химический каталог




Перспективные направления развития гетерогенного катализа

Автор неизвестен

В настоящее время катализ стал основным средством осуществления химических превращений. Для проведения реакций и образования новых химических связей должны быть разорваны определенные связи в реагирующих веществах. Даже когда затрачиваемая на это энергия компенсируется энергией, выделяющейся при образовании новых связей, компенсация происходит post factum. Возникает энергетический барьер — необходимо преодолеть так называемую энергию активации. Преодолению этого барьера могут способствовать различные воздействия на реагенты: нагрев, давление или разрежение, ультразвуковое или радиационное облучение и др. Взаимодействие реагентов с катализаторами также является средством инициирования реакции, снижает энергию активации и, следовательно, увеличивает скорость реакции.

Огромное количество простых веществ и соединений могут обладать каталитическим действием. Возможности поиска и совершенствования катализаторов практически неограниченны. Достижения теории катализа оказывают значительную помощь эмпирическим поискам, которые ведутся поэтому все более целенаправленно.

Большое значение имеют исследования структуры поверхности катализаторов. Согласно теории А. А. Баландина катализ происходит только при структурном и энергетическом соответствии • реагирующих молекул данному катализатору (1929 г.). А. А. Баландин предсказал, что реакции каталитического гидрирования бензола и дегидрирования циклогексана могут идти только на переходных металлах, имеющих гранецентрированную кубическую структуру или гексагональную структуру и притом атомные радиусы строго определенных размеров. Шестичленные циклы образуют на октаэдрических гранях кристаллов металла шесть связей, валентный угол которых близок к тетраэдрическому углу. Этими условиями обладают палладий, платина, иридий, родий, осмий. Предсказание А. А. Баландина полностью подтвердилось. Другие металлы, имеющие такой же атомный радиус, но иную структуру или такую же структуру, но другой атомный радиус, не проявили каталитической активности в упомянутых реакциях.

Новейшие методы исследований, в том числе фотоэлектронной оже-рентгеноспектроскопии, позволяют определить многие новые характеристики поверхности и эффектов, например энергию связи электронов внутренних оболочек атома и ее сдвиг под влиянием химических связей. В результате можно количественно оценить чистоту поверхности катализатора, концентрацию адсорбированных частиц, определить форму адсорбции (молекулярную или диссоциативную), конфигурацию адсорбированных частиц, скорость адсорбции и протекания каталитической реакции и др.

При совершенствовании катализаторов используют новые элементы и классы соединений. Успешно проходят работы по закреплению на твердых носителях каталитически активных комплексов, в частности соединений с металлическими кластерными остовами.

Качественный скачок в развитии гетерогенного катализа дали цеолиты, используемые как носители. Дело в том, что размеры пор цеолитов достаточно велики, чтобы в них могли «заходить» молекулы реагентов. При этом многократно увеличивается активная поверхность катализатора, а кроме того, и селективность, так как цеолиты играют одновременно и роль молекулярного сита. Используя цеолиты с различными размерами пор, можно включить в реакцию молекулы определенной величины. Можно напомнить, что цеолиты — алюмосиликаты с общей формулой M2/nO*Al2О3*хSiО2*уH2О, где М — щелочной или щелочноземельный металл, n — степень его окисления. Пористость цеолита обеспечивается его осторожной термической обработкой, при которой из структуры удаляется вода.

Катализаторы на цеолитовых носителях позволили, в частности, получить высокооктановый бензин из метанола, что очень перспективно. А при переработке нефти на цеолитовых катализаторах можно довести выход высокооктанового бензина до 60 и даже 70%. При этом цеолитовые катализаторы значительно меньше коксуются.

Применение полифункциональных катализаторов позволяет получать углеводородные фракции прямо из синтез-газа, минуя стадию получения метанола.

В настоящее время единая теория катализа не разработана, вероятно, потому, что природа каталитического действия, механизмы каталитических превращений весьма разнообразны. Для гетерогенного катализа характерно то, что контакт реагирующих сред с катализатором происходит на его поверхности. Меры повышения эффективности катализаторов обычно связаны с воздействием на его поверхность, например, имплантация монослоев, нанесение пленок и т. п.

Возможность модификаций каталитических свойств материалов путем поверхностной обработки тесно связана с механизмом гетерогенного катализа. Поверхность катализатора благодаря свободным химическим связям захватывает молекулы реагентов. При этом некоторые связи внутри адсорбированных молекул ослабевают настолько, что молекулы либо распадаются, либо превращаются в радикалы, более способные к взаимодействию.

Каталитическая активность твердых катализаторов тем выше, чем сильнее реагенты адсорбируются на поверхности, сохраняя при этом подвижность, и чем слабее продукт реакции удерживается поверхностью. Но, как уже говорилось, поверхность неоднородна. Есть доказательства, что активными центрами катализа являются места выхода на поверхность дислокаций, на которых локализуются электроны или дырки. Следовательно, каталитическую активность можно изменять, обрабатывая поверхность так, чтобы менялась плотность активных центров. Иногда при обработке поверхности катализатора происходят и более глубокие изменения его свойств. Например, при формировании оксидных пленок на поверхности платины изменяется не только активность катализатора по отношению к реакции электрокаталитического окисления этилена, но и сам механизм реакции. Это связано с тем, что оксидная пленка имеет полупроводниковые свойства.

Катализаторы на носителях получают, например, при пропитывании носителя растворами солей с последующей термообработкой. Нанесенные никелевые катализаторы получают, пропитывая гранулы оксида алюминия нитратными растворами никеля и алюминия. Блочные Ni-катализаторы (Ni, Cr2O3; Ni+Al2O3+Cr2O3) получают, пропитывая полимер-керамические пленки, содержащие Аl2O3 и обожженные при 1000°С нитратными растворами никеля и хрома. При нагреве в восстановительной атмосфере образуется пирофорный никель, который пассивируют, например, сухой смесью азота с кислородом при 30 °С и снова активируют водородом при 200 °С. Удельная поверхность нанесенного и блочного Ni-катализатора достигает 200 и 5000 м2 на 1 м3 соответственно.

Метод пропитки применяют и при получении полиметаллических катализаторов, например риформинга, содержащего Pt, Ir, Re, Sb и другие металлы, а также связанные ионы хлора и фтора, нанесенные на активный оксид алюминия.

В качестве активных соединений при нанесении на носители в последнее время используют комплексные соединения переходных металлов, оказавшиеся эффективными при гомогенном катализе в растворах. Синтез комплексов на поверхности носителей позволил получить оригинальные катализаторы, не имеющие аналогов среди растворимых комплексов:

Промышленные высокоактивные катализаторы

Промышленные высокоактивные катализаторы, содержащие металлокомплексы:
а — для газовой полимеризации этилена;
б — для суспензионной полимеризации этилена

Закрепленные кластеры палладия обладают высокой селективностью в процессах гидрирования при производстве гербицидов.

Резюмируя, можно утверждать, что и ныне, и в перспективе гетерогенный катализ — ведущее средство повышения эффективности производства и решения задач технического прогресса.

Полезная информация:

Дисплазия – последствие неправильного развития тканей, клеток или органов. Этот термин применяется в отношении различных болезней, как у людей, так и у животных. Дисплазия сложное заболевание, требующее серьезного подхода. Так, лечение дисплазии у собак, проводится, как правило, хирургическим путем. Медикаментозное лечение зачастую является симптоматическим.


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
где отметить обрезание в москве недорого
рекламма на окна
помощь детям инвалидам в москве благотворительность
сигма клапаны огнезадерживающие прайс

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(24.11.2017)