專利名稱：一種對分子篩催化劑晶化過程進(jìn)行原位表征的樣品池及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種催化劑原位表征裝置及方法，具體涉及一種基于同步 輻射X光源對分子篩催化劑晶化過程進(jìn)行原位表征的樣品池及方法
背景技術(shù)：
沸石分子篩獨(dú)特的孔道結(jié)構(gòu)及高的比表面積和水熱穩(wěn)定性，使其在催 化、吸附、分離等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。近年來，納米沸石的發(fā)展使沸石的 應(yīng)用進(jìn)一步拓寬到電子材料、光材料、藥物載體、環(huán)保等新的領(lǐng)域。各種 自組裝技術(shù)的發(fā)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(wěn)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(jié)構(gòu)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(guān)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(rèn)知不足是 重要原因之一。特定尺寸、形貌的分子篩的設(shè)計(jì)合成，依賴于對分子篩成
核和生長過程的詳細(xì)了解?；谕捷椛鋁光源原位技術(shù)的發(fā)展為合成
體系演化過程及機(jī)理研究提供了新的技術(shù)手段。同步輻射x光源是一種
具有高強(qiáng)度、高度準(zhǔn)直、高度極化、特性可精確控制等優(yōu)異性能的脈沖光 源，可以用以開展其它光源無法實(shí)現(xiàn)的許多前沿科學(xué)技術(shù)研究。新一同步
輻射光源的亮度比通常實(shí)驗(yàn)室用的最好的x光源要亮一億倍以上。它
使得同步輻射應(yīng)用從過去靜態(tài)的、在較大范圍內(nèi)平均的手段擴(kuò)展為空 間分辨的和時間分辨的手段，這就為眾多的學(xué)科和廣泛的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)
域帶來前所未有的新機(jī)遇。如何充分利用同步輻射x光源優(yōu)異性能開
展常規(guī)條件下無法進(jìn)行的許多研究，特別是對合成分子篩催化劑時，其動 態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行原位表征，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(jī)理的認(rèn)識，成為眾多科學(xué)家追求的目標(biāo)。
遺憾的是，由于窗口材料對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(shù)手段的限制，此前人們利用同步輻射x光對催
化劑結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，仍然針對的是離線樣品。 一些原位的研究，其樣
品也是處于常溫常壓，或高溫常壓(韋世強(qiáng)，高溫原位XAFS研究NiB 納米非晶態(tài)合金催化劑的結(jié)構(gòu)，北京同步輻射裝置年報(bào)，2001年1
4期，94-95)。而催化劑晶化過程中的催化劑是處于高溫和一定的壓力
下。人們對真實(shí)反應(yīng)條件下催化劑的結(jié)構(gòu)信息更感興趣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種對分子篩催化劑晶化過程進(jìn)行原位在線表 征的樣品池及方法。
本發(fā)明的樣品池是在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(xì)結(jié)構(gòu))、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(jìn)行研究。監(jiān)測在這些過程中催化劑結(jié)構(gòu)的變化。
本發(fā)明的樣品池是由池體，壓環(huán)、密封墊，窗片，池蓋，緊固件，內(nèi) 芯和熱電偶組件組成，其特征在于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(nèi)有圓環(huán)狀內(nèi)芯，在內(nèi)芯的徑向有一個徑向圓孔，內(nèi)芯的徑 向圓孔與池體的的徑向圓孔相通，內(nèi)芯兩側(cè)各有一個圓形窗片，內(nèi)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(huán)狀密封 墊，密封墊的外側(cè)各有一個壓環(huán)， 一側(cè)壓環(huán)的中心有一圓孔，另一側(cè)壓環(huán) 中心有一長？L，每個壓環(huán)的外側(cè)有一個圓環(huán)狀池蓋，池蓋的中間有圓臺形 開口，圓臺形開口小口一側(cè)與壓環(huán)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(nèi)，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，并伸入池體。
如上所述的內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(zhì)可以是聚四氟、聚酰亞胺或柔性石墨，以適
應(yīng)不同溫度、壓力的需要。如上所述的池體，其外側(cè)固定加熱器件。加熱器件根據(jù)溫度的不同可 以選用電加熱圈、履帶式陶瓷片加熱器、硅橡膠加熱板等。 本發(fā)明的樣品池使用方法如下
(1) 將內(nèi)芯放入池體，內(nèi)芯上徑向圓孔對準(zhǔn)池體上徑向圓孔；
(2) 內(nèi)芯兩側(cè)各放置一個窗片；
(3) 窗片的外側(cè)各放置一個密封墊；
(4) 圓孔壓環(huán)和長孔壓環(huán)分別放置在密封墊外側(cè)；
(5) 壓環(huán)外側(cè)放置池蓋；
(6) 用緊固件將兩側(cè)的池蓋連接，并緊固；緊固件通過池蓋、壓環(huán)和 密封墊將內(nèi)芯與窗片密封固定于池體內(nèi)；
(7) 在外殼側(cè)面固定好加熱器件；
(8) 將樣品經(jīng)接頭管、池體徑向孔、內(nèi)芯徑向孔導(dǎo)入樣品池；
(9) 將熱電偶插管插入接頭管，單頭絲與螺帽之間放置密封墊，單頭 絲與螺帽旋緊；
(10) 將熱電偶插入熱電偶插管底部；
(11) 將樣品池放入X光路，圓孔壓環(huán)一側(cè)對準(zhǔn)X入射光；長孔壓環(huán) 一側(cè)對準(zhǔn)檢測器，根據(jù)需要設(shè)定溫度和壓力，條件滿足后，進(jìn)行催化劑動 態(tài)結(jié)構(gòu)表征。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1) .利用高亮度的同步輻射X光，實(shí)現(xiàn)了分子篩催化劑晶化過程動 態(tài)結(jié)構(gòu)原位在線表征。
(2) .適用范圍寬?？梢詫θ苣z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(jìn)行研究。
(3) .可以采用XAFS(X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu))、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(jìn)行研究。


圖1為本發(fā)明樣品池結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明樣品池結(jié)構(gòu)示意圖的左視圖
圖3為本發(fā)明熱電偶組件的放大圖。如圖所示，l是池體，2、 ll是壓環(huán)，3、 IO是密封墊，4、 9是窗片， 5、 7是池蓋，6緊固件，8是內(nèi)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(shí)施例方式
實(shí)施例1:
池體1為有階梯孔的圓柱體，小孔為通 L，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(nèi) 有圓環(huán)狀內(nèi)芯8，在內(nèi)芯8的徑向有一個徑向圓孔，內(nèi)芯8的徑向圓孔與 池體l的徑向圓孔相通，內(nèi)芯8兩側(cè)各有一個圓形窗片4、 9，內(nèi)芯8與 兩個窗片4、 9形成一個空腔；內(nèi)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(huán)狀密封 墊3、 10;密封墊3、 10的外側(cè)各有一個壓環(huán)2、 11，壓環(huán)ll的中心有一 圓孔14，壓環(huán)2中心有一長孔13。壓環(huán)2、 11的外側(cè)有一個圓環(huán)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(cè)與壓環(huán)2、 ll接觸，兩池蓋5、 7通過緊固件6固定在一起；在池體l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(nèi)；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，并伸入池體1的徑向圓孔。
本發(fā)明使用如下 (1)將內(nèi)芯8放入池體1，內(nèi)芯8上徑向圓孔對準(zhǔn)池體1上徑向圓孔；
(2) 內(nèi)芯(8)兩側(cè)分別放置窗片4、 9;
(3) 窗片4、 9的外側(cè)分別放置密封墊3、 10;
(4) 密封墊3、 10的外側(cè)分別放置長孔壓環(huán)2和圓孔壓環(huán)11;
(5) 壓環(huán)2、 U外側(cè)分別放置池蓋5、 7;
(6) 用緊固件6將兩側(cè)的池蓋5、 7連接，并緊固；緊固件6通過池 蓋5、 7、壓環(huán)2、 11和密封墊3、 10將內(nèi)芯8與窗片4、 9密封固定于池 體1內(nèi)；
(7) 在池蓋5、 7外側(cè)面固定好加熱器件；(8) 將樣品經(jīng)接頭管9、池體1徑向孔、內(nèi)芯8徑向孔導(dǎo)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(huán)11 一側(cè)對準(zhǔn)X入射光；長
孔壓環(huán)2—側(cè)對準(zhǔn)檢測器，根據(jù)需要設(shè)定溫度和壓力，條件滿足后，進(jìn)行
催化劑動態(tài)結(jié)構(gòu)表征。
其中導(dǎo)入的樣品是溶膠凝膠分子篩前驅(qū)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(nèi)芯8的厚度為 lmm;密封墊17的材料為聚四氟乙烯；控制溫度為20(TC，壓力為自升 壓力。持續(xù)用檢測器采集透射的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(jié)構(gòu)動態(tài)的變化 信息。
實(shí)施例2:其中導(dǎo)入的樣品是微乳液分子篩前驅(qū)體；窗片4、 9的材 料為氮化硼陶瓷，厚度為2mm;密封墊3、 10的材料為聚酰亞胺；內(nèi)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28(TC， 壓力為自升壓力。其余同實(shí)施例l。
實(shí)施例3:其中導(dǎo)入的樣品是反膠束分子篩前驅(qū)體；窗片4、 9的材 料為內(nèi)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 料為聚酰亞胺；內(nèi)芯8的厚度為2mm;密封墊17的材料為聚酰亞胺；控 制溫度為30(TC，壓力為自升壓力。其余同實(shí)施例l。
實(shí)施例4:其中導(dǎo)入的樣品是清液法分子篩前驅(qū)體；窗片4、 9的材 料為金屬鈹，厚度為lmm;密封墊3、 10的材料為聚四氟乙烯；內(nèi)芯8 的厚度為lmm;密封墊17的材料為聚酰亞胺；控制溫度為20(TC，壓力 為自升壓力。其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例5:其中導(dǎo)入的樣品是反膠束分子篩前驅(qū)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(nèi)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。其余同實(shí)施例1。
權(quán)利要求
1、一種對分子篩催化劑晶化過程進(jìn)行原位表征的樣品池，它是由池體(1)，壓環(huán)(2、11)、密封墊(3、10)，窗片(4、9)，池蓋(5、7)，緊固件(6)，內(nèi)芯(8)和熱電偶組件(12)組成，其特征在于池體(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(nèi)有圓環(huán)狀內(nèi)芯(8)，在內(nèi)芯(8)的徑向有一個徑向圓孔，內(nèi)芯(8)的徑向圓孔與池體(1)的的徑向圓孔相通，內(nèi)芯(8)兩側(cè)各有一個圓形窗片(4、9)，內(nèi)芯(8)與兩個窗片(4、9)形成一個空腔；內(nèi)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(huán)狀密封墊(3、10)；密封墊(3、10)的外側(cè)各有一個壓環(huán)(2、11)，壓環(huán)(11)的中心有一圓孔(14)，壓環(huán)(2)中心有一長孔(13)。壓環(huán)(2、11)的外側(cè)有一個圓環(huán)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(cè)與壓環(huán)(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(quán)利要求1所述的一種對分子篩催化劑晶化過程進(jìn)行原位表征的樣品 池，其特征在于所述的熱電偶組件(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(nèi)；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)，并伸入池體(l)的徑向圓 孔。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種對分子篩催化劑晶化過程進(jìn)行原位表征的樣品 池，其特征在于所述的內(nèi)芯(8)的厚度0.5 3mm。
4、 如權(quán)利要求1所述的一種對分子篩催化劑晶化過程進(jìn)行原位表征的樣品 池，其特征在于所述的窗片(4、 9)的材料是金屬鈹、氮化硼陶瓷或內(nèi)表面沉 積氮化硼薄膜的金屬鈹，其厚度0.4 2mm。
5、 如權(quán)利要求1所述的一種對分子篩催化劑晶化過程進(jìn)行原位表征的樣品 池，其特征在于所述的密封墊(3、 IO)的材質(zhì)是聚四氟、聚酰亞胺或柔性石墨。
6、如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的一種對分子篩催化劑晶化過程進(jìn)行原位表征的樣品池的使用方法，其特征在于包括如下步驟(1)將內(nèi)芯(8)放入池體(1)，內(nèi)芯(8)上徑向圓孔對準(zhǔn)池體(1)上徑向圓孔；(2) 內(nèi)芯(8)兩側(cè)分別放置窗片(4、 9);(3) 窗片(4、 9)的外側(cè)分別放置密封墊(3、 10);(4) 密封墊(3、 10)的外側(cè)分別放置長孔壓環(huán)(2)和圓孔壓環(huán)(11);(5) 壓環(huán)(2、 11)外側(cè)分別放置池蓋(5、 7);(6) 用緊固件(6)將兩側(cè)的池蓋(5、 7)連接，并緊固；緊固件(6)通過池蓋 (5、 7)、壓環(huán)(2、 11)和密封墊(3、 10)將內(nèi)芯(8)與窗片(4、 9)密封固定于池體 (l)內(nèi)；(7) 在池蓋(5、 7)外側(cè)面固定好加熱器件；(8) 將樣品經(jīng)接頭管(9)、池體(l)徑向孔、內(nèi)芯(8)徑向孔導(dǎo)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(huán)(11)一側(cè)對準(zhǔn)X入射光；長 孔壓環(huán)(2)—側(cè)對準(zhǔn)檢測器，根據(jù)需要設(shè)定溫度和壓力，條件滿足后，進(jìn)行催化劑動態(tài)結(jié)構(gòu)表征。
全文摘要
一種對分子篩催化劑晶化過程進(jìn)行原位表征的樣品池是由池體，壓環(huán)、密封墊，窗片，池蓋，緊固件，內(nèi)芯和熱電偶組件組成，是一個可以透過X射線，又在0～300℃，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(xì)結(jié)構(gòu))、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(jìn)行研究。監(jiān)測在這些過程中催化劑結(jié)構(gòu)的變化。
文檔編號G01N23/02GK101629915SQ20091007516
公開日2010年1月20日 申請日期2009年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者吉向飛, 王國富, 王建國, 秦張峰, 梅 董 申請人:中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所