La acidez Brønstead de las zeolitas y otros catalizadores es de gran interés, ya que afecta a la cinética de las reacciones. Por consiguiente, la caracterización de estos sitios es muy importante y a menudo se realiza según el método de quimisorción de amoníaco ASTM D 4824. Un método de caracterización alternativo, pero comparable, consiste en la quimisorción por impulsos de propilaminas seguida de una desorción programada por temperatura (TPD) combinada con un análisis de espectrometría de masas de propileno (véase la figura 1). Puede realizarse un análisis de caracterización completo utilizando el analizador AutoChem con el espectrómetro de masas y los accesorios del generador de vapor.

Materiales

La zeolita utilizada en esta aplicación contenía cationes de hidrógeno y tenía una relación sílice-alúmina de 280:1. Como reactivos se utilizaron isopropilamina (>99,5% GC) y propilamina (>99,0%GC), por separado. También se utilizó propileno (>99%) con fines de calibración.

Preparación

Una muestra de ZSM-5 puede contener varios cationes, entre ellos amonio e hidrógeno. Los cationes de estos compuestos pueden convertirse en cationes de hidrógeno mediante una rampa de temperatura. La muestra se activó primero calentándola a 500 °C a 10 °C/min en un entorno inerte de helio, enfriándola después a 200 °C, la temperatura de análisis.

Análisis

A la activación del ZSM-5 le siguió la quimisorción por pulsos. Durante este paso, se dosificaron diez inyecciones de vapor de propilamina en la muestra (para garantizar la saturación de la muestra) mediante un gas inerte, helio, que fluía a través de un bucle de 5 ^cm3. La última parte del análisis consistió en una desorción programada por temperatura (TPD). En este paso del análisis, el espectrómetro de masas comenzó a buscar propileno, el producto de interés. Los datos se recogieron durante una rampa de temperatura de 200 °C a 500 °C.

Datos

Para obtener datos cuantitativos, el espectrómetro de masas debe calibrarse inyectando un volumen conocido del gas a detectar (propileno), _Vcal, a través del septo con una jeringa de alta precisión. El área del pico de la señal del espectrómetro de masas puede obtenerse utilizando el software de edición de picos AutoChem. Para aumentar la precisión de la calibración, pueden realizarse inyecciones hasta que los picos tengan un área similar. A continuación, las áreas pueden promediarse para obtener un factor de conversión general entre el área del pico del espectrómetro de masas y el volumen real de gas, lo que permite calcular la acidez de las zeolitas. La figura 2 muestra un ejemplo de este procedimiento.

Además, las figuras 3 y 4 muestran que un método de detección por conductividad térmica incluye la amina y el amoníaco residuales de la quimisorción, mientras que la detección por espectrómetro de masas aísla la señal de propileno, lo que permite calcular la concentración de sitios ácidos.

Después de obtener el área del pico por integración de la señal de propileno de la Figura 4,_Apms, la concentración del sitio ácido,_Nas, puede calcularse como sigue:

A continuación se muestran los valores calculados que corresponden a los datos de la Figura 4. Los valores de concentración se expresan en unidades de micromoles de sitios ácidos por gramo de zeolita caracterizada.