TPD / TPR / TPO
La quimisorción es una etapa esencial en los procesos catalíticos, puesto que la molécula adsorbida forma un complejo intermedio superficial que es más propenso a la reacción química. Los análisis de quimisorción se aplican, para determinar la eficiencia relativa del catalizador en la promoción de una reacción en particular, para estudiar el envenenamiento de catalizadores y para controlar la degradación de la actividad catalítica con el tiempo de uso. Las técnicas de quimisorción a temperatura programada estudian el efecto de la temperatura sobre la superficie de reacción. Los tres tipos principales de reacciones que se estudian mediante esta técnica son: o Desorción a temperatura programada (TPD). o Reducción a temperatura programada (TPR). o Oxidación a temperatura programada (TPO). o Quimisorción por pulsos y reacción a temperatura programada.
Equipamiento
El Autochem es un sistema de caracterización de catalizadores que permite llevar a cabo ensayos de quimisorción. Autochem 2910 de Micromeritics que permite realizar análisis de materiales sólidos a temperatura programada en un rango de temperaturas de -20º a 1100ºC. Está equipado con un detector de conductividad térmica (TCD) y puede trabajar con 5 gases diferentes: He, Ar, NH3/He, H2/Ar y O2/He. Además, cuenta con un generador de vapor y un puerto de inyección de líquidos para la realización de ensayos de quimisorción con distintos adsorbatos líquidos.
Así, los tipos de análisis que se encuentran disponibles en este equipo se describen a continuación.
1. Desorción de NH3 a temperatura programada (TPD): Ensayos utilizados habitualmente para caracterizar centros ácidos de catalizadores. Se llevan a cabo mediante quimisorción de una mezcla gaseosa de NH3/He y se pueden realizar a diferentes temperaturas de adsorción, siendo las más habituales 60, 120 y 180 ºC. Con este tipo de análisis se obtiene información sobre la fortaleza ácida, la acidez superficial y distribución de la fortaleza de los centros activos.
2. Reducción a temperatura programada (TPR): Ensayos utilizados para la caracterización de óxidos metálicos, óxidos mixtos metálicos y óxidos metálicos dispersados en un soporte. Se llevan a cabo mediante reducción con una mezcla gaseosa de H2/Ar y se pueden realizar a distintos intervalos de temperatura en función de la temperatura de reducción del metal a analizar. Este tipo de análisis permite obtener información sobre el número y tipo de especies reducibles presentes en el catalizador, la temperatura de reducción de las mismas, obtención de cinéticas de reducción e interacciones metal-soporte.
3. Oxidación a temperatura programada (TPO): Ensayos utilizados para la caracterización catalizadores metálicos y metales dispersados en un soporte. Se llevan a cabo mediante oxidación con una mezcla gaseosa de O2/He y se pueden realizar a distintos intervalos de temperatura en función de la temperatura de oxidación del metal a analizar. Este tipo de análisis se puede utilizar para la determinación de la cantidad de especies reducidas. También se puede utilizar para estudiar la cinética de formación de coque en catalizadores, así como la eliminación del carbón por combustión.
4. Desorción de adsorbatos líquidos a temperatura programada: Ensayos utilizados para el estudio de quimisorción de reactivos que se encuentran en fase líquida sobre catalizadores sólidos. Los ensayos se llevan a cabo mediante inyección por pulsos del adsorbato a analizar y se pueden realizar a distintos intervalos de temperatura. Este tipo de análisis se puede utilizar para determinar la afinidad de los sitios activos del catalizador por los reactivos de una reacción química.