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Cet article porte sur les propriétés d'acidité de surface des catalyseurs et supports d'oxydes (γ-Al₂O₃, CeO₂, ZrO₂, SiO₂, TiO₂, zéolite HZSM5) et sur la détection comparative de leurs surfaces par désorption d'ammoniac à température programmée (ATPD). L'ATPD est une méthode fiable et simple : la surface, après saturation en ammoniac à basse température, subit une variation de température induisant la désorption de molécules sondes et une distribution de température.
L'analyse quantitative et/ou qualitative du profil de désorption permet d'obtenir des informations sur l'énergie de désorption/adsorption et la quantité d'ammoniac adsorbée à la surface (absorption d'ammoniac). Molécule basique, l'ammoniac peut servir de sonde pour déterminer l'acidité d'une surface. Ces données contribuent à la compréhension du comportement catalytique des échantillons et permettent même d'optimiser la synthèse de nouveaux systèmes. Au lieu d'un détecteur TCD classique, un spectromètre de masse quadripolaire (Hiden HPR-20 QIC) a été utilisé, relié au dispositif de test par un capillaire chauffé.
L'utilisation de la spectrométrie de masse quadripolaire (QMS) permet de distinguer aisément les différentes espèces désorbées de la surface, sans recourir à des filtres ou pièges chimiques ou physiques susceptibles de perturber l'analyse. Un réglage précis du potentiel d'ionisation de l'instrument contribue à prévenir la fragmentation des molécules d'eau et les interférences qui en résultent avec le signal m/z de l'ammoniac. La précision et la fiabilité des données de désorption d'ammoniac à température programmée ont été analysées à l'aide de critères théoriques et d'essais expérimentaux, mettant en évidence l'influence du mode d'acquisition des données, du gaz vecteur, de la taille des particules et de la géométrie du réacteur, et démontrant ainsi la flexibilité de la méthode employée.
Tous les matériaux étudiés présentent des modes ATPD complexes s'étendant de 423 à 873 K, à l'exception du cérium qui présente des pics de désorption étroits et bien résolus, indiquant une faible acidité uniforme. Les données quantitatives révèlent des différences d'adsorption d'ammoniac supérieures à un ordre de grandeur entre les autres matériaux et la silice. La distribution ATPD du cérium suivant une courbe gaussienne, indépendamment du taux de recouvrement de surface et de la vitesse de chauffage, le comportement du matériau étudié est décrit par la linéarité de quatre fonctions gaussiennes associées à une combinaison de groupes de sites d'adsorption modérés, faibles, forts et très forts. Une fois toutes les données collectées, une analyse de modélisation ATPD a été appliquée afin d'obtenir des informations sur l'énergie d'adsorption de la molécule sonde en fonction de chaque température de désorption. La distribution cumulative de l'énergie par emplacement indique les valeurs d'acidité suivantes, basées sur des valeurs d'énergie moyennes (en kJ/mol) (par exemple, pour un taux de recouvrement de surface θ = 0,5).
Afin d'obtenir des informations complémentaires sur la fonctionnalité des matériaux étudiés, le propène a été soumis à une déshydratation de l'isopropanol comme réaction sonde. Les résultats obtenus concordent avec les mesures ATPD antérieures concernant la force et l'abondance des sites acides de surface, et permettent également de distinguer les sites acides de Brønsted et de Lewis.
Figure 1. (Gauche) Déconvolution du profil ATPD à l'aide d'une fonction gaussienne (la ligne pointillée jaune représente le profil généré, les points noirs sont des données expérimentales) (droite) Fonction de distribution de l'énergie de désorption de l'ammoniac à différents endroits.
Faculté d'ingénierie Roberto Di Cio, Université de Messine, Contrada Dee Dee, Sant'Agata, I-98166 Messine, Italie
Francesco Arena, Roberto Di Cio, Giuseppe Trunfio (2015) « Évaluation expérimentale de la méthode de désorption programmée en température de l'ammoniac pour l'étude des propriétés acides des surfaces de catalyseurs hétérogènes », Applied Catalysis A: Review 503, 227-236
Hide Analytics. (9 février 2022). Évaluation expérimentale de la méthode de désorption programmée en température de l'ammoniac pour l'étude des propriétés acides des surfaces hétérogènes de catalyseurs. AZ. Consulté le 7 septembre 2023 sur https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=14016.
Masquer les données analytiques. « Évaluation expérimentale d'une méthode de désorption d'ammoniac à température programmée pour l'étude des propriétés acides des surfaces de catalyseurs hétérogènes ». AZ. 7 septembre 2023
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Date de publication : 7 septembre 2023
