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Project 25: Appearance potential mass spectrometry
Abstract:
Am Mechanismus heterogen katalysierter Reaktionen können auch Reaktionen in der Gasphase beteiligt sein. Während eine energetische Kopplung zwischen heterogenen und homogenen Reaktionen durch Reaktorkühlung minimiert werden kann, ist eine Kopplung über die Desorption reaktiver Intermediate und ihrer Folgereaktionen in der Gasphase schwer zu kontrollieren. Besonders Radikale initiieren oft – erwünschte oder unerwünschte – homogene Reaktionen1.
Eine technisch bedeutende Reaktion bei der homogene Schritte postuliert werden, ist die Platin-katalysierte Bildung von Blausäure aus Methan und Ammoniak (BMA-Reaktion):
CH4 + NH3 HCN + 3H2 rH = 256 kJ/mol
Da die Reaktion aufgrund ihrer Endothermie bei 1300 °C durchgeführt wird, treten als unerwünschte Nebenreaktionen die thermische Zersetzung von NH3 zu N2 und H2 sowie Russbildung auf.
Zielstellung und Experimente
Ziel der Untersuchung an der BMA-Reaktion war die Detektion reaktiver Gasphasenintermediate unter technischen Reaktionsbedingungen. Dazu wurde ein Modellreaktor über ein differentiell gepumptes Molekularstrahl-Interface an ein Quadrupol-Massenspektrometer (HIDEN HAL IV EPIC Low Energy) gekoppelt (Abb. 1), welches neben der massenspektrometrischen Analyse die Bestimmung von Ionisations- und Auftrittspotentialen (IP, AP) erlaubte. Die Probennahme mittels Molekularstrahl sollte reaktive Spezies einfrieren und einen schnellen und stoßfreien Transport in die Ionenquelle des Massenspektrometers gewährleisten. Der Reaktor bestand aus einem elektrisch beheizten, innen mit Pt beschichteten Keramikrohr. Die Reaktion wurde bei Atmosphärendruck und 1300°C durchgeführt. Das Reaktionsgas bestand aus 300 mlmin-1 NH3, 150 mlmin-1 CH4 und 50 mlmin-1 He.
Abb. 1
Versuchsaufbau – Schema
