Podpora katalyzátoru - Catalyst support

V Phillipsově katalyzátoru , který se používá přibližně pro polovinu průmyslové výroby polyethylenu , je chromový katalyzátor nanesen na oxid křemičitý .

V chemii je nosičem katalyzátoru materiál, obvykle pevná látka s velkým povrchem , ke kterému je připevněn katalyzátor . Aktivita heterogenních katalyzátorů je podporována hlavně atomy přítomnými na přístupném povrchu materiálu. V důsledku toho je vyvinuto velké úsilí k maximalizaci specifického povrchu katalyzátoru. Jeden populární způsob zvětšování povrchové plochy zahrnuje distribuci katalyzátoru po povrchu nosiče. Nosič může být inertní nebo se účastnit katalytických reakcí. Typické nosiče zahrnují různé druhy uhlíku , oxidu hlinitého a oxidu křemičitého .

Aplikování 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 mohou být katalyzátory na nosiči připraveny z homogenního roztoku společnou srážením . Například se na kyselý roztok solí hliníku a prekatalyzátoru působí bází, aby se vysrážel směsný hydroxid, který se následně kalcinuje .

Nosiče jsou obvykle tepelně velmi stabilní a vydrží procesy potřebné k aktivaci prekatalyzátorů. Například mnoho prekatalyzátorů se aktivuje vystavením proudu vodíku při vysokých teplotách. Podobně se katalyzátory po dlouhodobém používání znečišťují a v takových případech se někdy znovu aktivují oxidačně-redukčními cykly, opět při vysokých teplotách. Phillips katalyzátor , sestávající z oxidu chrómu nesené na oxidu křemičitém, se aktivuje proudem horkého vzduchu.

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 je vodík a kyslík, mohou interagovat a dokonce migrovat z ostrova na ostrov přes nosič bez opětovného vstupu do plynné fáze. Tento proces, při kterém se adsorbáty migrují do az podpory, se nazývá přelévání . Předpokládá se například, že vodík se může „vylít“ na oxidický nosič snad jako hydroxyskupiny.

Vyluhování katalyzátoru

Pro nedostatečnou interakci mezi katalyzátorem a nosičem může dojít k vyluhování katalyzátoru v průběhu času a po delším použití katalyzátoru na nosiči. Vyluhování je škodlivé z ekologických a obchodních důvodů. U elektrofilních katalyzátorů lze tento problém vyřešit výběrem základní podpory . Tato strategie může negativně ovlivnit aktivitu katalyzátoru, proto je nutná jemná rovnováha mezi loužením a aktivitou.

Silná interakce kov-podpora

Silná interakce kov-nosič je dalším případem, který zdůrazňuje přílišné zjednodušení, že heterogenní katalyzátory jsou pouze podporovány na inertní látce. Původní předloženy důkazy, zjištěním, že částice platiny vazby H _2, s stechiometrie PTH ₂ pro každý povrch atom bez ohledu na to, zda je platina je podporován, nebo ne. Pokud je však podporován na oxid titaničitý , PT ne delší váže s H ₂ se stejnou stechiometrii . Tento rozdíl je přičítán elektronickému vlivu titanu na platinu, jinak nazývanou silná interakce kov-podpora.

Heterogenizovaná molekulární katalýza

Molekulární katalyzátory, sestávající z komplexů přechodných kovů, byly imobilizovány na nosičích katalyzátoru. Výsledný materiál v zásadě kombinuje vlastnosti obou homogenních katalyzátorů - dobře definované struktury kovových komplexů - s výhodami heterogenních katalyzátorů - využitelnost a snadná manipulace. Bylo vyvinuto mnoho způsobů pro připojení katalyzátorů komplexu kovů k nosiči. Technika se však neprokázala jako komerčně životaschopná, obvykle proto, že heterogenizované komplexy přechodných kovů jsou vyluhovány nebo deaktivovány nosičem.

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.

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

Příklady

Převodník s keramickým jádrem typu, který se nachází v mnoha automobilových katalyzátorech .

Jsou podporovány téměř všechny hlavní heterogenní katalyzátory, jak je znázorněno v následující tabulce.

Viz také

• Reaktor s fluidním ložem  - Reaktor provádějící vícefázové chemické reakce s pevnými částicemi suspendovanými ve vzestupné tekutině

Reference