Гетерогенный катализ
-
Гетерогенный катализ
- Катализ, при котором фаза катализаторов отличается от фазы реагентов или продуктов
- Включает твердофазные катализаторы и газофазные реагенты
- Важен для крупномасштабного производства и селективного продукта
-
Адсорбция
- Процесс связывания молекул газовой фазы с атомами твердой поверхности
- Различают физическую и хемосорбцию
- Физическая адсорбция: ван-дер-Ваальсовы силы, энергия 3-10 ккал/моль
- Хемосорбция: обмен электронами, энергия 20-100 ккал/моль
-
Поверхностные реакции
- Реакции на поверхности металлов протекают по цепочке
- Механизм Ленгмюра-Хиншелвуда: адсорбция, реакция, десорбция
- Механизм Эли-Рида: адсорбция, реакция, десорбция
-
Конструкция катализатора
- Катализаторы активны только на определенных участках поверхности
- Площадь поверхности влияет на количество активных центров
- Пористые материалы увеличивают площадь поверхности
- Подложки увеличивают площадь поверхности и стабильность
-
Принцип Сабатье
- Взаимодействие поверхности с адсорбатами должно быть оптимальным
- Соотношения масштабирования уменьшают размерность пространства
- Микрокинетическое моделирование учитывает кинетику
-
Дезактивация катализатора
- Потеря каталитической активности и селективности
- Яды хемосорбируются и уменьшают количество активных центров
- Промоторы увеличивают скорость реакции
-
Влияние щелочных металлов на синтез аммиака
- Присутствие щелочных металлов увеличивает скорость диссоциации N2.
- Яды и промоторы могут изменять энергию активации и селективность катализатора.
-
Примеры дезактивации катализатора
- Спекание: образование кристаллов на поверхности подложки.
- Загрязнение: осаждение материалов на катализатор.
- Коксование: осаждение тяжелых частиц на поверхности.
- Реакции пар-твердое вещество: образование неактивного слоя.
- Твердофазное превращение: диффузия атомов на поверхность.
- Эрозия: истирание каталитического материала.
-
Промышленные примеры
- Восстановление нитрилов при синтезе фенилэтиламина.
- Крекинг, изомеризация и преобразование углеводородов.
- Окисление монооксида углерода и восстановление монооксида азота.
- Окисление углеводородов до воды и углекислого газа.
- Асимметричный гетерогенный катализ для получения энантиомерных соединений.
-
Двухфазный катализ
- Один раствор содержит катализатор, другой — реагент.
- Применяется в производстве бутиральдегида.
-
Другие примеры
- Гетерогенный золотой катализ.
- Катализаторы на основе наноматериалов.
- Наночастицы платины.
- Запрограммированное снижение температуры.
- Спектроскопия термической десорбции.