Гетерогенный катализ

1. Гетерогенный катализ

Лекция 7

2. Определение

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.
Гетерогенно-каталитические реакции широко
применяются в промышленности, чем
гомогенные и ферментативные. Это
обусловлено тем, что твердые катализаторы
легче отделить от жидкой или газообразной
фазы, в которой содержатся реагенты.

3.

• В промышленности применяют катализаторы:
- в виде цилиндров, гранул диаметром
несколько миллиметров, а также
- катализаторы, получаемые нанесением
активного агента (платины, палладия) на
пористый носитель - активированный уголь,
кизельгур, силикагель, алюмогель.
Количество каталитически активного металла в
нанесенном катализаторе не превышает
нескольких процентов, что дает возможность
экономить драгоценные дефицитные металлы.

4. Теории катализа

• Из-за очень малых концентраций
нанесенного металла на поверхности
носителей находятся не микрокристаллы, а
небольшие группы атомов, которые
Кобозев назвал ансамблями. Он обратил
внимание на то, что за увеличением
количества нанесенного металла на
носителе активность нанесенного
катализатора проходит через максимум.

5. Катализаторы

• Для повышения активности, термодинамической
устойчивости, механической жесткости применяют
катализаторы в виде многокомпонентных систем смешанные и промотированные. Смешанные
катализаторы - это смесь двух или нескольких
оксидов Al2О3, Сr2О3, СаО и МgO, активность
которых является функцией состава.
• Специфической особенностью
гетерокаталитических процессов является
способность катализатора к промотированию и
отравлению.

6. Промоторы

• Промоторы (активаторы), не имеют
каталитические свойства, но повышают
каталитическую активность катализатора.
Например, для железного катализатора для
синтеза аммиака нужен промотор оксид
алюминия. Он покрывает тонкой пленкой
поверхность катализатора и защищает его
от рекристаллизации, сохраняя дефекты в
поверхностном слое, т.е. удельную
активность катализатора.

7.

Для катализируемой металлическим никелем реакции
СО + Н2 ––> СН4 + Н2О
введение небольшой примеси церия приводит к резкому
возрастанию активности катализатора.
Отравление – резкое снижение активности катализатора в
присутствии некоторых веществ (т. н. каталитических ядов).
Для реакции синтеза аммиака (катализатор – губчатое Fe),
присутствие в реакционной смеси соединений S вызывает
резкое снижение активности железного катализатора; в то
же время способность катализатора к адсорбция реагентов
снижается очень незначительно.

8. Классы гетерогенных катализаторов

9. Катализ

Катализатор действует не всей
своей массой, а лишь поверхностными активными
центрами. Скорость такой
каталитической реакции уже
не будет пропорциональной
Металлическая
массе катализатора, как в
платина (показана
гомогенном катализе, а
стрелками), стабилизависеть от удельной площади зированная на
поверхности катализатора:
носителе — оксиде
ri = ±
1