Heterogēnu katalizatoru izvēle un deaktivizēšanas cēloņi

Pamatojoties uz dažādām aktīvajām sastāvdaļām, neviendabīgos katalizatorus var iedalīt metālos un tā sāļos, metālu oksīdos un kompozītmateriālu metāla oksīda katalizatoros; pamatojoties uz to formu, tos var iedalīt sfēriskā, īsā kolonnveida un šūnveida formās; Pamatojoties uz to sagatavošanas procesu, tos var iedalīt tajos, kas izmanto balstu, un tajos, kas neizmanto balstu.

Cietvielu-neviendabīgie katalizatori lielā mērā novērš katalizatora zudumus, ir vieglāk atdalāmi no notekūdeņiem, un tiem ir tādas priekšrocības kā laba aktivitāte, laba stabilitāte un īss attīrīšanas process;

Tomēr notiek masas pārnese starp neviendabīgām katalizatora fāzēm, un suspendētās cietās vielas notekūdeņos un reakcijas starpprodukti var izraisīt katalizatora daļiņu pārklājumu vai bloķēšanu, izraisot dezaktivāciju.

(1) Metāls/atbalstīti katalizatori

Neviendabīgās katalītiskās oksidācijas tehnoloģijā cēlmetālu katalizatori tiek plaši izmantoti to augstās aktivitātes, ilgā kalpošanas laika un spēcīgās pielāgošanās spējas dēļ. Katalizatoriem, kas izgatavoti no cēlmetāliem, piemēram, P, Pd un Ru kā aktīvajiem komponentiem, ir ne tikai saderīgas ogļūdeņražu adsorbcijas vietas, bet arī liels skaits skābekļa adsorbcijas vietu, kuras virsmas reakcijas gaitā var ātri aktivizēties un ogļūdeņraža adsorbciju. Lai panāktu labāku izkliedējamību un samazinātu izmantotā metāla daudzumu, impregnēšanu bieži izmanto, lai atbalstītu metālus uz nesējiem ar lielu īpatnējo virsmu, piemēram, Al3O2, SiO2, aktivēto ogli, TiO2, CeO2 un ZrO2.

(2) Metāla oksīds/atbalstīti katalizatori

Izvēloties katalizatorus katalītiskās oksidācijas procesos, jāņem vērā daudzi faktori, piemēram, šķīduma īpašības, katalizatora katalītiskā jauda un tā termiskā stabilitāte ūdenī. Starp tiem metālu oksīdi tiek augstu novērtēti to augstās stabilitātes un labās aktivitātes dēļ.

Pamatojoties uz to stabilitāti, katalizatorus var klasificēt šādi: 1. oksīdi, kas ir visstabilākie augstas oksidācijas apstākļos, piemēram, titāna oksīds, vanādija oksīds, hroma oksīds, magnija oksīds, cinka oksīds un alumīnija oksīds; 2. oksīdi ar mērenu stabilitāti, piemēram, dzelzs oksīds, kobalta oksīds, niķeļa oksīds un svina oksīds; 3. Nestabili augstas -oksidācijas-pakāpes oksīdi un cēlmetāli, piemēram, platīns, palādijs, rutēnijs un zelts.

(3) Kompozītu oksīds/atbalstīti katalizatori

Pamatojoties uz papildinošo katalītiskās aktivitātes regulēšanas principu, sagaidāms, ka kompozītmateriālu oksīda katalizatori sasniegs augstāku katalītisko aktivitāti. Sinerģiska iedarbība var uzlabot katalizatora aktivitāti un kavēt aktīvo komponentu izšķīšanu. Piemēram, CoO, CuO vai NiO kombinācija ar Fe (III), Pt vai Ru oksīdiem ir efektīvs oksidācijas katalizators.

(1) Katalizatora izvēle

Izvēloties katalizatoru, parasti jāizmanto katalizatori ar šādām īpašībām:

1. Ātrs oksidācijas ātrums un labāks fāzes kontakts, tādējādi paātrinot reakciju;

2. Ne-selektīvs, nodrošina pilnīgu oksidāciju;

3. Stabilas fizikāli ķīmiskās īpašības karstos skābos šķīdumos;

4. Augsta aktivitāte un ilgs kalpošanas laiks augstā temperatūrā, kā arī nejutīgs pret indēm;

5. Augsta mehāniskā izturība un nodilumizturība.

(2) Katalizatora atbalsta izvēle

Pamatojoties uz katalizatora nesēju daļiņu sastāvu, to var aptuveni iedalīt trīs veidos: cieto daļiņu balsti, rupji{0}}graudaini balsti un substrāti.

Izmantojot katalizatorus, parasti tiek ņemti vērā šādi punkti:

1. Ķīmiskais sastāvs un dispersija;

2. Virsmas fizikāli ķīmiskās īpašības-porainība, adsorbcija, elektroķīmiskās un mehāniskās īpašības;

3. Aktīvā materiāla biezums un daudzums, ko var ielādēt;

4. īpatnējā izturība un stabilitāte;

5. Ķīmiskā stabilitāte;

6. Nodilumizturība, cietība un spiedes izturība;

7. Piedalīšanās katalītiskajās reakcijās.

Papildus augstajai aktivitātei un labai selektivitātei katalizatoriem jābūt arī ar labu mehānisko izturību un stabilitāti, un stabilitāte ietekmē to spēju pasliktināt aktivitāti.

Pēc noteikta lietošanas perioda katalizatori tiks dezaktivēti, galvenokārt katalizatora materiāla zuduma un koksēšanas dēļ.

Katalizatora zudums ir galvenais deaktivizēšanas iemesls. Šo zudumu galvenokārt ietekmē pH, izraisot aktīvo komponentu izšķīšanu. Eksperimentālie pētījumi ir parādījuši, ka notekūdeņu pH būtiski ietekmē organisko vielu oksidēšanos šķidrā fāzē.

Piemēram, neviendabīgiem ozona katalizatoriem skābos apstākļos ir zems reakcijas ātrums un augsts dezaktivācijas ātrums. Katalizatora zudumi ir minimāli pie pH 7. Ja pH ir lielāks par 7, bet mazāks par 9, katalizatora zudumi nenotiek. Tomēr, ja pH ir lielāks par 10, reakcijas ātrums paliek zems. Tāpēc pH vērtības pielāgošana var samazināt vai novērst katalizatora zudumus.

Katalizatora koksēšana ir vēl viens galvenais dezaktivācijas cēlonis, kas pazīstams arī kā katalizatora piesārņojuma dezaktivācija. To galvenokārt izraisa oglekļa, slāpekļa un citu reakcijas laikā radušos vielu nogulsnēšanās uz katalizatora virsmas. Inženiertehniskās lietojumprogrammas ir pārbaudījušas, ka dažiem neviendabīgiem katalizatoriem noteiktā laika posmā ir augsts noārdīšanās ātrums, kam seko deaktivizēšana. Enerģijas fotoelektroķīmiskās hromatogrāfijas (ESCA) analīze katalizatora virsmai atklāj oglekļa nogulsnēšanos, kas kavē kontaktu starp reaģentiem šķidrajā fāzē un katalizatora virsmu, tādējādi izraisot dezaktivāciju.