Heterogeninių katalizatorių pasirinkimas ir išjungimo priežastys

Pagal skirtingus aktyvius komponentus heterogeniniai katalizatoriai gali būti skirstomi į metalo ir jo druskas, metalų oksidus ir sudėtinius metalo oksido katalizatorius; pagal formą jas galima suskirstyti į sferines, trumpas stulpelio ir korio formas; pagal paruošimo procesą juos galima suskirstyti į naudojančius atramą ir nenaudojančius atramos.

Kietojo kūno-vienarūšiai katalizatoriai iš esmės apsaugo nuo katalizatoriaus nuostolių, juos lengviau atskirti nuo nuotekų ir turi tokių pranašumų kaip geras aktyvumas, geras stabilumas ir trumpas valymo procesas;

Tačiau tarp nevienalyčių katalizatoriaus fazių vyksta masės pernešimas, o nuotekose esančios suspenduotos kietosios medžiagos ir reakcijos tarpiniai produktai gali sukelti katalizatoriaus dalelių padengimą arba blokavimą, o tai gali sukelti dezaktyvavimą.

(1) Metaliniai/palaikomi katalizatoriai

Heterogeninės katalizinės oksidacijos technologijoje tauriųjų metalų katalizatoriai yra plačiai naudojami dėl jų didelio aktyvumo, ilgo tarnavimo laiko ir didelio pritaikomumo. Katalizatoriai, pagaminti iš tauriųjų metalų, tokių kaip P, Pd ir Ru, kaip aktyvūs komponentai, turi ne tik suderinamas angliavandenilių adsorbcijos vietas, bet ir daugybę deguonies adsorbcijos vietų, kurios, vykstant paviršiaus reakcijai, gali greitai suaktyvėti deguonis ir adsorbuoti angliavandenilius. Siekiant geresnio dispergavimo ir sumažinti naudojamo metalo kiekį, impregnavimas dažnai naudojamas metalams palaikyti ant didelio specifinio paviršiaus ploto, pvz., Al3O2, SiO2, aktyvintos anglies, TiO2, CeO2 ir ZrO2.

(2) Metalo oksidas / palaikomi katalizatoriai

Renkantis katalizatorius katalizinės oksidacijos procesuose, reikia atsižvelgti į daugybę veiksnių, tokių kaip tirpalo savybės, katalizatoriaus katalizinis pajėgumas ir jo terminis stabilumas vandenyje. Tarp jų metalų oksidai yra labai vertinami dėl didelio stabilumo ir gero aktyvumo.

Pagal jų stabilumą katalizatoriai gali būti klasifikuojami taip: 1. oksidai, kurie yra stabiliausi esant stipriai oksidacijos sąlygoms, pavyzdžiui, titano oksidas, vanadžio oksidas, chromo oksidas, magnio oksidas, cinko oksidas ir aliuminio oksidas; 2. Vidutinio stabilumo oksidai, tokie kaip geležies oksidas, kobalto oksidas, nikelio oksidas ir švino oksidas; 3. Nestabilūs aukštos -oksidacijos- oksidai ir taurieji metalai, pvz., platina, paladis, rutenis ir auksas.

(3) Kompozitiniai oksidai / palaikomi katalizatoriai

Remiantis papildomu katalizinio aktyvumo reguliavimo principu, tikimasi, kad sudėtiniai oksidiniai katalizatoriai pasieks didesnį katalizinį aktyvumą. Sinergetinis poveikis gali sustiprinti katalizatoriaus aktyvumą ir slopinti aktyvių komponentų tirpimą. Pavyzdžiui, CoO, CuO arba NiO derinys su Fe (III), Pt arba Ru oksidais yra veiksmingas oksidacijos katalizatorius.

(1) Katalizatoriaus pasirinkimas

Renkantis katalizatorių, paprastai turi būti naudojami katalizatoriai, turintys šias charakteristikas:

1. Greitas oksidacijos greitis ir geresnis fazės kontaktas, taip pagreitinant reakciją;

2. Ne-selektyvus, užtikrinantis visišką oksidaciją;

3. Stabilios fizikinės ir cheminės savybės karštuose rūgštiniuose tirpaluose;

4. Didelis aktyvumas ir ilgaamžiškumas aukštoje temperatūroje, nejautrus nuodams;

5. Didelis mechaninis stiprumas ir atsparumas dilimui.

(2) Katalizatoriaus atramos pasirinkimas

Atsižvelgiant į katalizatoriaus atramos dalelių sudėtį, jį galima apytiksliai suskirstyti į tris tipus: kietųjų dalelių atramas, stambiagrūdžius-grūdėlius ir substratus.

Naudojant katalizatorius, paprastai atsižvelgiama į šiuos dalykus:

1. Cheminė sudėtis ir dispersija;

2. Paviršiaus fizikinės ir cheminės savybės-poringumas, adsorbcija, elektrocheminės ir mechaninės savybės;

3. Aktyviosios medžiagos, kurią galima krauti, storis ir kiekis;

4. Savitasis stiprumas ir stabilumas;

5. Cheminis stabilumas;

6. Atsparumas dilimui, kietumas ir gniuždymo stipris;

7. Dalyvavimas katalizinėse reakcijose.

Be didelio aktyvumo ir gero selektyvumo, katalizatoriai taip pat turi turėti gerą mechaninį stiprumą ir stabilumą, o stabilumas turi įtakos jų gebėjimui sumažinti aktyvumą.

Po tam tikro naudojimo laikotarpio katalizatoriai bus deaktyvuoti, visų pirma dėl katalizatoriaus medžiagos praradimo ir koksavimo.

Katalizatoriaus praradimas yra pagrindinė išjungimo priežastis. Šiam praradimui daugiausia įtakos turi pH, todėl aktyvieji komponentai ištirpsta. Eksperimentiniai tyrimai parodė, kad nuotekų pH turi didelę įtaką organinių medžiagų oksidacijai skystoje fazėje.

Pavyzdžiui, heterogeniniai ozono katalizatoriai pasižymi mažu reakcijos greičiu ir dideliu dezaktyvavimo greičiu rūgštinėmis sąlygomis. Katalizatoriaus nuostoliai yra minimalūs, kai pH 7. Kai pH yra didesnis nei 7, bet mažesnis nei 9, katalizatoriaus nuostoliai nevyksta. Tačiau kai pH yra didesnis nei 10, reakcijos greitis išlieka mažas. Todėl pH vertės reguliavimas gali sumažinti arba užkirsti kelią katalizatoriaus praradimui.

Katalizatoriaus koksavimas yra dar viena pagrindinė dezaktyvavimo priežastis, taip pat žinoma kaip katalizatoriaus užteršimo deaktyvacija. Tai visų pirma sukelia anglies, azoto ir kitų medžiagų, susidarančių reakcijos metu, nusėdimas ant katalizatoriaus paviršiaus. Inžinerinės programos patvirtino, kad kai kurie heterogeniniai katalizatoriai per tam tikrą laikotarpį pasižymi dideliu skilimo greičiu, o po to išjungiami. Energetinės fotoelektrocheminės chromatografijos (ESCA) katalizatoriaus paviršiaus analizė atskleidžia anglies nusėdimą, kuris trukdo kontaktuoti tarp skystos fazės reagentų ir katalizatoriaus paviršiaus, todėl dezaktyvuojasi.