Chemisorption

Messgeräte

AUTOSORB-iQ-C
CHEMBET Pulsar
CHEMBET TPD/TPR

Aktive Oberfläche

Die Chemisorption wird insbesondere zur Charakterisierung von Katalysatoren eingesetzt. Für Katalysatoren ist oft entscheidend, welcher Anteil der Oberfläche auch wirklich chemisch aktiv ist. Die Gesamtoberfläche wird durch Stickstoffadsorption mit der BET-Gleichung bestimmt. Zur Bestimmung der aktiven Oberfläche verwendet man ein Gas, welches an der aktiven Komponente des Katalysators chemisorbiert, also fest gebunden wird. Oft wird z.B. Wasserstoff zur Analyse eingesetzt, der an den Edelmetallkomponenten, z.B. an Platin auf einem Platin-Alumiumoxid-Katalysator, chemisorbiert.

Messmethode

Die Anwendung der Chemisorption kann nach unterschiedlichen Messverfahren erfolgen.

1. Statisch-volumetrische Methode (AUTOSORB-iQ-C, s. Abb.)

 

Es erfolgt die Dosierung einer bestimmten Gasmenge auf die Probe, welche sich im Vakuum befindet. Die Bestimmung der adsorbierten Mengen erfolgt durch Druckmessung innerhalb von Systemen mit bekannten Volumina. Für Chemisorptionsuntersuchungen werden oft zwei Isothermen vermessen: Die erste Isotherme ist die Summe aus Physisorption und Chemisorption. Danach wird die Probe evakuiert, um lose gebundene Gasmoleküle (physisorbiertes Messgas) wieder von der Oberfläche zu entfernen. Die Wiederholungsmessung zeigt dann nur Physisorption, da aktive Zentren nach der ersten Messung blockiert bleiben. Die Differenz zwischen beiden Isothermen ist die Chemisorptionsisotherme, aus der z.B. die aktive Oberfläche des Katalysators berechnet wird.

2. Dynamische Methode (CHEMBET)

Ein Inertgas überströmt kontinuierlich den Feststoff. Ein Wärmeleitfähigkeitsdetektor analysiert das Messsignal (Nulllinie). Danach werden nacheinander Pulse des Messgases in den Inertgasstrom gegeben, wobei nach jedem Puls gewartet wird, bis das Messsignal auf Null zurückgeht. Anfangs nimmt die aktive Feststoffoberfläche das Messgas auf, es wird chemisorbiert. Mit der Zeit tritt Sättigung der aktiven Oberfläche ein. Die Messung wird solange durchgeführt, bis konstante Peaks am Wärmeleitfähigkeitsdetektor erscheinen, d.h. kein Messgas mehr chemisorbiert wird. Diese Methode wird auch Puls- oder Titrationsmethode genannt.

Chemisorptionsuntersuchungen werden oft auch temperaturprogrammiert durchgeführt, lesen Sie dazu mehr unter der Messmethode „Temperaturprogrammierte Reaktionen“.

 

Vorteile

Chemisorptionsgeräte bieten Möglichkeiten der Katalysatorcharakterisierung und lassen sich für spezifische Aufgabenstellungen auch mit zusätzlicher Analytik weiter aufrüsten. Zu den Optionen gehören neben den TCD (temperaturprogrammierte Reaktionen) auch Dampf- und Massenspektrometer-Option, letztere ist sowohl für die CHEMBET-Geräte als auch für das AUTOSORB-iQ-C verfügbar.

Beispiel

Das Beispiel zeigt schematisch für die Puls-Chemisorption, dass nach den ersten Peaks die Chemisorption an der Katalysatoroberfläche beendet ist.

 

Literatur

DIN 66136