Investigation of surface phenomena on solid catalysts by simultaneous thermogravimetry and DTA

Thermogravimetry and simultaneous DTA were used to investigate the phenomena of adsorption, desorption and surface reactions on solid catalysts. The measurements were carried out with NaX and X-type ion-exchanged zeolites and silica-alumina gels (Ketjen) treated with sodium hydroxide in the presence of carbon dioxide. On the basis of the quantitative results it is possible to give an interpretation of the surface phenomena and to establish the existence of various active centres on the surfaces of the catalysts. In the case of the adsorption of carbon dioxide on X-type zeolites, the quantity of carbon dioxide adsorbed is much smaller on ion-exchanged zeolites than on NaX.

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Zusammenfassung Thermogravimetrie und simultane DTA wurden zur Untersuchung der Adsorptions-, Desorptions-Erscheinungen und Oberflächenreaktionen an festen Katalysatoren eingesetzt. Die Messungen wurden and NaX und Zeolithen des Typs X sowie an Silika-Aluminiumoxidgelen Ketjen durchgeführt, welche mit Natriumhydroxid in Gegenwart von Kohlendioxid behandelt worden waren. Aufgrund der quantitativen Ergebnisse ist es möglich eine Deutung der Oberfiächenerscheinungen zu geben und die Existenz verschiedener aktiver Zentren an der Katalysatorenoberfläche nachzuweisen. Im Falle der Adsorption von Kohlendioxid an Zeolithen des Typs X ist die Menge des adsorbierten Kohlendioxids am Ionenaustauscher viel niedriger als am NaX.

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Résumé Application de la TG et de l'ATD simultanées à l'étude des phénomènes d'adsorption, de désorption et de réactions de surface sur des catalyseurs solides. Les mesures ont été effectuées avec des zéolites échangeuses d'ions de type NaX et X ainsi qu'avec des gels Ketjen silice-alumine traités par NaOH en présence de CO₂. Les résultats quantitatifs permettent de donner une interprétation des phénomènes de surface et d'établir l'existence de divers centres actifs à la surface des catalyseurs. Dans le cas de l'adsorption de CO₂ sur les zéolites de type X, la quantité de CO₂ adsorbé est beaucoup plus faible que sur les zéolites de type NaX.

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DTA , . - NaX X - « », . . X, - , NaX.

     

Coke deposition on naphtha reforming catalysts: II. Influence of the addition of a second metal to platinum

The nature and rate of coke deposited on mono-and bimetallic reforming catalysts have been studied for normal heptane reforming. For bimetallic catalysts it has been shown that coke deposition is less extensive than on monometallic catalyst, depending on the degree of polymerization and the type of bimetallic catalyst.

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-. , , , .

     

Radical concentrations and temperature oscillations in cool flame oxidation of butane

Damping and stable oscillation of free radical concentrations in butane oxidation have been found and studied experimentally by using a differential thermocouple. It has been established that maximum oscillations of radical concentrations slightly precede temperature maxima.

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і і і і і . . .

     

Toluene disproportionation and coke formation over fluorided alumina and hydrogen-mordenite

Toluene transformation was investigated on a fluorided alumina and a protonic mordenite under hydrogen (0.8, 12 bar) and under nitrogen (12 bar). Hydrogen pressure considerably improves the catalytic stability of H-mordenite by inhibiting the formation of coke. Moreover, hydrogen eliminates part of the coke deposited by reaction under nitrogen, and regenerates the activity of the mordenite. On the contrary, hydrogen has no effect in the case of fluorided alumina. The particular behavior of the mordenite is attributed to its very strong acidity.

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(0,8, 12 ) (12 ). -, . , , , . , - . .

     

Dynamic purity determinations. I. Location of the solidus by nuclear magnetic resonance

The error in purity determinations by differential scanning calorimetry has been studied on two different kinds of systems, metallic and organic, the latter with different types of impurities added. The organic systems have been corrected for solid-solubility error by a nuclear magnetic resonance technique.The impurities chosen for the organic systems were either quite dissimilar to the matrix or similar enough to render solid solution probable. This solid solution leads to deviations from the equation used for dynamic purity determinations. The nuclear magnetic resonance determination of the solidus establishes the proper starting temperature for area summation on a DSC curve.

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Zusammenfassung Der Fehler in Reinheitsbestimmungen mittels Differential-Scanning-kalorimetrie wurde an zwei verschiedenartigen Systemen untersucht, metallisch und organisch, wobei zu letzteren verschiedentliche Verunreinigungen zugefügt wurden. Der durch Feststoff-Feststofflöslichkeit verursachte Fehler in den organischen Systemen wurde mittels einer kernmagnetischen Resonanzmethode korrigiert.Die für die organischen Systeme gewählten Verunreinigungen waren entweder sehr verschieden von der Matrix, oder aber genügend ähnlich, um feste Lösungen wahrscheinlich zu machen. Diese festen Lösungen führen zu Abweichungen von der für dynamische Reinheitsbestimmungen angewendeten Gleichung. Die Bestimmung der kernmagnetischen Resonanz des Feststoffs ermöglicht die Bestimmung der richtigen Anfangstemperatur für die Flächen-summierung auf der DSC-Kurve.

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On leave from The Institute for Physical Chemistry, Polish Academy of Science, Warsaw, Poland.

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The authors are grateful to the National Science Foundation for its support through Research Grant CHE 76-08765, and to S. E. Walter for assistance with some calculations.     

Reaction of undecyl radicals with aromatic hydrocarbons

A competition method (R^.+O₂RO ₂ ^. , R^.+XHRH+X^.) is proposed to measure the relative rate constants for the interaction of alkyl radicals with different organic compounds. Partial (per C–H bond) rate constants have been determined for the reaction of undecyl radicals with cumene, ethylbenzene and toluene.

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(R^.+O₂RO ₂ ^. , R^.+XHRH+X^.), . ( C–H ) , .

     

Nonsteady-state kinetic model of sulfur dioxide oxidation on vanadium catalysts

Rate constants and activation energies of individual steps for the previously suggested mechanism of SO₂ oxidation on vanadium catalysts have been determined from experimental data on nonsteady-state kinetics.

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The thermal behaviour of solvates in the LiCI(MgCl2, AlCl3) water-1,4-dioxane systems

The thermal behaviour of the solvates and mixed solvates in the LiCl(MgCl₂, AlCl₃)-water-1,4-dioxane systems was investigated by means of DTA measurements of the melting behaviour and by quasi-isothermal and quasi-isobaric investigations of the thermal decomposition processes.The compounds melt incongruently. The positions of the melting points and the processes of thermal decomposition confirm the assumption that 1,4-dioxane is bonded in the first coordination sphere in the mixed solvate of lithium, but in the cases of magnesium and aluminium chloride it is bonded via hydrogen-bonds and not directly to the cations. Only for the lithium and magnesium compounds does the decomposition of the anhydrous solvates result in anhydrous chlorides.

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Zusammenfassung Das thermische Verhalten der Solvate und Mischsolvate der Systeme LiCl, (MgCl₂, AlCl₃)-Wasser-1,4 Dioxan wurde mit Hilfe von DTA-Messungen zum Schmelzverhalten, und quasi-isothermen und quasi-isobaren Untersuchungen zum Ablauf der thermischen Zersetzung Untersucht. Die Verbindungen schmelzen inkongruent. Die Lage der Schmelzpunkte und der Verlauf der thermischen Zersetzung bekräftigen die Vorstellungen, daß 1,4 Dioxan im Mischsolvat des Lithiums in der ersten Koordinationsphäre direkt am Kation, hingegen bei Magnesium und Aluminium über Wasserstoffbrücken gebunden ist. Die Zersetzung der wasserfreien Solvate führt nur im Fall der Lithium- und Magnesiumverbindungen zu den wasserfreien Chloriden.

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( , )--1,4- , - - — . . , 1,4- . , , . .

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The valuable assistance of Dr. Frahghänel in the separation of the solid phase by means of the hightemperature centrifuge is gratefully acknowledged.     

Kinetics of ammonia decomposition of polycrystalline rhodium at pressures between 0.013 and 103 kPa

The rates of ammonia decomposition on polycrystalline Rh wires between 600 and 1800 K and at pressures between 13.3 Pa and 103 kPa were measured and fitted with a Langmuir-Hinshelwood unimolecular reaction rate expression. At high temperatures and pressures the reaction seems to be mass transfer controlled.

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Rh 600–1800 K 13,3 –103 . , -. .

     

Influence of the gas phase on metallic reference electrodes used in work function measurements

Contact potential differences between electrodes of Pt, Au and Ta of different surface finishing were measured by the dynamic condenser method in propylene and oxygen. Propylene is irreversibly adsorbed, thus changing the work function. This renders the electrodes unsuitable as standard electrodes for work function measurements on catalysts in the atmosphere of hydrocarbons, but they may be used in adsorption studies on oxygen.

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Pt, Au Ta . , , . , .

     

Thermal properties of elastin-fatty acid complexes

Differential scanning calorimetry has been applied to study the interaction of fibrous or of soluble elastin with fatty acids and their trialanine derivatives. The DSC curves of elastin-fatty acid preparations exhibited an endothermic transition in the temperature range - 10° to + 50°. The peak temperatures and the enthalpy changes were independent of the chain length and of the saturation of the fatty acid. The interaction with the trialanine derivatives was similar to that with the fatty acids.Such interactions between elastin and lipids might take place in vivo as well, resutling in the loss of elasticity of elastin fibres and consequently in the development of arteriosclerotic lesions.

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Zusammenfassung Zur Untersuchung der Wechselwirkung zwischen dem fibrösen oder lösbaren Elastin, und den Fettsäuren und ihren Trialanin-Derivaten wurde die DSC-Methode angewandt. Die DSC-Kurven der Elastin-Fettsäure-Präparate zeigten in dem Temperaturbereich von - 10° bis + 50° einen endothermischen Übergang. Die Peak-Temperaturen und die Änderungen der Enthalpie waren von der Kettenlänge und der Sättigung der Fettsäure unabhängig. Die Wechselwirkung mit den Trialanin-Derivaten war der mit den Fettsäuren ähnlich.Solche Wechselwirkungen zwischen Elastin und den Lipiden können auch in vivo stattfinden, und die Abnahme der Elastizität der Elastin-Fibern, und folglich die Entfaltung der arteriosklerotischen Schädigungen resultieren.

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. - — — 10° - + 50°. , . , . , , .

     

Reaction kinetics by thermal analysis

The application of thermal analysis in the study of reaction kinetics and reaction mechanisms in combination with presently available powerful analytical tools, in the sphere of materials with particular reference to high energy materials is presented and discussed. Also an attempt has been made to correlate the kinetic data obtained by TA with the performance characteristics, for some important materials.

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Zusammenfassung Es wird die Anwendung der Thermoanalyse bei der Untersuchung der Reaktionskinetik und des Reaktionsmechanismus in Zusammenwirkung mit den gegenwärtig zur Verfügung stehenden leistungsfähigen analytischen Werkzeugen auf dem Gebiet von Materialien mit speziellem Bezug auf energiereiche Stoffe dargestellt Und besprochen. Es wurde auch versucht, die durch TA erhaltenen kinetischen Daten einiger wichtiger Stoffe mit deren Leistungskenndaten in Beziehung zu stellen.

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Stereochemistry of heterogeneous catalytic reactions; epimerization of alicyclic diols on copper catalysts

During the reactions of 8 isomeric alicyclic diols on Cu/Al and Cu catalysts, epimerization of the isomers was observed. The epimerization proceeds via a hydroxy-oxo intermediate.

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8 Cu/Al Cu . -.

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Part XLII of the series Study of the transformations of diols and cyclic ethers.     

Kinetics of ion-exchange of transition metals on tin(IV) arseno-silicate cation exchanger

Exchange kinetics of some transition metal ions on tin(IV) arsenosilicate has been studied at various temperatures under particle diffusion controlled conditions. Various useful kinetic parameters such as self-diffusion coefficient (D_o), energy of activation (E_a) and entropy of activation (S^*) have been calculated and compared with other similar materials.

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(IV) . , (D_O), (E_a) (S^*), .

     

Magnetic susceptibility measurement with a Dupont's thermogravimetric analyser

The adaptation of a Du Pont Thermogravimetric Analyser for the measurement of magnetic susceptibility as a function of temperature in the range – 80 °C to 300 °C is described.

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Zusammenfassung Die Adaptation des Du Pont's Thermogravimetric Analyzer zur Messung der magnetischen Suszeptibilität in Abhängigkeit von der Temperatur im Bereich von – 80° bis 300 °C wird mitgeteilt.

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–80°–300 °.

     

Effect of oxygen on the catalytic reduction of nitric oxides by carbon monoxide over NiO

The catalytic reduction of nitrogen oxides (NO, N₂O and NO₂) by carbon monoxide over NiO has been studied in the temperature range from 200 to 500°C. The reaction of NO₂ with CO is much faster than that of NO with CO. The former reaction in the presence of a 3–4-fold excess of oxygen proceeds at a significant rate. In the temperature range studied, NO₂ decomposes to N₂ and O₂.

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200–500°C (NO, N₂O NO₂) NiO. NO₂ CO NO CO. NO₂ CO 3–4- . NO₂ N₂ O₂.

     

Combined thermoanalytical-mass-spectrometric investigation of crupodexR dextranomer

A cross-linked dextranomer, which is used as a wound drying and cleansing powder (Crupodex^R), has been investigated by several thermoanalytical methods. First the TG, DTG and DTA characteristics were studied and compared with those of another product (Debrisan^R), marketed earlier. The TG curves were also used for the examination of water uptake and the drying process. The traces of organic solvents (mainly ethanol) remaining from the manufacturing process were studied with a quadrupole mass-spectrometer coupled to a derivatograph. From the results of these experiments, several conclusions were drawn about the mechanism of water and solvent uptake.

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Zusammenfassung Crupodex^R-Puder, ein vernetztes Dextranomer zum Trocknen und Säubern von Wunden, wurde mittels einiger thermoanalytischer Methoden untersucht. Zuerst wurden die TG, DTG und DTA Charakteristiken betrachtet und mit denen eines schon früher auf den markt gekommenen Produktes (Debrisan^R) verglichen. Die TG-Kurven wurden auch zur Untersuchung der Wasseraufnahme- und Trocknungsprozesse verwendet. Aus dem Produktionsprozeß verbliebene Lösungsmittelreste — hauptsächlich Ethanol — wurden mit einer Instrumentenanordnung Quadrupolmassenspektrometer-Derivatograph bestimmt. Mittels dieser Ergebnisse konnten einige Schlußfolgerungen betreffs des Mechanismus der Wasser- und Lösungsmittelaufnahme getroffen werden.

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Thermal decomposition of CaCO3 in the presence of calcium fluoride

The thermal decompositoon of calcium carbonate mixed with calcium fluoride was examined by means of simultaneous TG, DTG and DTA. The temperature range of CaCO₃ decomposition shifted to higher temperatures as a result of CaCO₃-CaF₂ eutectic formation. The temperature of melting of this eutectic was in the temperature range of CaCO₃ decomposition, and therefore all factors which increase the partial pressure of CO₂ (such as the thickness of the sample layer, the shape of the crucible, the heating rate, etc.) influence the amount of the liquid phase. The DTA curves can be regarded as the sum of three endothermic effects occurring almost simultaneously: decomposition of CaCO₃ in the solid phase, melting of the eutectic, and decomposition of CaCO₃ present in the liquid phase.

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Zusammenfassung Die thermische Zersetzung von Calciumcarbonat-Calciumfluorid-Mischungen wurde durch simultane TG-DTG-DTA untersucht. Der Bereich der CaCO₃-Zersetzung wird infolge der Bildung des CaCO₃-CaF₂-Eutektikums zu höheren Temperaturen verschoben. Die Schmelztemperatur dieses Eutektikums liegt im Temperaturbereich der CaCO₃-Zersetzung, deshalb haben alle Faktoren, die den Partialdruck des CO₂ beeinflussen (Schichtdicke der Probe, Tiegelgeometrie, Aufheizgeschwindigkeit usw.) auch Einfluss auf die Menge der entstehenden flüssigen Phase. Die DTA-Kurven entstehen durch Überlagerung von 3 endothermen Effekten, die fast gleichzeitig ablaufen: Zersetzung von CaCO₃ in fester Phase, Schmelzen des Eutektikums, Zersetzung von CaCO₃ in flüssiger Phase.

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, . , CaCO₃-CaF₂. , ₂ ( , , .) . : , , .