Frontier Lab Tandem μ-Reactor - Rapid Screening Reactors for GC/MS

Význam tématu

Rychlá a efektivní analýza katalytických reakcí v plynné fázi je klíčová pro vývoj nových materiálů a optimalizaci průmyslových procesů. Systém tandemových mikroreaktorů připojený k GC/MS umožňuje okamžitý monitoring reakčních produktů a flexibilní úpravu podmínek reakce.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo demonstrovat schopnost nové řady mikroreaktorů Rx-3050TR provádět on-line screening katalyzátorů za různých teplot a atmosfér. Studie představila konfiguraci dvou reaktorů (preheating/pyrolýza a katalytická fáze) a analyzuje konverzi etanolu na diethylether, etylen a vodu při zvyšující se teplotě.

Použitá metodika

Systém sestává ze dvou keramických mikroreaktorů naplněných katalyzátorem H-ZSM-5. První reaktor zajišťuje předehřev a pyrolýzu vzorku, druhý pak vlastní katalytickou reakci. Teplotní programy lze nastavit až osm kroků s rampou 1–200 °C/min v rozsahu 40–700 °C. Plynná fáze je sledována on-line hmotnostním spektrometrem a následně separována v GC koloně.

Použitá instrumentace

• Tandem µ-Reactor Rx-3050TR se dvěma katalytickými náplněmi
• Plynový chromatograf spojený s hmotnostním spektrometrem (GC/MS)
• Nosné a reakční plyny He, vzduch a H₂
• Křemíkové reakční trubice (i.d. 3 mm, o.d. 4 mm) pro rychlou výměnu katalyzátorů

Hlavní výsledky a diskuse

Online-MS monitorování ukázalo prudký pokles koncentrace etanolu kolem 280 °C a současný nárůst diethyletheru. Dále se prokázala tvorba etylenu a vody. Analýza čtyř teplotních zón pomocí GC/MS potvrdila postupnou přeměnu etanolu na cílové produkty s rostoucí teplotou katalytické fáze.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlý screening katalyzátorů pro plynné, kapalné i pevné vzorky
• Minimální spotřeba materiálu a katalyzátoru
• Flexibilní nastavení teplotních a atmosférických programů
• On-line monitoring reakcí s následnou detailní GC/MS analýzou

Budoucí trendy a možnosti využití

Další směřování může zahrnovat plnou automatizaci vysokoproduktového screeningu, rozšíření na heterogenní i homogenní katalýzy, vícerozměrné reaktivní zóny a využití strojového učení pro rychlou optimalizaci provozních podmínek.

Závěr

Systém tandemových mikroreaktorů Rx-3050TR v kombinaci s GC/MS poskytuje rychlý, flexibilní a přesný nástroj pro screening katalyzátorů a optimalizaci parametrů katalytických reakcí v plynné fázi. Modulární design a široký rozsah teplotních programů zvyšují jeho využitelnost v průmyslovém i akademickém prostředí.