Катализаторы

1. Катализаторы

2.

Гомогенный катализ – каталитические реакции, в
которых реагенты и катализатор находятся в одной
фазе. В случае гомогенно-каталитических процессов
катализатор образует с реагентами промежуточные
реакционноспособные продукты.
Наиболее распространенным типом гомогенного
катализа является кислотный катализ, при котором в
роли катализатора выступают ионы водорода Н+.
Гетерогенный катализ – каталитические реакции,
идущие на поверхности раздела фаз, образуемых
катализатором и реагирующими веществами.
Механизм гетерогенно-каталитических процессов
значительно более сложен, чем в случае гомогенного
катализа.

3.

Специфической особенностью гетерокаталитических
процессов является способность катализатора к
промотированию и отравлению.
Промотирование – увеличение активности катализатора в
присутствии веществ, которые сами не являются
катализаторами данного процесса (промоторов). Например,
для катализируемой металлическим никелем реакции:
СО + Н2 → СН4 + Н2О.
Добавка к никелевому катализатору небольшой примеси церия
приводит к резкому возрастанию активности катализатора.
Механизм – создание активных центров нового типа.
Отравление – резкое снижение активности катализатора в
присутствии некоторых веществ (каталитических ядов). Например, для реакции синтеза аммиака (катализатор – губчатое
железо), присутствие в реакционной смеси соединений
кислорода или серы вызывает резкое снижение активности
железного катализатора. Механизм-блокировка части
поверхности катализатора.

4. Состав катализатора

В
гетерогенном
катализе
редко
используют
индивидуальные соединения. Чаще гетерогенный
катализатор представляет собой многокомпонентное и
многофазное твердое тело. Обычно в этом классе
рассматривают три наиболее представительные группы
катализаторов модифицированные катализаторы;
смешанные
катализаторы
,катализаторы
на
носителях (нанесенные катализаторы).
Модифицированные
катализаторы.
Модифицированием в гетерогенном промышленном катализе
называют введение в твердое тело или его поверхность
атомов (ионов) иной валентности или резко
отличающихся
от него зарядом,
потенциалом
ионизации, акцепторно-донорной активностью или
другими свойствами.

5.

Взятые по отдельности, эти вещества не проявляют
каталитической активности в реакции синтеза. Однако,
будучи введенными в состав катализатора, они в
значительной мере улучшают многие эксплуатационные
характеристики полученной композиции.
Например :
Оксид железа и Al2O3,.
Смешанные катализаторы. Эта группа катализаторов
содержит в своем составе несколько активных компонентов,
взятых в соизмеримых количествах. В зависимости от
способа приготовления это могут быть механические смеси,
твердые растворы, новые структуры (соли кислот —
молибдаты, вольфраматы и пр.). Катализируемый процесс
протекает в этом случае на поверхностях, образованных
несколькими фазами, поэтому активность и селективность
таких катализаторов зависит от состава.

6.

Катализаторы на носителях. Высокая каталитическая
активность, проявляемая благородными (Pt, Pd, Ag,
Au) и редкими (Zr, Os, Re и пр.) металлами в различных
и многочисленных синтезах, хорошо известна.
При современных масштабах производства расход
таких металлов составил бы много тонн. Теория и
практика гетерогенного катализа утверждают, что в
каталитическом акте химического превращения
участвуют только атомы (ионы) поверхности.
Поверхностный характер каталитических механизмов
и необходимость экономии дорогих металлов
привели к идее создания активной поверхности на
основе другого, более дешевого материала носителя.

7.

В промышленной практике широкое распространение получили
такие носители как силикагель, оксиды алюминия Al2O3 и кремния
SiO2, пемза, графит, цеолиты, различные виды керамики и
неорганических полимеров.
Часть из них - проницаемые носители можно разбить на две группы:
материалы
с
неорганизованной
и
организованной
макроструктурами.
Первая группа состоит из проницаемых порошковых материалов,
макроструктуры которых, несмотря на определённые статические
закономерности,
образованы
случайным
расположением
структурообразующих элементов. Вторая группа (ВПЯМ) состоит из
сетчатых,
ячеистых
и
проницаемых
сотовых
материалов,
макроструктуры которых организованы по заранее известному
алгоритму.
Структура ВПЯМ, при похождении через которую потока жидкости или
газа, даже при малых числах Рейнольдса происходит его
турбулизация, интенсивное перемешивание контактирование с
поверхностью.

8.

9.

Механическая прочность. Требование механической
прочности обусловлено сильными механическими
нагрузками, которые испытывает катализатор при
работе в неподвижных (раскалывание при падении
вниз в процессе загрузки, раздавливание под
действием массы вышележа-щих слоев, эрозия зерен
движущимся с большой скоростью потоком газа и
пр.), в кипящих и движущихся слоях (истирание при
трении частичек друг о друга и о стенки
аппарата).
Термостойкость. : катализатор должен выдерживать
перегрев на 50–100оС сверх регламентированной
температуры.

10.

Поверхностные и структурные свойства.
К наиболее важным структурным характеристикам
катализатора относятся:
удельная поверхность,
пористость, радиус пор,
форма,
извилистость и шероховатость пор,
размер и распределение частиц,
их морфология и степень агломерации.