Katalizör desteği - Catalyst support
Kimyada, bir katalizör desteği , bir katalizörün yapıştırıldığı , genellikle yüksek yüzey alanına sahip bir katı olan malzemedir . Heterojen katalizörlerin aktivitesi esas olarak malzemenin erişilebilir yüzeyinde bulunan atomlar tarafından desteklenir. Sonuç olarak, bir katalizörün spesifik yüzey alanını maksimize etmek için büyük çaba sarf edilir. Yüzey alanını arttırmaya yönelik popüler bir yöntem, katalizörün desteğin yüzeyi üzerine dağıtılmasını içerir. Destek inert olabilir veya katalitik reaksiyonlara katılabilir. Tipik destekler arasında çeşitli karbon , alümina ve silika türleri bulunur .
Desteklere katalizör uygulanması
Destekli katalizörleri hazırlamak için iki ana yöntem kullanılır. Emprenye yönteminde, katı desteğin bir süspansiyonu bir ön katalizör çözeltisi ile işlenir ve daha sonra ortaya çıkan malzeme, ön katalizörü (genellikle bir metal tuzu) daha aktif bir duruma, belki de metalin kendisine dönüştürecek koşullar altında aktive edilir. . Bu gibi durumlarda, katalizör desteği genellikle peletler biçimindedir. Alternatif olarak, destekli katalizörler, birlikte çökeltme yoluyla homojen çözeltiden hazırlanabilir . Örneğin, asidik bir alüminyum tuzları ve ön katalizör çözeltisi, daha sonra kalsine edilen karışık hidroksiti çökeltmek için baz ile muamele edilir .
Destekler genellikle termal olarak çok kararlıdır ve ön katalizörleri etkinleştirmek için gereken işlemlere dayanır. Örneğin, birçok ön katalizör , yüksek sıcaklıklarda bir hidrojen akışına maruz bırakılarak aktive edilir . Benzer şekilde, uzun süreli kullanımdan sonra katalizörler kirlenir ve bu gibi durumlarda bazen oksidasyon-indirgeme döngüleri ile tekrar yüksek sıcaklıklarda yeniden etkinleştirilirler. Phillips katalizörü , silika üzerinde desteklenmiş krom oksitten oluşan, bir sıcak hava akımı ile aktive edilir.
yayılma
Destekler genellikle eylemsiz olarak görülür: katalitik "adalarda" kataliz oluşur ve destek, yüksek yüzey alanları sağlamak için bulunur. Çeşitli deneyler, bu modelin genellikle aşırı basitleştirilmiş olduğunu göstermektedir. Örneğin, hidrojen ve oksijen gibi adsorbatların gaz fazına yeniden girmeden destek boyunca adadan adaya etkileşime girebileceği ve hatta göç edebileceği bilinmektedir . Adsorbatların desteğe ve desteğe göç ettiği bu sürece yayılma denir . Örneğin, hidrojenin, belki de hidroksi grupları olarak oksidik destek üzerine "dökülebileceği" öngörülmektedir.
Katalizör liçi
Katalizör ve destek arasındaki yetersiz etkileşim için, katalizörün sızması zamanla ve destekli bir katalizörün uzun süreli kullanımından sonra meydana gelebilir. Liç, çevresel ve ticari nedenlerle zararlıdır. İçin elektrofilik katalizör Bu sorun daha seçerek ele alınabilir temel destek . Bu strateji, katalizör aktivitesini olumsuz etkileyebilir, bu nedenle liç ve aktivite arasında ince bir denge gereklidir.
Güçlü metal destek etkileşimi
Güçlü metal-destek etkileşimi, heterojen katalizörlerin yalnızca inert bir madde üzerinde desteklendiği şeklindeki aşırı basitleştirmeyi vurgulayan başka bir durumdur. Orijinal kanıtlar bulgusu ile sağlanan bu parçacıkları platin bağlama H 2 stokiyometri PTH 2 atomu bağımsız olarak platin desteklenir olup olmadığını her yüzey için. Olduğunda, bununla birlikte, üzerinde desteklenen titanyum dioksit , H Pt artık bağlar 2 ile aynı stokiyometri . Bu fark, titanyumun platin üzerindeki elektronik etkisine atfedilir , aksi takdirde güçlü metal destek etkileşimi olarak adlandırılır.
Heterojenize moleküler kataliz
Geçiş metali komplekslerinden oluşan moleküler katalizörler, katalizör destekleri üzerinde immobilize edilmiştir. Ortaya çıkan malzeme prensipte her iki homojen katalizörün özelliklerini – iyi tanımlanmış metal kompleks yapıları – heterojen katalizörlerin avantajları – geri kazanılabilirlik ve kullanım kolaylığı – ile birleştirir. Metal kompleks katalizörlerin bir desteğe bağlanması için birçok modalite geliştirilmiştir. Bununla birlikte, genellikle heterojenleştirilmiş geçiş metal kompleksleri destekten süzüldüğünden veya destek tarafından etkisizleştirildiğinden, tekniğin ticari olarak uygulanabilirliği kanıtlanmamıştır.
Elektrokataliz için destekler
Destekler, katalizör nanoparçacıklarına veya tozlarına mekanik stabilite kazandırmak için kullanılır. Destekler partikülü hareketsiz hale getirir, hareketliliğini azaltır ve kimyasal stabilizasyonu destekler: katı kapaklama maddeleri olarak kabul edilebilirler. Destekler ayrıca nanopartiküllerin kolayca geri dönüştürülmesini sağlar.
En umut verici desteklerinin biri grafin gözenekliliği için, elektronik özellikler, termal stabilite ve aktif yüzey alanı.
Örnekler
Hemen hemen tüm ana heterojen katalizörler, aşağıdaki tabloda gösterildiği gibi desteklenir.
| süreç | Reaktanlar, ürün(ler) | katalizör | Destek |
|---|---|---|---|
| Amonyak sentezi ( Haber-Bosch süreci ) | K 2 + H 2 , NH 3 | Demir oksitler | alümina |
| Buhar reformasyonu ile hidrojen üretimi | CH 4 + H 2 O, H 2 + CO | nikel | K 2 O |
| etilen oksit sentezi | C 2 H 4 + O 2 , C 2 H 4 O | birçok destekçi ile gümüş | alümina |
| Etilenin Ziegler-Natta polimerizasyonu | propilen , polipropilen ; etilen , polietilen | TiC 3 | MgCl 2 |
| Petrolün kükürtten arındırılması ( hidrodesülfürizasyon ) | H 2 + organosülfür bileşikleri, RH + H 2 S | Mo - Co | alümina |
Ayrıca bakınız
- Akışkan yataklı reaktör - Yükselen bir sıvıda asılı kalan katı parçacıklarla çok fazlı kimyasal reaksiyonlar taşıyan reaktör