Sissejuhatus väärismetallkatalüsaatoritesse

1. Väärismetallkatalüsaatorite omadused
Keemiliste reaktsioonide kiiruse muutmine
Ei osale reaktsiooni lõppsaaduses
Katalüsaatoritena saab kasutada peaaegu kõiki väärismetalle
Nende hulgas on kõige sagedamini kasutatavad väärismetallkatalüsaatorid plaatina, pallaadium, roodium, hõbe, ruteenium jne. Nende hulgas on plaatina ja roodium enimkasutatud. Täitmata d-elektronide orbitaalide tõttu on nende pinnad kalduvad adsorbeerima reagente ja neil on mõõdukas tugevus, mis hõlbustab vahepealsete "aktiivsete ühendite" moodustumist. Tänu sellele omadusele on sellel kõrge katalüütiline aktiivsus ja kõik suurepärased omadused, nagu kõrge temperatuurikindlus, oksüdatsioonikindlus ja korrosioonikindlus, mistõttu on see oluline katalüsaator.
2, väärismetallkatalüsaatorite peamised tegevusnäitajad
01 tegevus
Aktiivsus on katalüsaatori efektiivsuse mõõtmise standard. Tööstuses väljendatakse seda tavaliselt teatud tingimustel ja ajaühikus katalüsaatori mahuühiku (või kaalu) kohta saadud toodete kogusena.
02 selektiivsus
Selektiivsus viitab katalüsaatori toime spetsiifilisusele, see tähendab, et teatud tingimustel katalüsaator ainult kiirendab teatud keemilist reaktsiooni. Selektiivsust väljendatakse tavaliselt protsendina pärast reaktsiooni saadud soovitud produktimolekulide ja reaktsioonis osalevate toorainete arvu suhtest.
03 stabiilsus
Stabiilsus viitab katalüsaatori võimele säilitada oma aktiivsus ja selektiivsus kasutamise ajal, mida tavaliselt väljendatakse selle kasutusiga. Katalüsaatorite hea jõudlus ei sõltu ainult aktiivsete metallide olemuslikest omadustest (nagu aatomite elektrooniline struktuur), vaid ka sellistest teguritest nagu nende kristallstruktuur, osakeste suurus, eripind, pooride struktuur ja dispersiooni olek. Lisaks on katalüsaatoritel ja kandjatel oluline mõju katalüsaatorite toimimisele.
3. Väärismetallkatalüsaatorite klassifikatsioon
Vastavalt erinevatele klassifitseerimispõhimõtetele kuuluvad katalüsaatorid erinevatesse kategooriatesse.
01Jagatud kanduri kuju järgi
Toetatud katalüsaatorid võib jagada tahkete osakeste, sfääriliste, sambakujulisteks ja kärgstruktuurideks.
02Clesifitseeritud katalüsaatori peamiste aktiivsete metallide poolt
Tavaliselt kasutatavate katalüsaatorite hulka kuuluvad hõbekatalüsaatorid, plaatina katalüsaatorid, pallaadiumkatalüsaatorid ja roodiumkatalüsaatorid.
03Klassifitseeritud katalüütiliste reaktsioonide kategooriate järgi
Väärismetallkatalüsaatorid võib jagada kahte kategooriasse: heterogeensed katalüsaatorid ja homogeensed katalüsaatorid:
Homogeensed katalüsaatorid on tavaliselt lahustuvad ühendid (soolad või kompleksid), nagu pallaadiumkloriid, roodiumkloriid, pallaadiumatsetaat, karbonüülroodium, trifenüülfosfiinkarbonüülroodium jne.
Mitmefaasilised katalüsaatorid on lahustumatud tahked ained, peamiselt metalltraatvõrgu ja poorse anorgaanilise kandjaga laetud metalli kujul. Valdav enamus mitmefaasilistest katalüsaatoritest on kandjatoega väärismetallitüübid, nagu Pt/Al2O3, Pd/C, Ag/Al2O3, Rh/SiO2, Pt Pd/Al2O3, Pt Rh/Al2O3 jne.
Kõigis katalüütilistes reaktsioonides moodustavad heterogeensed katalüütilised reaktsioonid 80–90%.
03 Erinevus väärismetallkatalüsaatorite ja traditsiooniliste katalüsaatorite vahel
4.VäärismetallkatalüsaatoridVSTtraditsioonilised katalüsaatorid
01Väärismetallkatalüsaatorid on stabiilsemad ja lihtsamini ladustatavad kui tavalised metallkatalüsaatorid
Väärismetallid on üldiselt vähem altid keemilistele reaktsioonidele ja neil on suhteliselt stabiilsed omadused (näiteks alumiinium oksüdeerub kergesti ja muutub õhuga kokkupuutel alumiiniumoksiidiks). Need ei oksüdeeru toatemperatuuril kergesti ega sütti kõrgel temperatuuril isesüttida. Üldiselt ei saa happed ja alused neid söövitada. Seetõttu on need pärast väärismetallkatalüsaatoritega valmistamist stabiilsemad ja kergemini ladustatavad kui mõned tavalised metallkatalüsaatorid.
02Väärismetallkatalüsaatoritel on madalatel temperatuuridel suurem aktiivsus ja selektiivsus
Uuringud on leidnud, et nanomõõtmeliste väärismetalliosakeste ja kandjate vaheline interaktsioon võib muuta nende pinnaomadusi (geomeetriline struktuur ja pinnaelektronid), kiirendada reaktsioone ja avaldada kõrget katalüütilist aktiivsust.
03 Väärismetallkatalüsaatorite sünergistlik toime
Erinevaid väärismetallkatalüsaatoreid saab kasutada mitte ainult üksikult, vaid ka kombineeritult.
Kombineeritult kasutamisel tekib erinevate katalüsaatorite vahel sünergistlik efekt (kahe katalüsaatori kooskasutamisel on nende katalüütiline aktiivsus suurem kui nende kahe eraldi kasutatud summa), mis suurendab oluliselt reaktsiooni katalüütilist aktiivsust.
Veelgi enam, väärismetallid võivad üldmetallidega moodustada erineva sisalduse ja osakeste suurusega komposiitkatalüsaatoreid, parandades reaktsiooni selektiivsust ja katalüsaatori eluiga (kasutusaja pikkust) ning vähendades katalüsaatori kulusid (väärismetallide hulk looduses on väga väike, seega on nende hinnad palju kõrgemad kui tavametallidel).
04 Valmistamismeetod on lihtne ja ringlussevõtt on hea
Mõnede väärismetallkatalüsaatorite sünteesitingimused on leebed, sünteesimeetodid lihtsad ja vanade katalüsaatorite ringlussevõtu jõudlus on endiselt väga hea, mistõttu on need praegu enim uuritud katalüsaatoritüübid.
Väärismetallkatalüsaatoreid kasutatakse peamiselt hüdrogeenimis- ja oksüdatsioonireaktsioonides ning seni on nende uurimistöö keskendunud peamiselt valmistamismeetoditele, osakeste suurusele ja koostoimetele kandjatega (väärismetalliosakestega laetud ained).
Kuigi väärismetallkatalüsaatoritel on mitmeid eeliseid, peame ka mõistma, et need ei ole kõikvõimsad. Kasutamise ajal võivad väärismetallkatalüsaatorid kaotada oma aktiivsuse erinevate tegurite tõttu, mis on üldiselt jagatud kolme kategooriasse: mürgistus, paagutamine ja termiline desaktiveerimine, koksimine ja ummistus.
5. Väärismetallkatalüsaatorite üles- ja allavoolu
01Väärismetallkatalüsaatorite eelnevad toorained sõltuvad impordist
Väärismetallkatalüsaatorite ülesvoolu hõlmab peamiselt väärismetallide mineraale, kandjate arendamist jne.
Väärismetallid on ülemaailmselt napp ressurss ja väärismetallkatalüsaatorite peamised toorained on plaatina, pallaadium ja muud väärismetallide toorained. Hiina on aga riik, kus plaatinagrupi metallivarud on äärmiselt napid ja mis toetub peamiselt impordile. Hindu mõjutavad globaalsed ja järgtööstuse majandustsüklid ning neile on iseloomulikud kiired muutused ja suured kõikumised.
Väärismetallkatalüsaatorite jaoks on erinevat tüüpi kandjaid, peamiselt silikaadid, metallioksiidid ja süsinikukandjad.
02Väärismetallkatalüsaatoreid kasutatakse laialdaselt allavoolu
See hõlmab erinevaid valdkondi, nagu naftakeemia, söekemikaalid, ravimid, pestitsiidid, toit, värvained, pigmendid, uued keemilised materjalid, keskkonnakaitse, uus energia, elektroonika jne.