光催化和电催化中还原产物检测方案(气相色谱仪)

SSL-CA20-038Excellence in Science Excellence in ScienceGC-146 岛津企业管理(中国)有限公司-分析中心Shimadzu (China) Co.， LTD. -Analytical Applications CenterTel：86(21)34193996Email： sshzyan@shimadzu.com.cnhttp：//www.shimadzu.com.cn 气相色谱法分析光催化和电催化还原产物 GC-146 摘要：本文采用岛津 GC-2014气相色谱仪建立了分析光催化水解制氢和光催化 CO， 还原产物的测定方法。该方法灵敏度高， TCD 检测器分析H2，方法检出限为 12.89ppm； FID检测器分析CzH4，方法检出限为 0.2ppm；重复性好，低烃RSD%<0.5%；该方法扩展性强，既可以分析分析光水解制氢，又可以在线分析光催化 CO，还原产物。 关键词：气相色谱仪光催化s热导检测器 TCD 氢火焰离子化检测器FID 面对日益枯竭的传统化石能源(如石油、煤、天然气等)l以及日益加剧的环境污染问题，人类必须不断追求和发展新的可持续能源转换与储存体系。1972年， Fujishima 在半导体 TiO，电极上发现了水的光催化分解作用，开辟了半导体光催化新领域，兴起了以光催化方法分解水制氢(简称光解水)的研究，并在光催化剂的合成、改性等方面取得较大进展。 近年来，全球二氧化碳排放量的逐年增加，温室效应严重，对人民赖以生存的生态环境造成了严重威胁，因此二氧化碳的捕获、存储以及转化受到研究者的广泛关注。光催化 CO， 还原的产物，打破了传统的化学合成通过石油裂解获得所需的原料，避免了依赖 以化石燃料为基础的合成方式。在二氧化碳转化方面，利用传统化学方法还原二氧化碳需要同时消耗大量的能量和氢气，而采用光催化方法还原二氧化碳，可以在比较温和的反应条件一步直接获得一氧化碳/碳氢化合物和甲醇等高值化学品和液体燃料，表现出极具潜力的应用前景，当前已成为相关领域一个重要的研究热点。 本文采用岛津 GC-2014系统气相，建立了光催化水解制氢和光催化 CO， 还原的方法，， 可以用于气态产物的在线分析和液相产物的手动进样分析。该方法简单、实用，灵敏度高，可广泛用于光催化系统中。 岛津 GC-2014气相色谱仪 1.2催化反应装置 从左到右依次为电催化系统、光催化和系统气相。催化反应的气体，通过管路与阀进样口相连接。通过切换阀进样，载气把定量环中的样品带到预柱预分离， H，CH4，CO进入到MS-13X进行分离，其他组分反吹通过 PN进行分离，如下图1所示。对于密闭空间产生的反应气，如下光催化装置，使用气体气密针取气，填充柱进样口进样分析。液相产物，通过分流不分流进样口，使用毛细管柱，可以分析里面的甲醇、乙醇等组分。 电催化装置 光催化装置 SYSTEM GC-2014 1.2.1仪器流路图 图1光催化和电催化还原系统流路图 1.3分析条件 柱温程序：60℃(12min) 定量环：1mL MTN温度：350℃阀箱温度：60℃FID1温度：200℃色谱柱： Poropak Q 80/100mesh 2mFID2温度：200℃Poropak N 80/100mesh 3mTCD 温度：150C60mAMS-13X80/100mesh 2m 进样方式：阀进样 样品前处理 2.1标准品的制备 由四川中测标物科技有限公司提供的标气(uL/L)： H21000ppm，0z2000ppm， CH 100ppm， CO 1000ppm，C2Ha100ppm， C2H 100ppm，CzH250ppm，Nz平衡气。制作标准曲线。 2.2样品制备 按照图1所示， Sample IN 连接催化系统，进样分析。 结果与讨论 3.1标气的色谱图 按照1.2分析标准气体，一次进样，同时使用三个检测器TCD-1(热导检测器)，FID-1(氢火焰离子化检测器)，FID-2分析样品。Hz由 TCD-1进行检测；微量的 CO 通过 MTN(甲烷转化炉)，转化为 CH4后，由FID-1检测；Cz由 FID-2进行检测分析。如下所示。 图2TTCD-1的色谱图 图3FID-1的色谱图 图4 FID-2的色谱图 图55FID-2的色谱图(甲醇、乙醇，手动 SPL 进样) 表1组分名称、CAS号以及保留时间 No. 中文名称 CAS 保留时间]((min) 1333-74-0 1.223 74-82-8 3.414 3 630-08-0 4.184 4 CH4 74-85-1 7.405 5 CH6 74-84-0 8.484 6 CH 74-86-2 11.217 3.2实验重复性和检出限 标样连续进样3次，考察仪器的重复性。实验测定结果见表2。根据标准品数据，计算气体组分的检出限(S/N=3)，如表2所示。 表2气体组分的峰面积重复性 RSD%(n=3)及检出限 No. 中文名称 面积 RSD% 检出限(ppm) H. 0.65 12.89 0.20 0.25 3 0.11 0.29 4 CH 0.07 0.17 5 CH6 0.15 0.20 6 C2H2 0.29 0.24 结论 本文利用岛津 GC-2014系统气相建立分析光催化CO， 还原产物。该方法简单、实用，单阀多柱、多检测器系统，一次进样可以同时完成永久性气体和轻烃分析；该系统适应性强，也可以用于光催化水解制氢，包括手动使用气体气密针取样分析；该系统应用广，除了常规的气体分析外，也可以分析光催化液体产物，例如甲醇、乙醇等。 岛津应用云 近年来，全球二氧化碳排放量的逐年增加，温室效应严重，对人民赖以生存的生态环境造成了严重威胁，因此二氧化碳的捕获、存储以及转化受到研究者的广泛关注。光催化CO2还原的产物，打破了传统的化学合成通过石油裂解获得所需的原料，避免了依赖以化石燃料为基础的合成方式。在二氧化碳转化方面，利用传统化学方法还原二氧化碳需要同时消耗大量的能量和氢气，而采用光催化方法还原二氧化碳，可以在比较温和的反应条件一步直接获得一氧化碳/碳氢化合物和甲醇等高值化学品和液体燃料，表现出极具潜力的应用前景，当前已成为相关领域一个重要的研究热点。本文采用岛津GC-2014系统气相，建立了光催化水解制氢和光催化CO2还原的方法，可以用于气态产物的在线分析和液相产物的手动进样分析。该方法简单、实用，灵敏度高，可广泛用于光催化系统中。