)的外側各有一個壓環(2、11)，壓環(2、11)的外側有一個圓環狀池蓋(5、7)；在池體(1)徑向圓孔處的外表面固定有一個熱電偶組件(12)。本實用新型具有適用範圍寬，實現了分子篩催化劑晶化過程動態結構原位在線表徵的優點。
文檔編號G01N23/083GK201589756SQ200920104128
公開日2010年9月22日 申請日期2009年8月14日 優先權日2009年8月14日
發明者吉向飛, 吳忠華, 王國富, 王建國, 秦張峰, 胡天鬥, 董梅, 蔡泉, 謝亞寧, 黃禮春 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所