Podpora katalyzátoru - Catalyst support

V Phillipsův katalyzátor, který se používá asi na polovinu průmyslové výroby polyethylen, chromový katalyzátor je nanesen na křemíku.

V chemii, a podpora katalyzátoru je materiál, obvykle pevná látka s vysokou plocha povrchu, ke kterému a katalyzátor je připevněn.[1] Činnost heterogenní katalyzátory se vyskytuje na povrchových atomech. V důsledku toho je vyvinuto velké úsilí k maximalizaci povrchové plochy katalyzátoru. Jeden populární způsob zvětšování povrchové plochy zahrnuje distribuci katalyzátoru po nosiči. Nosič může být inertní nebo se účastnit katalytických reakcí. Typické podpory zahrnují různé druhy uhlík, oxid hlinitý, a oxid křemičitý.[2]

Nanesení katalyzátorů na nosiče

K přípravě nanesených katalyzátorů se používají dvě hlavní metody. Při impregnační metodě se suspenze pevného podkladu zpracuje roztokem prekatalyzátoru a výsledný materiál se poté aktivuje za podmínek, které převedou prekatalyzátor (často kovovou sůl) do aktivnějšího stavu, možná samotný kov . V takových případech je nosič katalyzátoru obvykle ve formě pelet. Alternativně lze nosné katalyzátory připravit z homogenního roztoku pomocí společné srážky. Například kyselý roztok hliníkových solí a prekatalyzátoru se zpracuje s bází, aby se vysrážel směsný hydroxid, který se následně kalcinovaný.[3]

Nosiče jsou obvykle tepelně velmi stabilní a vydrží procesy potřebné k aktivaci prekatalyzátorů. Například mnoho prekatalyzátorů je aktivováno vystavením proudu vodík při vysokých teplotách. Podobně dochází k znečištění katalyzátorů po delším používání a v takových případech jsou někdy znovu aktivovány oxidačně-redukčními cykly, opět při vysokých teplotách. The Phillipsův katalyzátor, sestávající z oxidu chromitého naneseného na oxidu křemičitém, je aktivován proudem horkého vzduchu.[4]

Přelévání

Podpory se často považují za inertní: ke katalýze dochází na katalytických „ostrovech“ a existuje podpora, která zajišťuje vysoké povrchové plochy. Různé experimenty naznačují, že tento model je často příliš zjednodušený. Je například známo, že adsorbáty, jako jsou vodík a kyslík, mohou interagovat a dokonce migrovat z ostrova na ostrov přes podporu bez opětovného vstupu do plynné fáze. Tento proces, při kterém adsorbáty migrují do az podpory, se nazývá přelévání. Předpokládá se například, že vodík se může „vylít“ na oxidický nosič snad jako hydroxyskupiny.[5]

Vyluhování katalyzátoru

Kvůli nedostatečné interakci mezi katalyzátorem a nosičem může docházet k vyluhování katalyzátoru v průběhu času a po delším používání katalyzátoru na nosiči. Vyluhování je škodlivé z ekologických a obchodních důvodů. U elektrofilních katalyzátorů lze tento problém vyřešit výběrem základní podpory.[6] Tato strategie může negativně ovlivnit aktivitu katalyzátoru, proto je nutná jemná rovnováha mezi vyluhováním a aktivitou.[7]

částice Platina svázat H2 se stechiometrií PtH2 pro každý povrchový atom bez ohledu na to, zda je platina podporována nebo ne. Když je však podporováno dne oxid titaničitý, Pt se již neváže s H2 se stejnou stechiometrií. Tento rozdíl je přičítán elektronickému vlivu titanu na platinu, jinak nazývanou silná interakce kov-podpora.[8]

Heterogenizovaná molekulární katalýza

Molekulárními katalyzátory byly imobilizované nosiče katalyzátoru. Výsledný materiál v zásadě kombinuje vlastnosti obou homogenních katalyzátorů - dobře definované struktury - s výhodami heterogenních katalyzátorů - využitelnost a snadná manipulace. Bylo vyvinuto mnoho způsobů pro připojení molekulárních katalyzátorů k nosiči. Tato technologie se neprokázala jako komerčně životaschopná, obvykle proto, že heterogenizované molekulární druhy byly vyluhovány nebo deaktivovány podporou.[9]

Podporuje elektrokatalýzu

Nosiče se používají k zajištění mechanické stability nanočástic nebo prášků katalyzátoru. Podporuje imobilizaci částic, snižuje jejich pohyblivost a upřednostňuje chemickou stabilizaci: lze je považovat za pevné uzavírací látky. Podpora také umožňuje snadnou recyklaci nanočástic.[10]

Jednou z nejslibnějších podpor je grafen pro svou pórovitost, elektronické vlastnosti, tepelnou stabilitu a aktivní povrchovou plochu.

Příklady

Převodník s keramickým jádrem typu, který se vyskytuje v mnoha automobilech katalyzátory.

Podporovány jsou téměř všechny hlavní heterogenní katalyzátory.

ProcesReaktanty, produktyKatalyzátorPodpěra, podpora
Syntéza amoniaku (Proces Haber – Bosch )N2 + H2, NH3oxidy železaoxid hlinitý
Výroba vodíku do Parní reformováníCH4 + H2ACH2 + COniklK.2Ó
Ethylenoxid syntézaC2H4 + O.2, C.2H4Óstříbrný s mnoha promotéryoxid hlinitý
Polymerace Ziegler – Natta ethylenupropylen, polypropylen; ethylen, polyethylenTiCl3MgCl2
Odsíření ropy (hydrodesulfurizace )H2 + organické sloučeniny síry, RH + H2SMo -Spoloxid hlinitý

Viz také

Reference

  1. ^ http://goldbook.iupac.org/S06147.html
  2. ^ Zhen Ma, Francisco Zaera „Heterogenní katalýza kovy“ v Encyclopedia of Anorganic Chemistry, 2006, John Wiley. doi:10.1002 / 0470862106.ia084
  3. ^ Hudson, L. Keith; Misra, Chanakya; Perrotta, Anthony J .; Wefers, Karl; Williams, F. S. (2002). „Oxid hlinitý“. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002 / 14356007.a01_557..
  4. ^ McDaniel, Max P. (2010). Přehled katalyzátoru chromu podporovaného společností Phillips a jeho komerčního využití pro polymeraci ethylenu. Pokroky v katalýze. 53. str. 123–606. doi:10.1016 / S0360-0564 (10) 53003-7. ISBN  9780123808523.
  5. ^ Conner, W. Curtis .; Falconer, John L. (1995). "Přelévání v heterogenní katalýze". Chemické recenze. 95 (3): 759–788. doi:10.1021 / cr00035a014.
  6. ^ Aboelfetoh, Eman Fahmy; Fechtelkord, Michael; Pietschnig, Rudolf (2010). „Struktura a katalytické vlastnosti oxidu vanadu na bázi MgO při selektivní oxidaci cyklohexanu“. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 318 (1–2): 51–59. doi:10.1016 / j.molcata.2009.11.007.
  7. ^ Aboelfetoh, Eman Fahmy; Pietschnig, Rudolf (2014). „Příprava, charakterizace a katalytická aktivita katalyzátorů na bázi oxidu vanadičitého na bázi MgO / SiO2“. Katalýza dopisy. 144: 97–103. doi:10.1007 / s10562-013-1098-z.
  8. ^ Tauster, S. J. (1987). "Silné interakce kov-podpora". Účty chemického výzkumu. 20 (11): 389–394. doi:10.1021 / ar00143a001.
  9. ^ Hübner, Sandra; De Vries, Johannes G .; Farina, Vittorio (2016). „Proč průmysl nepoužívá imobilizované komplexy přechodných kovů jako katalyzátory?“. Pokročilá syntéza a katalýza. 358: 3–25. doi:10.1002 / adsc.201500846.
  10. ^ Hu, H .; Xin, J.H .; Hu, H .; Wang, X .; Miao, D .; Liu, Y. (2015). "Syntéza a stabilizace kovových nanokatalyzátorů pro redukční reakce - přehled". Journal of Materials Chemistry. 3 (21): 11157–11182. doi:10.1039 / C5TA00753D.