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的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于一種催化劑原位表征裝置，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
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)計合成，依賴于對分子篩成核和生長過程的詳細(xì)了解。基于同步輻射X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(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MB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，2001年1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(yīng)條件 下催化劑的結(jié)構(gòu)信息更感興趣。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型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。本實用新型的樣品池是在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。本實用新型的樣品池是由池體，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)中心有一長孔，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。本實用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)(1).利用高亮度的同步輻射X光，實現(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；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，1是池體，2、11是壓環(huán)，3、10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。
具體實施方式
實施例1 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。本實用新型使用如下(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、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1mm ；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。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 肩、o實施例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280°C，壓力為自升壓力。其余同實施例1。實施例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300°C，壓力為自升壓力。其余同實施例1。實施例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1mm ；密封墊3、10的材料為聚四氟乙烯；內(nèi)芯8的厚度為1mm ；密封墊17的材料為聚 酰亞胺；控制溫度為200°C，壓力為自升壓力。其余同實施例1。實施例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。其余同實施例1。
權(quán)利要求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(1)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、10)的材質(zhì)是聚四氟、聚酰亞胺或柔性石墨。
專利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，池體(1)為有階梯孔的圓柱體，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；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)(2、11)的外側(cè)有一個圓環(huán)狀池蓋(5、7)；在池體(1)徑向圓孔處的外表面固定有一個熱電偶組件(12)。本實用新型具有適用范圍寬，實現(xiàn)了分子篩催化劑晶化過程動態(tài)結(jié)構(gòu)原位在線表征的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N23/083GK201589756SQ200920104128
公開日2010年9月22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, 吳忠華, 王國富, 王建國, 秦張峰, 胡天斗, 董梅, 蔡泉, 謝亞寧, 黃禮春 申請人:中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所