Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
В гетерогенном катализе редко используются индивидуальные вещества. Обычно гетерогенный катализатор является композицией нескольких веществ. К этому классу катализаторов относят следующие виды: модифицированные, смешанные и катализаторы на носителя (нанесенные).
6.8.1. Промоторы (модификаторы) – это введенные в твердое тело или его поверхность атомы (ионы) другой валентности, резко отличающихся от него зарядом, потенциалом ионизации, донорно-акцепторской активностью или другими свойствами. Подобные добавки в несоизмеримых с основным компонентом катализатора количестве изменяют его свойства. К примеру, катализатор синтеза аммиака на основе железа содержит еще 4 компонента-модификатора в следующих количествах, % масс.: SiO2 – 1,1; CaO – 3; K2O – 1; Al2O3 – 3,5. Катализатор БАВ (барий-алюмо-ванадиевый) и того больше компонентов – 6. Стехиометрическая формула этого катализатора имеет вид: V2O5 12SiO2 0,5Al2O3 2K2O 3BaO KCl. По отдельности эти ве-щества не проявляют каталитической активности. Однако при совместном введении в состав катализатора они в значительной мере улучшают многие эксплуатационные характеристики полученной каталитической композиции.
6.8.2. Смешанные катализаторы содержат в своем составе несколько активных компонентов, взятых в соизмеримых количествах. В зависимости от способа приготовления это могут быть механические смеси, твердые растворы, новые структуры (шпинели, соли кислот, в кислотных остатках которых содержатся металлы – молибдаты, вольфраматы и др.). Катализируемый процесс в этом случае протекает на поверхностях, образованных несколькими фазами, и поэтому активность и селективность таких катализаторов зависят от состава и соотношения компонентов в такой композиции.
Поверхностный характер каталитических механизмов и потребность экономии дорогих металлов с высокой активностью (Pt, Pd, Ag, Au, Zn, Os, Re и др.) в различных процессах привели к созданию катализаторов на носителях. Например, катализатор риформинга содержит всего 0,6 % платины, нанесенной на - Аl2О3, а катализатор синтеза оксида этилена содержит 11–13 % серебра, а остальное – носитель.
Если относительно недавно носитель рассматривался как инертный компонент, то современная наука считает, что носитель и нанесенный на него металл образуют единую каталитическую систему, где каждый компонент ответственен за те или иные свойства каталитической системы. В том же процессе каталитического риформинга бензиновых фракций платина ответственна за реакции гидрирования-дегидрирования, а оксид алюминия – за реакции изомеризации, дегидроциклизации, алкилирования и др.
Основные требования к носителю таковы:
- развитая поверхность и соответствующий данному типу реакций объем и распределение пор по радиусу;
- сохранение свойств при перегреве.
Наиболее широко в химической технологии применяют такие носители, как алюмосиликаты, цеолиты, кремнезем, оксид алюминия, пемза, активированный уголь, различные виды керамики и неорганические полимеры. Среди перечисленных носителей наибольший интерес представляют цеолиты, отличающиеся широким спектром ценных свойств, которые иногда обеспечивают им самостоятельное применение в качестве катализаторов.
Цеолиты – это кристаллические алюмосиликаты с общей формулой Ме2/nО Al2O3 xSiO2 pH2O, где Ме – щелочной (n = 1), щелочно-земельный (n = 2) или редкоземельный (n = 3) металл, х – силикатный индекс, определяющий тип цеолита; он может меняться в широких пределах. Для цеолитов типа А x =1,8–2,3; типа Х – 2,3–3; типа Y – 3–6; типа Т (эрионит) – 6–7; типа L – 10–35.
Кристаллическая решетка природных цеолитов включает цепочки тетраэдров [ (Si, Al)O4 ], связанных атомами кислорода. Атомы алюминия в цеолитах с двухвалентными катионами несут нескомпенсированные отрицательные заряды, создающие в полости кристалла сильное электростатическое поле, достаточное для поляризации попадающих внутрь цеолита молекул углеводорода с образованием карбоний-катиона.
Цеолиты легко вступают в реакции ионного обмена с каталитически активными металлами (Рt, Ni, Pd и др.). Цеолиты с одновалентными ионами Na+, K+ имеют низкую кислотность. Чтобы ее повысить, проводят обменные реакции с ионами Н+, NH+4,Ca2 +, Mg2+,Zn2 + и др. При этом получают синтетически е цеолиты. Синтетические цеолиты более устойчивы к отравлению сернистыми соединениями, имеют более регулярное строение. Технология производства синтетических цеолитов позволяет получать носители с заданными размерами полостей и окон. Этот прием позволяет ограничивать проникновение внутрь кристаллической решетки цеолитов молекул определенного размера. За этот «просеивающий» эффект цеолиты получили второе название молекулярных сит.
Перспективными носителями считаются волокнистые материалы, сплетенные из огнеупорных SiO2 и ZnO2. Эти материалы отличаются высокой пористостью и термостойкостью и могут применяться при температурах до 1600 о С. Представляют интерес также блочные носители, изготовленные из керамики (муллита 2Аl2О3 2SiО2 или кордиерита 2МgO 5SiO2 2Al2O 3), карбидов и нитридов кремния или оксида циркония. Достоинством таких носителей является высокая удельная геометрическая поверхность и низкое гидравлическое сопротивление в сочетании с достаточной теплопроводностью и химической стойкостью. Их высокая стоимость компенсируется длительным сроком службы, нанесенного на них катализатора.
Дата публикования: 2015-10-09; Прочитано: 1282 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!