專利名稱：一種對分子篩催化劑晶化過程進行原位表征的樣品池及使用方法
技術領域：
本發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行原位表征的樣品池及方法
背景技術：
沸石分子篩獨特的孔道結構及高的比表面積和水熱穩定性，使其在催 化、吸附、分離等領域得到廣泛應用。近年來，納米沸石的發展使沸石的 應用進一步拓寬到電子材料、光材料、藥物載體、環保等新的領域。各種 自組裝技術的發展，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(結構因素及條件 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知不足是 重要原因之一。特定尺寸、形貌的分子篩的設計合成，依賴于對分子篩成
核和生長過程的詳細了解。基于同步輻射X光源原位技術的發展為合成
體系演化過程及機理研究提供了新的技術手段。同步輻射x光源是一種
具有高強度、高度準直、高度極化、特性可精確控制等優異性能的脈沖光 源，可以用以開展其它光源無法實現的許多前沿科學技術研究。新一同步
輻射光源的亮度比通常實驗室用的最好的x光源要亮一億倍以上。它
使得同步輻射應用從過去靜態的、在較大范圍內平均的手段擴展為空 間分辨的和時間分辨的手段，這就為眾多的學科和廣泛的技術應用領
域帶來前所未有的新機遇。如何充分利用同步輻射x光源優異性能開
展常規條件下無法進行的許多研究，特別是對合成分子篩催化劑時，其動 態結構進行原位表征，幫助人們提高對分子篩催化劑合成過程微觀特性的 變化及晶化機理的認識，成為眾多科學家追求的目標。
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手段的限制，此前人們利用同步輻射x光對催
化劑結構進行研究，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，高溫原位XAFS研究NiB 納米非晶態合金催化劑的結構，北京同步輻射裝置年報，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。人們對真實反應條件下催化劑的結構信息更感興趣。
發明內容
本發明的目的是提供一種對分子篩催化劑晶化過程進行原位在線表 征的樣品池及方法。
本發明的樣品池是在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射線吸收精細結構)、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)進行研究。監測在這些過程中催化劑結構的變化。
本發明的樣品池是由池體，壓環、密封墊，窗片，池蓋，緊固件，內 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。池體小孔內有圓環狀內芯，在內芯的徑向有一個徑向圓孔，內芯的徑 向圓孔與池體的的徑向圓孔相通，內芯兩側各有一個圓形窗片，內芯與兩 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狀密封 墊，密封墊的外側各有一個壓環， 一側壓環的中心有一圓孔，另一側壓環 中心有一長？L，每個壓環的外側有一個圓環狀池蓋，池蓋的中間有圓臺形 開口，圓臺形開口小口一側與壓環接觸，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，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可以是聚四氟、聚酰亞胺或柔性石墨，以適
應不同溫度、壓力的需要。如上所述的池體，其外側固定加熱器件。加熱器件根據溫度的不同可 以選用電加熱圈、履帶式陶瓷片加熱器、硅橡膠加熱板等。 本發明的樣品池使用方法如下
(1) 將內芯放入池體，內芯上徑向圓孔對準池體上徑向圓孔；
(2) 內芯兩側各放置一個窗片；
(3) 窗片的外側各放置一個密封墊；
(4) 圓孔壓環和長孔壓環分別放置在密封墊外側；
(5) 壓環外側放置池蓋；
(6) 用緊固件將兩側的池蓋連接，并緊固；緊固件通過池蓋、壓環和 密封墊將內芯與窗片密封固定于池體內；
(7) 在外殼側面固定好加熱器件；
(8) 將樣品經接頭管、池體徑向孔、內芯徑向孔導入樣品池；
(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，圓孔壓環一側對準X入射光；長孔壓環 一側對準檢測器，根據需要設定溫度和壓力，條件滿足后，進行催化劑動 態結構表征。
本發明具有如下優點
(1) .利用高亮度的同步輻射X光，實現了分子篩催化劑晶化過程動 態結構原位在線表征。
(2) .適用范圍寬。可以對溶膠凝膠法、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行研究。
(3) .可以采用XAFS(X射線吸收精細結構)、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
段進行研究。
圖1為本發明樣品池結構示意圖2為本發明樣品池結構示意圖的左視圖
圖3為本發明熱電偶組件的放大圖。如圖所示，l是池體，2、 ll是壓環，3、 IO是密封墊，4、 9是窗片， 5、 7是池蓋，6緊固件，8是內芯，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。
具體實施例方式
實施例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 有圓環狀內芯8，在內芯8的徑向有一個徑向圓孔，內芯8的徑向圓孔與 池體l的徑向圓孔相通，內芯8兩側各有一個圓形窗片4、 9，內芯8與 兩個窗片4、 9形成一個空腔；內芯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狀密封 墊3、 10;密封墊3、 10的外側各有一個壓環2、 11，壓環ll的中心有一 圓孔14，壓環2中心有一長孔13。壓環2、 11的外側有一個圓環狀池蓋 5、 7，池蓋5、 7的中間有圓臺形開口，圓臺形開口小口一側與壓環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；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。
本發明使用如下 (1)將內芯8放入池體1，內芯8上徑向圓孔對準池體1上徑向圓孔；
(2) 內芯(8)兩側分別放置窗片4、 9;
(3) 窗片4、 9的外側分別放置密封墊3、 10;
(4) 密封墊3、 10的外側分別放置長孔壓環2和圓孔壓環11;
(5) 壓環2、 U外側分別放置池蓋5、 7;
(6) 用緊固件6將兩側的池蓋5、 7連接，并緊固；緊固件6通過池 蓋5、 7、壓環2、 11和密封墊3、 10將內芯8與窗片4、 9密封固定于池 體1內；
(7) 在池蓋5、 7外側面固定好加熱器件；(8) 將樣品經接頭管9、池體1徑向孔、內芯8徑向孔導入樣品池；
(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11 一側對準X入射光；長
孔壓環2—側對準檢測器，根據需要設定溫度和壓力，條件滿足后，進行
催化劑動態結構表征。
其中導入的樣品是溶膠凝膠分子篩前驅體；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，其結構動態的變化 信息。
實施例2:其中導入的樣品是微乳液分子篩前驅體；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。其余同實施例l。
實施例3:其中導入的樣品是反膠束分子篩前驅體；窗片4、 9的材 料為內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。其余同實施例l。
實施例4:其中導入的樣品是清液法分子篩前驅體；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。其余同實施例1。
實施例5:其中導入的樣品是反膠束分子篩前驅體；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。其余同實施例1。
權利要求
1、一種對分子篩催化劑晶化過程進行原位表征的樣品池，它是由池體(1)，壓環(2、11)、密封墊(3、10)，窗片(4、9)，池蓋(5、7)，緊固件(6)，內芯(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)小孔內有圓環狀內芯(8)，在內芯(8)的徑向有一個徑向圓孔，內芯(8)的徑向圓孔與池體(1)的的徑向圓孔相通，內芯(8)兩側各有一個圓形窗片(4、9)，內芯(8)與兩個窗片(4、9)形成一個空腔；內芯(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狀密封墊(3、10)；密封墊(3、10)的外側各有一個壓環(2、11)，壓環(11)的中心有一圓孔(14)，壓環(2)中心有一長孔(13)。壓環(2、11)的外側有一個圓環狀池蓋(5、7)，池蓋(5、7)的中間有圓臺形開口，圓臺形開口小口一側與壓環(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、 如權利要求1所述的一種對分子篩催化劑晶化過程進行原位表征的樣品 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；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、 如權利要求1所述的一種對分子篩催化劑晶化過程進行原位表征的樣品 池，其特征在于所述的內芯(8)的厚度0.5 3mm。
4、 如權利要求1所述的一種對分子篩催化劑晶化過程進行原位表征的樣品 池，其特征在于所述的窗片(4、 9)的材料是金屬鈹、氮化硼陶瓷或內表面沉 積氮化硼薄膜的金屬鈹，其厚度0.4 2mm。
5、 如權利要求1所述的一種對分子篩催化劑晶化過程進行原位表征的樣品 池，其特征在于所述的密封墊(3、 IO)的材質是聚四氟、聚酰亞胺或柔性石墨。
6、如權利要求1-5任一項所述的一種對分子篩催化劑晶化過程進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)將內芯(8)放入池體(1)，內芯(8)上徑向圓孔對準池體(1)上徑向圓孔；(2) 內芯(8)兩側分別放置窗片(4、 9);(3) 窗片(4、 9)的外側分別放置密封墊(3、 10);(4) 密封墊(3、 10)的外側分別放置長孔壓環(2)和圓孔壓環(11);(5) 壓環(2、 11)外側分別放置池蓋(5、 7);(6) 用緊固件(6)將兩側的池蓋(5、 7)連接，并緊固；緊固件(6)通過池蓋 (5、 7)、壓環(2、 11)和密封墊(3、 10)將內芯(8)與窗片(4、 9)密封固定于池體 (l)內；(7) 在池蓋(5、 7)外側面固定好加熱器件；(8) 將樣品經接頭管(9)、池體(l)徑向孔、內芯(8)徑向孔導入樣品池；(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(11)一側對準X入射光；長 孔壓環(2)—側對準檢測器，根據需要設定溫度和壓力，條件滿足后，進行催化劑動態結構表征。
全文摘要
一種對分子篩催化劑晶化過程進行原位表征的樣品池是由池體，壓環、密封墊，窗片，池蓋，緊固件，內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射線吸收精細結構)、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)進行研究。監測在這些過程中催化劑結構的變化。
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 優先權日2009年8月14日
發明者吉向飛, 王國富, 王建國, 秦張峰, 梅 董 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所