应用小站 | 使用STA（TGA-DSC）对不同组分Cu-Mg催化剂前驱体进行热分解分析

实验准备

准备不同组分Cu-Mg催化剂前驱体，使用LINSEIS STA在氮气条件下以5℃/min的升温速率从30℃升温至350℃，测试样品的热分解过程。

结果分析

TGA和DSC的测试结果如下图所示。在30-240℃温度范围内，C100M0 (75.5%-Cu)催化剂的析出物减少了1.77%-w。这种减少是由于少量结合水的蒸发。在第二阶段，在240-350℃，C100M0显著下降了24.49%-w。这是由于C100M0通过释放CO₂和H₂O化合物分解成CuO。C100M0的分解过程与反应方程(1)进行Cu₂CO₃(OH)₂分解为CuO的研究结果相似。但与理论值有些差异。理论上，孔雀石完全分解为CuO，孔雀石化合物的质量损失百分比为28%-w。C100M0的分解焓为434.13 J/g。这是由于加热速率不同导致的。

Cu2CO3(OH)2 → 2CuO + CO2 + H2O  (1)

基于热重分析的C0M100在30-350℃温度下的沉淀分解在低于190℃、190-285℃、285-350℃三个阶段有质量损失。C0M100的分解反应机理采用水菱镁石分解的方法，如式(2)-(5)所示：

脱水: < 190℃

4MgCO3.Mg(OH)2.4 H2O → 4MgCO3.Mg(OH)2 0.15H2O + 3.85H2O  (2)

脱羟基: 190-285℃

4MgCO3.Mg(OH)2.0.15H2O → 4MgCO3 + MgO + 1.15H2O (3)

脱碳 1: 285-350℃

4MgCO₃ → 3.6 MgCO₃ + 0.4MgO + 0.4 CO₂   (4)

脱碳 2: 350℃ 恒温1小时

3.6 MgCO₃ → 3.6 MgO + 3.6CO₂  (5)

在脱水阶段，由于3.85 mol的水蒸发，前驱体损失了14.87%-w的质量。前驱体中水的蒸发在去羟基化阶段继续进行。脱碳阶段发生在250℃以后。在这个阶段，由于分子中释放CO₂而造成的质量损失为36.27%-w。当C0M100前驱体继续分解到800℃时，在520℃发生放热反应。这与所描述的水菱镁石的典型分解过程非常相似。

C90M10的分解过程分为两个阶段。第一次分解发生在低于260℃，估计为结晶水，质量损失为1.38%-w，焓为187.06 J/g。在260℃-350℃的温度范围内，孔雀石分解为CuO，水菱镁石分解为MgO，同时释放出H₂O和CO₂。260-350℃时的质量损失率为25.81%-w，焓为289.45 J/g。第二阶段C90M10的分解温度在260℃开始发生。第二阶段分解的温度大于C100M0。这是由于催化剂的沉淀中含有C90M10，具有较高的分解温度。

C75M25催化剂前驱体在低于279℃失重14.25%-w，焓为597.88J/g。这种质量损失可归因于孔雀石和水菱镁石失H₂O分解，以及孔雀石可能发生CO₂分解。在279-350℃的温度范围内发生了质量损失，损失率为18.52%-w，焓为103.88 J/g。这可能是由于MgCO₃通过释放CO₂分解成MgO。

C50M50在低于272℃分解，质量损失为16.48%-w，焓为457.03 J/g。在这种情况下，质量损失可能是由孔雀石和水菱镁石的H₂O分解引起的。此外，孔雀石释放CO₂也会导致质量降低。在272-350℃的温度范围内，MgCO₃发生CO₂释放。

总结

本次实验使用LINSEIS STA对不同组分Cu-Mg催化剂前驱体进行热分解分析。前驱体的析出物为孔雀石和水菱镁石。热分解分析结果表明，C100M0析出物具有纯孔雀石分解的行为。C0M100的分解与水菱镁石的分解行为近似。催化剂析出物中Mg含量越大，催化剂析出物质量损失率越高。