Vzroki za izbor in deaktivacijo heterogenih katalizatorjev

Glede na različne aktivne komponente lahko heterogene katalizatorje razdelimo na kovine in njene soli, kovinske okside in kompozitne katalizatorje kovinskih oksidov; glede na obliko jih delimo na kroglaste, kratke stebraste in satjaste oblike; glede na postopek priprave jih lahko razdelimo na tiste, ki uporabljajo oporo, in tiste, ki ne uporabljajo opore.

Trdni -heterogeni katalizatorji v veliki meri preprečujejo izgubo katalizatorja, jih je lažje ločiti od odpadne vode in imajo prednosti, kot so dobra aktivnost, dobra stabilnost in kratek postopek obdelave;

Vendar pa obstaja prenos mase med heterogenimi fazami katalizatorja in suspendirane trdne snovi v odpadni vodi in reakcijskih intermediatih lahko povzročijo prevleko ali blokiranje delcev katalizatorja, kar povzroči deaktivacijo.

(1) Kovinski/nosilni katalizatorji

V tehnologiji heterogene katalitične oksidacije se katalizatorji iz plemenitih kovin pogosto uporabljajo zaradi njihove visoke aktivnosti, dolge življenjske dobe in močne prilagodljivosti. Katalizatorji, narejeni s plemenitimi kovinami, kot so P, Pd in ​​Ru kot aktivnimi komponentami, nimajo samo združljivih mest za adsorpcijo ogljikovodikov, temveč tudi veliko število mest za adsorpcijo kisika, ki so lahko hitro podvržena aktivaciji kisika in adsorpciji ogljikovodikov, ko poteka površinska reakcija. Da bi dosegli boljšo disperzibilnost in zmanjšali količino uporabljene kovine, se pogosto uporablja impregnacija za podporo kovin na nosilcih z visoko specifično površino, kot so Al3O2, SiO2, aktivno oglje, TiO2, CeO2 in ZrO2.

(2) Kovinski oksid/katalizatorji na nosilcu

Izbira katalizatorjev v procesih katalitične oksidacije zahteva upoštevanje številnih dejavnikov, kot so lastnosti raztopine, katalitska kapaciteta katalizatorja in njegova toplotna stabilnost v vodi. Med temi so kovinski oksidi zelo cenjeni zaradi visoke stabilnosti in dobrega delovanja.

Na podlagi njihove stabilnosti lahko katalizatorje razvrstimo na naslednji način: 1. Okside, ki so najbolj stabilni v pogojih visoke oksidacije, kot so titanov oksid, vanadijev oksid, kromov oksid, magnezijev oksid, cinkov oksid in aluminijev oksid; 2. oksidi z zmerno stabilnostjo, kot so železov oksid, kobaltov oksid, nikljev oksid in svinčev oksid; 3. Nestabilni oksidi v--stopenju oksidacije in plemenite kovine, kot so platina, paladij, rutenij in zlato.

(3) Kompozitni oksidni/podprti katalizatorji

Na podlagi komplementarnega principa regulacije katalitične aktivnosti se pričakuje, da bodo kompozitni oksidni katalizatorji dosegli večjo katalitično aktivnost. Sinergistični učinki lahko povečajo aktivnost katalizatorja in zavirajo raztapljanje aktivnih komponent. Na primer, kombinacija CoO, CuO ali NiO z oksidi Fe(III), Pt ali Ru je učinkovit oksidacijski katalizator.

(1) Izbira katalizatorja

Pri izbiri katalizatorja je treba na splošno uporabiti katalizatorje z naslednjimi lastnostmi:

1. Hitra stopnja oksidacije in boljši fazni stik, s čimer se pospeši reakcija;

2. ne-selektiven, omogoča popolno oksidacijo;

3. stabilne fizikalno-kemijske lastnosti v vročih kislih raztopinah;

4. Visoka aktivnost in dolga življenjska doba pri visokih temperaturah ter neobčutljivost na strupe;

5. Visoka mehanska trdnost in odpornost proti obrabi.

(2) Izbira podpore katalizatorja

Glede na sestavo delcev nosilca katalizatorja ga lahko grobo razdelimo na tri vrste: nosilci iz delcev, grobo{0}}zrnati nosilci in substrati.

Pri uporabi katalizatorjev se običajno upoštevajo naslednje točke:

1. Kemična sestava in disperzija;

2. fizikalno-kemijske lastnosti površine-poroznost, adsorpcija, elektrokemične in mehanske lastnosti;

3. Debelina in količina aktivnega materiala, ki ga je mogoče naložiti;

4. Specifična moč in stabilnost;

5. Kemijska stabilnost;

6. odpornost proti obrabi, trdota in tlačna trdnost;

7. Sodelovanje v katalitskih reakcijah.

Poleg visoke aktivnosti in dobre selektivnosti morajo katalizatorji imeti tudi dobro mehansko trdnost in stabilnost, pri čemer stabilnost vpliva na njihovo sposobnost razgradnje aktivnosti.

Po določenem obdobju uporabe se katalizatorji deaktivirajo, predvsem zaradi izgube materiala katalizatorja in koksiranja.

Izguba katalizatorja je glavni vzrok za deaktivacijo. Na to izgubo v glavnem vpliva pH, zaradi česar se aktivne sestavine raztopijo. Eksperimentalne študije so pokazale, da pH odpadne vode pomembno vpliva na oksidacijo organskih snovi v tekoči fazi.

Na primer, heterogeni ozonski katalizatorji kažejo nizke hitrosti reakcije in visoke stopnje deaktivacije v kislih pogojih. Izguba katalizatorja je minimalna pri pH 7. Ko je pH večji od 7, vendar manjši od 9, ne pride do izgube katalizatorja. Ko pa je pH večji od 10, ostane hitrost reakcije nizka. Zato lahko prilagoditev vrednosti pH zmanjša ali prepreči izgubo katalizatorja.

Koksanje katalizatorja je še en pomemben vzrok za deaktivacijo, znano tudi kot deaktivacija obraščanja katalizatorja. To je predvsem posledica odlaganja ogljika, dušika in drugih snovi, ki nastanejo med reakcijo, na površini katalizatorja. Inženirske aplikacije so potrdile, da nekateri heterogeni katalizatorji kažejo visoke stopnje razgradnje v določenem časovnem okviru, čemur sledi deaktivacija. Analiza površine katalizatorja z energijsko fotoelektrokemično kromatografijo (ESCA) razkrije usedanje ogljika, ki ovira stik med reaktanti v tekoči fazi in površino katalizatorja, kar vodi do deaktivacije.