उत्प्रेरक का उपयोग करने वाली औद्योगिक प्रक्रियाओं के उदाहरण। रासायनिक और तेल शोधन उद्योगों में उत्प्रेरण का अनुप्रयोग

उत्प्रेरक कोई भी पदार्थ है, जो रासायनिक प्रतिक्रिया के अंतिम उत्पादों में प्रवेश किए बिना, अपनी दर बदलता है। उत्प्रेरक के रूप में विभिन्न प्रकार के पदार्थों का उपयोग किया जा सकता है, शुद्ध रूप में और यौगिकों के रूप में। औद्योगिक उत्प्रेरकों में निम्नलिखित गुण होने चाहिए: किसी दी गई प्रतिक्रिया के संबंध में उच्च गतिविधि और चयनात्मकता; उत्प्रेरक जहरों के प्रति उच्च रासायनिक प्रतिरोध; कम इग्निशन तापमान, विस्तृत ऑपरेटिंग तापमान रेंज, तापीय स्थिरता, बढ़ी हुई तापीय चालकता; उच्च यांत्रिक शक्ति; निर्माण के लिए सस्ता हो.

उत्प्रेरकों के लिए इन आवश्यकताओं पर विचार करते हुए, हम इस निष्कर्ष पर पहुंचते हैं कि वे अलग-अलग पदार्थ नहीं हैं, बल्कि आमतौर पर कई पदार्थों का मिश्रण हैं। उत्प्रेरक बनाने वाले यांत्रिक मिश्रण को संपर्क द्रव्यमान कहा जाता है। संपर्क द्रव्यमान की संरचना में तीन मुख्य भाग शामिल हैं: उत्प्रेरक रूप से सक्रिय पदार्थ, सक्रियकर्ता और वाहक। उत्प्रेरक रूप से सक्रिय पदार्थ उत्प्रेरक का आधार होते हैं। वे वे हैं जो गैस मिश्रण से निकाले गए घटक के परमाणुओं और अणुओं के साथ विनिमय प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करते हैं। शुद्ध धातु, धातु ऑक्साइड, साथ ही बड़ी संख्या में विभिन्न प्रकार के रासायनिक तत्व और यौगिक, जिन्हें अनुभवजन्य रूप से चुना जाता है, उत्प्रेरक रूप से सक्रिय पदार्थों के रूप में उपयोग किए जाते हैं। दो धातुओं वाले उत्प्रेरकों ने उत्प्रेरक गतिविधि बढ़ा दी है।

उत्प्रेरक (प्रवर्तक) ऐसे पदार्थ हैं जो उत्प्रेरक की गतिविधि को बढ़ाते हैं। सक्रियकर्ताओं में स्वयं उत्प्रेरक गुण नहीं हो सकते हैं, लेकिन उत्प्रेरक रूप से सक्रिय पदार्थों के प्रभाव को बढ़ा सकते हैं। उत्प्रेरण प्रक्रिया पर सक्रियकर्ताओं के प्रभाव का पूरी तरह से अध्ययन नहीं किया गया है। यह माना जाता है कि वे उत्प्रेरक के साथ प्रतिक्रिया करते हैं और ऐसे यौगिक बनाते हैं जो शुद्ध उत्प्रेरक रूप से सक्रिय पदार्थों की तुलना में अधिक सक्रिय होते हैं। सक्रियकर्ताओं के रूप में विभिन्न प्रकार के पदार्थों का उपयोग किया जा सकता है, जिनका चयन भी अनुभवजन्य रूप से किया जाता है।

वाहक वे पदार्थ होते हैं जिनमें आमतौर पर स्वयं उत्प्रेरक गुण नहीं होते हैं और वे उत्प्रेरक की गतिविधि को नहीं बढ़ाते हैं, बल्कि केवल एक आधार के रूप में कार्य करते हैं जिस पर उत्प्रेरक लगाया जाता है। कुछ मामलों में, वाहक उत्प्रेरक की गतिविधि और चयनात्मकता को प्रभावित कर सकते हैं। वाहकों के उपयोग से उत्प्रेरकों की संरचना को बदलना और उत्प्रेरक रूप से सक्रिय पदार्थों की खपत को कम करना संभव हो जाता है। विकसित सतह वाले अक्रिय झरझरा पदार्थ (सक्रिय कार्बन, सिलिका जैल, एल्युमिनोसिलिकेट्स, एस्बेस्टस, झांवा, किसेलूर, जिओलाइट्स, आदि) अक्सर वाहक के रूप में उपयोग किए जाते हैं।

उत्प्रेरक की उत्प्रेरक गतिविधि उत्प्रेरक के प्रभाव में प्रतिक्रिया के त्वरण का एक माप है; यह उत्प्रेरक की मुख्य और मुख्य विशेषता है।

जहां यूके और यू उत्प्रेरक प्रतिक्रिया की दरें हैं और उत्प्रेरक की अनुपस्थिति में वही प्रतिक्रिया की जाती है।

उत्प्रेरक की चयनात्मकता प्रारंभिक पदार्थ के परिवर्तन के सभी उत्पादों की मात्रा के लिए लक्ष्य उत्पाद की सामग्री का अनुपात दर्शाती है। गैसों के स्वच्छता शुद्धिकरण के दौरान, लक्ष्य हानिकारक अशुद्धियों को तटस्थ पदार्थों या ऐसे पदार्थों में बदलना होता है जो निकास गैसों से आसानी से निकल जाते हैं।

कुछ मामलों में, कार्य सार्वभौमिक उत्प्रेरक को विकसित करना और उपयोग करना हो सकता है जो एक में नहीं, बल्कि कई प्रतिक्रियाओं में सक्रिय होते हैं। ऐसे उत्प्रेरकों का उपयोग जटिल गैस शोधन के लिए किया जा सकता है, अर्थात। उस स्थिति में जब निकास गैसों में एक नहीं, बल्कि कई हानिकारक घटक मौजूद हों।

उत्प्रेरकों की एक बहुत ही महत्वपूर्ण विशेषता विभिन्न अशुद्धियों, यानी उत्प्रेरक जहरों की कार्रवाई के प्रति उनका प्रतिरोध है।

विषाक्तता से तात्पर्य संपर्क जहर नामक अशुद्धियों के प्रभाव में उत्प्रेरक गतिविधि के आंशिक या पूर्ण नुकसान से है। कई उत्प्रेरकों के लिए, संपर्क जहरों में यौगिक एस, एच 2 एस, सीएस 2, सीओ, एच 2 0, एनओ, एएस, पी, पीबी, एचजी, आदि शामिल हैं। उत्प्रेरक का जहर उत्प्रेरक जहरों के सोखने के कारण होता है। उत्प्रेरकों की सतह और उनके सक्रिय केन्द्रों का अवरुद्ध होना। यदि इन पदार्थों को उत्प्रेरक की सतह से हटा दिया जाता है, तो यह पूरी तरह या आंशिक रूप से अपनी गतिविधि को बहाल कर सकता है। इसके अनुसार, उत्प्रेरकों की प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय विषाक्तता के बीच अंतर किया जाता है।

उनकी संरचना के आधार पर, उत्प्रेरकों को 1) संशोधित में विभाजित किया गया है; 2) मिश्रित और 3) वाहकों पर।

1) संशोधित उत्प्रेरक. एक संशोधक उत्प्रेरक में किसी अन्य पदार्थ की एक छोटी (10-12 भार तक) मात्रा का योग है जो किसी दिए गए प्रतिक्रिया के लिए उत्प्रेरक रूप से सक्रिय नहीं है, लेकिन उत्प्रेरक के कुछ गुणों (गर्मी प्रतिरोध, ताकत, जहर प्रतिरोध) में सुधार करता है ).यदि कोई संशोधक गतिविधि बढ़ाता है, तो वह प्रवर्तक है। उनकी कार्रवाई की प्रकृति के आधार पर, प्रमोटरों को विभाजित किया गया है: इलेक्ट्रोनिक,उत्प्रेरक के क्रिस्टल जालकों में विकृति उत्पन्न करना या इलेक्ट्रॉनों के कार्य-कार्य को वांछित दिशा में बदलना। उदाहरण के लिए, मेथनॉल ऑक्सीकरण के लिए सिल्वर उत्प्रेरक में सीएल - जोड़ना: सीएच 3 ओएच ® सीएच 2 ओ; बी) स्थिर, उत्प्रेरक की बिखरी हुई संरचना के सिंटरिंग को रोकना। उदाहरण के लिए, प्रवर्तक Al 2 O 3 और SiO 2 अमोनिया के संश्लेषण में लौह उत्प्रेरक के प्राथमिक क्रिस्टल को स्थिर करते हैं: N 2 + 3H 2 ® 2NH 3। ऑपरेशन के पहले दिन, क्रिस्टल को पाप किया जाता है और 6 से 20 एनएम तक बड़ा किया जाता है। क्रिस्टल इंटरफ़ेस पर मुक्त ऊर्जा की आपूर्ति कम हो जाती है और गतिविधि कम हो जाती है। प्रवर्तित किए गए प्रमोटर, बिना पुनर्स्थापित किए, संश्लेषण तापमान पर पिघल जाते हैं, और क्रिस्टल के चारों ओर एक पतली फिल्म लपेट दी जाती है, जो उन्हें सिंटरिंग से रोकती है। हालाँकि, दोनों एडिटिव्स में एक अम्लीय सतह होती है जिस पर NH 3 अणु मजबूती से सोख लिया जाता है, जिससे नाइट्रोजन अणुओं का अवशोषण रुक जाता है और उत्प्रेरक की गतिविधि कम हो जाती है; वी) संरचना-निर्माण,अम्लीय केंद्रों Al 2 O 3 और SiO 2 को निष्क्रिय करना। उदाहरण के लिए, K 2 O, CaO और MgO, लेकिन उनकी मात्रा 4-5 wt.% से अधिक नहीं होनी चाहिए, क्योंकि उनका खनिज प्रभाव होता है, अर्थात। Fe क्रिस्टल के सिंटरिंग को बढ़ावा देना।

2) मिश्रित उत्प्रेरक. मिश्रित उत्प्रेरक वे होते हैं जिनमें कई घटक होते हैं जो तुलनीय मात्रा में ली गई किसी प्रतिक्रिया के लिए उत्प्रेरक रूप से सक्रिय होते हैं।ऐसे उत्प्रेरकों की गतिविधि योगात्मक नहीं होती है, बल्कि निम्नलिखित कारणों से अत्यधिक महत्वपूर्ण हो जाती है: एक बड़ी चरण सीमा के साथ यांत्रिक मिश्रण का निर्माण, अर्थात्। मुफ़्त ऊर्जा की बड़ी आपूर्ति के साथ (उदाहरण के लिए, प्रतिक्रिया HCºHC + H 2 O ® CH 3 -CHO के लिए, उत्प्रेरक CdO + CaO/P 2 O 5 = 3-4 का मिश्रण है; मोलर अनुपात £3 पर, उच्च चयनात्मकता देखी जाती है, लेकिन उत्प्रेरक कणिकाओं की ताकत कम होती है; ³4 पर - कणिकाओं की उच्च शक्ति, लेकिन कम चयनात्मकता); स्पिनेल-प्रकार के ठोस समाधानों का निर्माण(उदाहरण के लिए, वी 2 ओ 5 + एमओओ 3 ऑक्सीकरण उत्प्रेरक में, एमओ + 6 धनायन को वी 2 ओ 5 क्रिस्टल जाली के रिक्त स्थानों में पेश किया जाता है। जाली विरूपण से सिस्टम की मुक्त ऊर्जा में वृद्धि होती है; प्रतिक्रिया स्थितियों के तहत नए, अधिक सक्रिय उत्प्रेरक का निर्माण(उदाहरण के लिए, मेथनॉल CO + 2H 2® CH 3 OH के संश्लेषण के लिए, जिंक क्रोमियम उत्प्रेरक का उपयोग किया जाता है:

ZnO + CrO 3 + H 2 O ® ZnCrO 4 × H 2 O

2ZnCrO 4 ×H 2 O + 3H 2 ® + 5H 2 O

उत्प्रेरक की कमी के बाद प्राप्त सक्रिय चरण, जो मूल रूप से एक नया उत्प्रेरक है, को वर्गाकार कोष्ठक में दिखाया गया है।

3) समर्थित उत्प्रेरक.वाहक कणिकाओं का आकार और आकार, इष्टतम छिद्रपूर्ण संरचना, ताकत, गर्मी प्रतिरोध और लागत में कमी निर्धारित करता है। कभी-कभी गतिविधि बढ़ जाती है (लिगैंड फ़ील्ड सिद्धांत देखें)। मीडिया वर्गीकरण: कृत्रिम- सिलिका जेल, सक्रिय कार्बन, एल्यूमीनियम ऑक्साइड (जी, ए), सिरेमिक; प्राकृतिक- झांवा, डायटोमाइट; छिद्र मात्रा द्वारा- झरझरा (10% से अधिक), गैर-छिद्रपूर्ण (10% या कम); अनाज के आकार के अनुसार- बड़ा (1-5 मिमी), छोटा (0.1-1.0 मिमी), बारीक फैला हुआ (0.1 मिमी से कम); विशिष्ट सतह क्षेत्र द्वारा- छोटा (1 मी 2 / ग्राम से कम), मध्यम (1-50 मी 2 / ग्राम), विकसित (50 मी 2 / ग्राम से अधिक)।

लेख की सामग्री

उत्प्रेरण,पदार्थों (उत्प्रेरक) की थोड़ी मात्रा के प्रभाव में रासायनिक प्रतिक्रियाओं का त्वरण, जो प्रतिक्रिया के दौरान स्वयं नहीं बदलते हैं। उत्प्रेरक प्रक्रियाएं हमारे जीवन में बहुत बड़ी भूमिका निभाती हैं। जैविक उत्प्रेरक, जिन्हें एंजाइम कहा जाता है, जैव रासायनिक प्रक्रियाओं के नियमन में शामिल होते हैं। उत्प्रेरकों के बिना, कई औद्योगिक प्रक्रियाएँ नहीं हो सकतीं।

उत्प्रेरकों का सबसे महत्वपूर्ण गुण चयनात्मकता है, अर्थात्। कई संभावित रासायनिक प्रतिक्रियाओं में से केवल कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर को बढ़ाने की क्षमता। यह उन प्रतिक्रियाओं को अनुमति देता है जो सामान्य परिस्थितियों में व्यावहारिक होने के लिए बहुत धीमी हैं और वांछित उत्पादों का निर्माण सुनिश्चित करती हैं।

उत्प्रेरकों के उपयोग ने रासायनिक उद्योग के तेजी से विकास में योगदान दिया। इनका व्यापक रूप से तेल शोधन, विभिन्न उत्पादों को प्राप्त करने और नई सामग्री (उदाहरण के लिए, प्लास्टिक) बनाने में उपयोग किया जाता है, जो अक्सर पहले इस्तेमाल की तुलना में सस्ता होता है। आधुनिक रासायनिक उत्पादन का लगभग 90% उत्प्रेरक प्रक्रियाओं पर आधारित है। पर्यावरण संरक्षण में उत्प्रेरक प्रक्रियाएँ विशेष भूमिका निभाती हैं।

अधिकांश उत्प्रेरक प्रतिक्रियाएं एक निश्चित दबाव और तापमान पर प्रतिक्रिया मिश्रण, जो गैसीय या तरल अवस्था में होता है, को उत्प्रेरक कणों से भरे रिएक्टर के माध्यम से पारित करके किया जाता है। प्रतिक्रिया स्थितियों और उत्पाद विशेषताओं का वर्णन करने के लिए निम्नलिखित अवधारणाओं का उपयोग किया जाता है। अंतरिक्ष वेग प्रति इकाई समय में उत्प्रेरक की एक इकाई मात्रा से गुजरने वाली गैस या तरल की मात्रा है। उत्प्रेरक गतिविधि एक उत्प्रेरक द्वारा प्रति इकाई समय उत्पादों में परिवर्तित अभिकारकों की मात्रा है। रूपांतरण किसी दिए गए प्रतिक्रिया में परिवर्तित पदार्थ का अंश है। चयनात्मकता किसी विशेष उत्पाद की मात्रा और उत्पादों की कुल मात्रा का अनुपात है (आमतौर पर प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है)। उपज किसी दिए गए उत्पाद की मात्रा और प्रारंभिक सामग्री की मात्रा का अनुपात है (आमतौर पर प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है)। उत्पादकता प्रति इकाई आयतन प्रति इकाई समय में बनने वाले प्रतिक्रिया उत्पादों की संख्या है।

उत्प्रेरक के प्रकार

उत्प्रेरकों को उनके द्वारा तेज की जाने वाली प्रतिक्रिया की प्रकृति, उनकी रासायनिक संरचना या उनके भौतिक गुणों के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है। लगभग सभी रासायनिक तत्वों और पदार्थों में किसी न किसी हद तक उत्प्रेरक गुण होते हैं - अपने दम पर या, अधिक बार, विभिन्न संयोजनों में। उत्प्रेरकों को उनके भौतिक गुणों के आधार पर सजातीय और विषमांगी में विभाजित किया जाता है। विषमांगी उत्प्रेरक ठोस पदार्थ होते हैं जो प्रतिक्रियाशील पदार्थों के समान गैस या तरल माध्यम में सजातीय रूप से फैले होते हैं।

कई विषमांगी उत्प्रेरकों में धातुएँ होती हैं। कुछ धातुएँ, विशेष रूप से तत्वों की आवर्त सारणी के समूह VIII से संबंधित, अपने आप में उत्प्रेरक गतिविधि रखती हैं; एक विशिष्ट उदाहरण प्लैटिनम है। लेकिन अधिकांश धातुएँ यौगिकों में मौजूद होने पर उत्प्रेरक गुण प्रदर्शित करती हैं; उदाहरण - एल्युमिना (एल्यूमीनियम ऑक्साइड अल 2 ओ 3)।

कई विषम उत्प्रेरकों की एक असामान्य संपत्ति उनका बड़ा सतह क्षेत्र है। वे कई छिद्रों द्वारा प्रवेश करते हैं, जिनका कुल क्षेत्रफल कभी-कभी उत्प्रेरक के प्रति 1 ग्राम 500 मीटर 2 तक पहुंच जाता है। कई मामलों में, बड़े सतह क्षेत्र वाले ऑक्साइड एक सब्सट्रेट के रूप में काम करते हैं जिस पर धातु उत्प्रेरक कण छोटे समूहों के रूप में जमा होते हैं। यह उत्प्रेरक रूप से सक्रिय धातु के साथ गैस या तरल चरण में अभिकर्मकों की प्रभावी बातचीत सुनिश्चित करता है। विषम उत्प्रेरकों का एक विशेष वर्ग जिओलाइट्स है - एलुमिनोसिलिकेट्स (सिलिकॉन और एल्यूमीनियम के यौगिक) के समूह के क्रिस्टलीय खनिज। हालाँकि कई विषम उत्प्रेरकों का सतह क्षेत्र बड़ा होता है, लेकिन आमतौर पर उनमें सक्रिय साइटों की संख्या बहुत कम होती है, जो कुल सतह क्षेत्र का एक छोटा सा हिस्सा होता है। उत्प्रेरक जहर नामक रासायनिक यौगिकों की थोड़ी मात्रा की उपस्थिति में उत्प्रेरक अपनी गतिविधि खो सकते हैं। ये पदार्थ सक्रिय केंद्रों से जुड़कर उन्हें अवरुद्ध कर देते हैं। सक्रिय साइटों की संरचना का निर्धारण गहन शोध का विषय है।

सजातीय उत्प्रेरकों की एक अलग रासायनिक प्रकृति होती है - एसिड (H 2 SO 4 या H 3 PO 4), आधार (NaOH), कार्बनिक अमाइन, धातु, अक्सर संक्रमण धातु (Fe या Rh), लवण, ऑर्गेनोमेटेलिक यौगिकों के रूप में या कार्बोनिल. उत्प्रेरक में एंजाइम - प्रोटीन अणु भी शामिल होते हैं जो जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं को नियंत्रित करते हैं। कुछ एंजाइमों की सक्रिय साइट में एक धातु परमाणु (Zn, Cu, Fe या Mo) होता है। धातु युक्त एंजाइम छोटे अणुओं (O 2, CO 2 या N 2) से जुड़ी प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करते हैं। एंजाइमों में बहुत अधिक गतिविधि और चयनात्मकता होती है, लेकिन वे केवल कुछ शर्तों के तहत ही काम करते हैं, जैसे कि वे स्थितियां जिनके तहत जीवित जीवों में प्रतिक्रियाएं होती हैं। उद्योग में, तथाकथित का प्रयोग अक्सर किया जाता है। स्थिर एंजाइम.

उत्प्रेरक कैसे काम करते हैं

ऊर्जा।

कोई भी रासायनिक प्रतिक्रिया तभी हो सकती है जब अभिकारक ऊर्जा अवरोध को दूर कर लें और इसके लिए उन्हें एक निश्चित ऊर्जा प्राप्त करनी होगी। जैसा कि हम पहले ही कह चुके हैं, उत्प्रेरक प्रतिक्रिया X® Y में कई क्रमिक चरण होते हैं। उनमें से प्रत्येक को घटित होने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इ, सक्रियण ऊर्जा कहलाती है। प्रतिक्रिया निर्देशांक के साथ ऊर्जा में परिवर्तन चित्र में दिखाया गया है। 1.

आइए पहले हम गैर-उत्प्रेरक, "थर्मल" पथ पर विचार करें। किसी प्रतिक्रिया के घटित होने के लिए, अणुओं X की स्थितिज ऊर्जा ऊर्जा अवरोध से अधिक होनी चाहिए इटी. उत्प्रेरक प्रतिक्रिया में तीन चरण होते हैं। पहला है एक्स-कैट कॉम्प्लेक्स का निर्माण। (रासायनिक अवशोषण), जिसकी सक्रियण ऊर्जा बराबर होती है इविज्ञापन। दूसरा चरण एक्स-कैट का पुनर्समूहन है। ® वाई-कैट। सक्रियण ऊर्जा के साथ इबिल्ली, और अंत में, तीसरा - सक्रियण ऊर्जा के साथ विशोषण इदेस; इविज्ञापन, इबिल्ली और इबहुत कम इटी. चूंकि प्रतिक्रिया दर तेजी से सक्रियण ऊर्जा पर निर्भर करती है, उत्प्रेरक प्रतिक्रिया किसी दिए गए तापमान पर थर्मल प्रतिक्रिया की तुलना में बहुत तेजी से आगे बढ़ती है।

उत्प्रेरक की तुलना एक गाइड से की जा सकती है जो पर्वतारोहियों (प्रतिक्रियाशील अणुओं) को पर्वत श्रृंखला के पार ले जाता है। वह एक समूह को पास से ले जाता है और फिर अगले समूह के लिए लौट आता है। पास के माध्यम से पथ शिखर (प्रतिक्रिया के थर्मल चैनल) के माध्यम से काफी कम है, और समूह कंडक्टर (उत्प्रेरक) के बिना संक्रमण को तेज करता है। यह भी संभव है कि समूह अपने दम पर पहाड़ी पर काबू पाने में सक्षम नहीं होता।

उत्प्रेरण के सिद्धांत.

उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं के तंत्र को समझाने के लिए, सिद्धांतों के तीन समूह प्रस्तावित किए गए हैं: ज्यामितीय, इलेक्ट्रॉनिक और रासायनिक। ज्यामितीय सिद्धांतों में, मुख्य ध्यान उत्प्रेरक के सक्रिय केंद्रों के परमाणुओं के ज्यामितीय विन्यास और प्रतिक्रिया करने वाले अणुओं के उस हिस्से के परमाणुओं के बीच पत्राचार पर दिया जाता है जो उत्प्रेरक से जुड़ने के लिए जिम्मेदार है। इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत इस विचार पर आधारित हैं कि रसायन अवशोषण चार्ज ट्रांसफर से जुड़े इलेक्ट्रॉनिक इंटरैक्शन के कारण होता है, यानी। ये सिद्धांत उत्प्रेरक गतिविधि को उत्प्रेरक के इलेक्ट्रॉनिक गुणों से जोड़ते हैं। रासायनिक सिद्धांत उत्प्रेरक को विशिष्ट गुणों वाले एक रासायनिक यौगिक के रूप में देखता है जो अभिकर्मकों के साथ रासायनिक बंधन बनाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक अस्थिर संक्रमण परिसर का निर्माण होता है। उत्पादों की रिहाई के साथ कॉम्प्लेक्स के अपघटन के बाद, उत्प्रेरक अपनी मूल स्थिति में लौट आता है। बाद वाला सिद्धांत अब सबसे पर्याप्त माना जाता है।

आणविक स्तर पर, एक उत्प्रेरक गैस-चरण प्रतिक्रिया को निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है। एक प्रतिक्रियाशील अणु उत्प्रेरक की सक्रिय साइट से जुड़ता है, और दूसरा इसके साथ बातचीत करता है, सीधे गैस चरण में होता है। एक वैकल्पिक तंत्र भी संभव है: प्रतिक्रिया करने वाले अणु उत्प्रेरक के पड़ोसी सक्रिय केंद्रों पर अवशोषित हो जाते हैं और फिर एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं। जाहिर है, अधिकांश उत्प्रेरक प्रतिक्रियाएं इसी तरह आगे बढ़ती हैं।

एक अन्य अवधारणा से पता चलता है कि उत्प्रेरक की सतह पर परमाणुओं की स्थानिक व्यवस्था और इसकी उत्प्रेरक गतिविधि के बीच एक संबंध है। कई हाइड्रोजनीकरण प्रतिक्रियाओं सहित कुछ उत्प्रेरक प्रक्रियाओं की दर, सतह पर उत्प्रेरक रूप से सक्रिय परमाणुओं की सापेक्ष स्थिति पर निर्भर नहीं करती है; इसके विपरीत, दूसरों की गति सतह परमाणुओं के स्थानिक विन्यास में परिवर्तन के साथ महत्वपूर्ण रूप से बदलती है। इसका एक उदाहरण निओपेंटेन का आइसोपेंटेन में आइसोमेराइजेशन और पीटी-अल 2 ओ 3 उत्प्रेरक की सतह पर बाद वाले का आइसोब्यूटेन और मीथेन में एक साथ टूटना है।

उद्योग में कटैलिसीस का अनुप्रयोग

अब हम जिस तीव्र औद्योगिक विकास का अनुभव कर रहे हैं वह नई रासायनिक प्रौद्योगिकियों के विकास के बिना संभव नहीं होता। काफी हद तक यह प्रगति उत्प्रेरकों के व्यापक उपयोग से निर्धारित होती है, जिसकी सहायता से निम्न-श्रेणी के कच्चे माल को उच्च-मूल्य वाले उत्पादों में परिवर्तित किया जाता है। लाक्षणिक रूप से कहें तो, उत्प्रेरक एक आधुनिक कीमियागर का पारस पत्थर है, केवल यह सीसे को सोने में नहीं, बल्कि कच्चे माल को दवाओं, प्लास्टिक, रसायन, ईंधन, उर्वरक और अन्य उपयोगी उत्पादों में परिवर्तित करता है।

संभवतः सबसे पहली उत्प्रेरक प्रक्रिया जिसका उपयोग मनुष्य ने करना सीखा वह किण्वन थी। मादक पेय तैयार करने की विधि सुमेरियों को 3500 ईसा पूर्व से ही ज्ञात थी। सेमी. शराब; बियर।

कटैलिसीस के व्यावहारिक अनुप्रयोग में एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर वनस्पति तेल के उत्प्रेरक हाइड्रोजनीकरण द्वारा मार्जरीन का उत्पादन था। यह प्रतिक्रिया पहली बार 1900 के आसपास औद्योगिक पैमाने पर की गई थी। और 1920 के दशक से, नए कार्बनिक पदार्थों, मुख्य रूप से प्लास्टिक, के उत्पादन के लिए उत्प्रेरक तरीकों को एक के बाद एक विकसित किया गया है। मुख्य बिंदु ओलेफिन, नाइट्राइल, एस्टर, एसिड आदि का उत्प्रेरक उत्पादन था। - प्लास्टिक के रासायनिक "निर्माण" के लिए "ईंटें"।

उत्प्रेरक प्रक्रियाओं के औद्योगिक उपयोग की तीसरी लहर 1930 के दशक में हुई और यह पेट्रोलियम शोधन से जुड़ी थी। मात्रा की दृष्टि से इस उत्पादन ने शीघ्र ही अन्य सभी को बहुत पीछे छोड़ दिया। पेट्रोलियम रिफाइनिंग में कई उत्प्रेरक प्रक्रियाएं शामिल हैं: क्रैकिंग, रिफॉर्मिंग, हाइड्रोसल्फोनेशन, हाइड्रोक्रैकिंग, आइसोमेराइजेशन, पोलीमराइजेशन और एल्किलेशन।

अंत में, कैटेलिसिस के उपयोग में चौथी लहर पर्यावरण संरक्षण से संबंधित है। इस क्षेत्र में सबसे प्रसिद्ध उपलब्धि ऑटोमोबाइल निकास गैसों के लिए उत्प्रेरक कनवर्टर का निर्माण है। कैटेलिटिक कन्वर्टर्स, जो 1975 से कारों में लगाए गए हैं, ने हवा की गुणवत्ता में सुधार करने और इस तरह कई लोगों की जान बचाने में बड़ी भूमिका निभाई है।

उत्प्रेरण और संबंधित क्षेत्रों में काम के लिए लगभग एक दर्जन नोबेल पुरस्कार प्रदान किए गए हैं।

उत्प्रेरक प्रक्रियाओं का व्यावहारिक महत्व इस तथ्य से प्रमाणित होता है कि औद्योगिक रूप से उत्पादित नाइट्रोजन युक्त यौगिकों में शामिल नाइट्रोजन का हिस्सा खाद्य उत्पादों में शामिल सभी नाइट्रोजन का लगभग आधा हिस्सा है। प्राकृतिक रूप से उत्पादित नाइट्रोजन यौगिकों की मात्रा सीमित है, इसलिए आहार प्रोटीन का उत्पादन उर्वरकों के माध्यम से मिट्टी में जोड़े गए नाइट्रोजन की मात्रा पर निर्भर करता है। सिंथेटिक अमोनिया के बिना आधी मानवता को खाना खिलाना असंभव होगा, जो लगभग विशेष रूप से हैबर-बॉश उत्प्रेरक प्रक्रिया के माध्यम से उत्पादित होता है।

उत्प्रेरकों के अनुप्रयोग का दायरा लगातार बढ़ रहा है। यह भी महत्वपूर्ण है कि उत्प्रेरण पहले से विकसित प्रौद्योगिकियों की दक्षता में उल्लेखनीय वृद्धि कर सकता है। एक उदाहरण जिओलाइट्स के उपयोग के माध्यम से उत्प्रेरक क्रैकिंग में सुधार है।

हाइड्रोजनीकरण.

बड़ी संख्या में उत्प्रेरक प्रतिक्रियाएं हाइड्रोजन परमाणु और कुछ अन्य अणुओं के सक्रियण से जुड़ी होती हैं, जिससे उनकी रासायनिक परस्पर क्रिया होती है। इस प्रक्रिया को हाइड्रोजनीकरण कहा जाता है और यह तेल शोधन और कोयले से तरल ईंधन के उत्पादन (बर्गियस प्रक्रिया) के कई चरणों का आधार है।

द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान जर्मनी में कोयले से विमानन गैसोलीन और मोटर ईंधन का उत्पादन विकसित किया गया था क्योंकि देश में कोई तेल क्षेत्र नहीं था। बर्गियस प्रक्रिया में कोयले में सीधे हाइड्रोजन मिलाना शामिल है। तरल उत्पाद बनाने के लिए कोयले को हाइड्रोजन की उपस्थिति में दबाव में गर्म किया जाता है, जिसे बाद में विमानन गैसोलीन और मोटर ईंधन में संसाधित किया जाता है। आयरन ऑक्साइड का उपयोग उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है, साथ ही टिन और मोलिब्डेनम पर आधारित उत्प्रेरक के रूप में भी किया जाता है। युद्ध के दौरान, जर्मनी में 12 कारखानों ने बर्गियस प्रक्रिया का उपयोग करके प्रति दिन लगभग 1,400 टन तरल ईंधन का उत्पादन किया।

एक अन्य प्रक्रिया, फिशर-ट्रॉप्स्च, में दो चरण होते हैं। सबसे पहले, कोयले को गैसीकृत किया जाता है, अर्थात। वे जलवाष्प और ऑक्सीजन के साथ इसकी प्रतिक्रिया करते हैं और हाइड्रोजन और कार्बन ऑक्साइड का मिश्रण प्राप्त करते हैं। इस मिश्रण को लौह या कोबाल्ट युक्त उत्प्रेरक का उपयोग करके तरल ईंधन में परिवर्तित किया जाता है। युद्ध की समाप्ति के साथ, जर्मनी में कोयले से सिंथेटिक ईंधन का उत्पादन बंद कर दिया गया।

1973-1974 के तेल प्रतिबंध के बाद तेल की कीमतों में वृद्धि के परिणामस्वरूप, कोयले से गैसोलीन उत्पादन की आर्थिक रूप से व्यवहार्य विधि विकसित करने के लिए जोरदार प्रयास किए गए। इस प्रकार, कोयले का प्रत्यक्ष द्रवीकरण दो-चरणीय प्रक्रिया का उपयोग करके अधिक कुशलता से किया जा सकता है जिसमें कोयले को पहले एल्यूमीनियम-कोबाल्ट-मोलिब्डेनम उत्प्रेरक के साथ अपेक्षाकृत कम तापमान पर और फिर उच्च तापमान पर संपर्क किया जाता है। ऐसे सिंथेटिक गैसोलीन की लागत तेल से प्राप्त गैसोलीन की तुलना में अधिक है।

अमोनिया.

रासायनिक दृष्टिकोण से सबसे सरल हाइड्रोजनीकरण प्रक्रियाओं में से एक हाइड्रोजन और नाइट्रोजन से अमोनिया का संश्लेषण है। नाइट्रोजन एक अत्यंत अक्रिय पदार्थ है। इसके अणु में एन-एन बंधन को तोड़ने के लिए लगभग 200 किलो कैलोरी/मोल की ऊर्जा की आवश्यकता होती है। हालाँकि, नाइट्रोजन परमाणु अवस्था में लौह उत्प्रेरक की सतह से बंध जाती है, और इसके लिए केवल 20 किलो कैलोरी/मोल की आवश्यकता होती है। हाइड्रोजन लोहे से और भी अधिक आसानी से जुड़ जाता है। अमोनिया संश्लेषण इस प्रकार होता है:

यह उदाहरण एक उत्प्रेरक की आगे और पीछे दोनों प्रतिक्रियाओं को समान रूप से तेज करने की क्षमता को दर्शाता है, अर्थात। तथ्य यह है कि उत्प्रेरक किसी रासायनिक प्रतिक्रिया की संतुलन स्थिति को नहीं बदलता है।

वनस्पति तेल का हाइड्रोजनीकरण.

व्यावहारिक दृष्टि से सबसे महत्वपूर्ण हाइड्रोजनीकरण प्रतिक्रियाओं में से एक वनस्पति तेल से लेकर मार्जरीन, खाना पकाने के तेल और अन्य खाद्य उत्पादों का अधूरा हाइड्रोजनीकरण है। वनस्पति तेल सोयाबीन, कपास के बीज और अन्य फसलों से प्राप्त होते हैं। उनमें एस्टर, अर्थात् फैटी एसिड के ट्राइग्लिसराइड्स होते हैं जिनमें असंतृप्ति की अलग-अलग डिग्री होती है। ओलिक एसिड सीएच 3 (सीएच 2) 7 सीएच = सीएच (सीएच 2) 7 सीओओएच में एक सी = सी डबल बॉन्ड होता है, लिनोलिक एसिड में दो और लिनोलेनिक एसिड में तीन होते हैं। इस बंधन को तोड़ने के लिए हाइड्रोजन को जोड़ने से तेलों को ऑक्सीकरण (बासी होने) से रोका जाता है। इससे उनका गलनांक बढ़ जाता है। अधिकांश परिणामी उत्पादों की कठोरता हाइड्रोजनीकरण की डिग्री पर निर्भर करती है। अत्यधिक शुद्ध हाइड्रोजन के वातावरण में एक सब्सट्रेट या रेनी निकल उत्प्रेरक पर जमा बारीक निकल पाउडर की उपस्थिति में हाइड्रोजनीकरण किया जाता है।

निर्जलीकरण।

डीहाइड्रोजनीकरण भी एक औद्योगिक रूप से महत्वपूर्ण उत्प्रेरक प्रतिक्रिया है, हालांकि इसके अनुप्रयोग का पैमाना अतुलनीय रूप से छोटा है। इसकी मदद से, उदाहरण के लिए, स्टाइरीन, एक महत्वपूर्ण मोनोमर, प्राप्त किया जाता है। ऐसा करने के लिए, एथिलबेन्जीन को आयरन ऑक्साइड युक्त उत्प्रेरक की उपस्थिति में डिहाइड्रोजनीकृत किया जाता है; प्रतिक्रिया को पोटेशियम और कुछ प्रकार के संरचनात्मक स्टेबलाइजर द्वारा भी सुविधाजनक बनाया जाता है। प्रोपेन, ब्यूटेन और अन्य अल्केन्स का डिहाइड्रोजनीकरण औद्योगिक पैमाने पर किया जाता है। क्रोमियम-एल्यूमिना उत्प्रेरक की उपस्थिति में ब्यूटेन का डीहाइड्रोजनीकरण ब्यूटेन और ब्यूटाडीन का उत्पादन करता है।

एसिड कटैलिसीस.

उत्प्रेरकों के एक बड़े वर्ग की उत्प्रेरक गतिविधि उनके अम्लीय गुणों से निर्धारित होती है। आई. ब्रोंस्टेड और टी. लोरी के अनुसार, एसिड एक यौगिक है जो एक प्रोटॉन दान करने में सक्षम है। प्रबल अम्ल आसानी से अपने प्रोटॉन क्षारों को दान कर देते हैं। अम्लता की अवधारणा को जी लुईस के कार्यों में और विकसित किया गया था, जिन्होंने एसिड को एक ऐसे पदार्थ के रूप में परिभाषित किया था जो इस इलेक्ट्रॉन जोड़ी के समाजीकरण के कारण सहसंयोजक बंधन के गठन के साथ एक दाता पदार्थ से एक इलेक्ट्रॉन जोड़ी को स्वीकार करने में सक्षम है। इन विचारों ने, कार्बेनियम आयनों का उत्पादन करने वाली प्रतिक्रियाओं के बारे में विचारों के साथ, विभिन्न उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं, विशेष रूप से हाइड्रोकार्बन से जुड़े प्रतिक्रियाओं के तंत्र को समझने में मदद की।

एसिड की ताकत को आधारों के एक सेट का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है जो एक प्रोटॉन जोड़ने पर रंग बदलता है। यह पता चला है कि कुछ औद्योगिक रूप से महत्वपूर्ण उत्प्रेरक बहुत मजबूत एसिड की तरह व्यवहार करते हैं। इनमें फ़्रीडेल-क्राफ्ट्स प्रक्रिया उत्प्रेरक, जैसे HCl-AlCl 2 O 3 (या HAlCl 4), और एल्युमिनोसिलिकेट्स शामिल हैं। एसिड ताकत एक बहुत ही महत्वपूर्ण विशेषता है क्योंकि यह प्रोटोनेशन की दर निर्धारित करती है, जो एसिड कटैलिसीस प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण कदम है।

तेल क्रैकिंग में उपयोग किए जाने वाले एल्युमिनोसिलिकेट्स जैसे उत्प्रेरक की गतिविधि उनकी सतह पर ब्रोंस्टेड और लुईस एसिड की उपस्थिति से निर्धारित होती है। उनकी संरचना सिलिका (सिलिकॉन डाइऑक्साइड) की संरचना के समान है, जिसमें कुछ Si 4+ परमाणुओं को Al 3+ परमाणुओं द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। इस मामले में उत्पन्न होने वाले अतिरिक्त ऋणात्मक आवेश को संबंधित धनायनों द्वारा निष्प्रभावी किया जा सकता है। यदि धनायन प्रोटॉन हैं, तो एल्युमिनोसिलिकेट ब्रोंस्टेड एसिड की तरह व्यवहार करता है:

एसिड उत्प्रेरक की गतिविधि एक मध्यवर्ती उत्पाद के रूप में कार्बेनियम आयन बनाने के लिए हाइड्रोकार्बन के साथ प्रतिक्रिया करने की उनकी क्षमता से निर्धारित होती है। एल्काइलकार्बेनियम आयनों में एक धनात्मक रूप से आवेशित कार्बन परमाणु होता है जो तीन एल्काइल समूहों और/या हाइड्रोजन परमाणुओं से जुड़ा होता है। वे कार्बनिक यौगिकों से जुड़ी कई प्रतिक्रियाओं में मध्यवर्ती के रूप में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। एसिड उत्प्रेरक की क्रिया के तंत्र को आइसोमेराइजेशन प्रतिक्रिया के उदाहरण का उपयोग करके चित्रित किया जा सकता है एन-HCl-AlCl 3 या Pt-Cl-Al 2 O 3 की उपस्थिति में ब्यूटेन से आइसोब्यूटेन। सबसे पहले, ओलेफ़िन C4H8 की एक छोटी मात्रा तृतीयक कार्बेनियम आयन बनाने के लिए एसिड उत्प्रेरक के सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए हाइड्रोजन आयन से जुड़ती है। फिर ऋणावेशित हाइड्राइड आयन H- से अलग हो जाता है एन-ब्यूटेन आइसोब्यूटेन और द्वितीयक ब्यूटाइलकार्बेनियम आयन बनाता है। उत्तरार्द्ध, पुनर्व्यवस्था के परिणामस्वरूप, तृतीयक कार्बेनियम आयन में बदल जाता है। यह श्रृंखला अगले अणु से हाइड्राइड आयन के निष्कासन के साथ जारी रह सकती है एन-ब्यूटेन, आदि:

यह महत्वपूर्ण है कि तृतीयक कार्बेनियम आयन प्राथमिक या द्वितीयक आयनों की तुलना में अधिक स्थिर होते हैं। परिणामस्वरूप, वे मुख्य रूप से उत्प्रेरक की सतह पर मौजूद होते हैं, और इसलिए ब्यूटेन आइसोमेराइजेशन का मुख्य उत्पाद आइसोब्यूटेन है।

एसिड उत्प्रेरक का व्यापक रूप से तेल शोधन में उपयोग किया जाता है - हाइड्रोकार्बन के क्रैकिंग, एल्किलेशन, पोलीमराइजेशन और आइसोमेराइजेशन। इन प्रक्रियाओं में उत्प्रेरक की भूमिका निभाने वाले कार्बेनियम आयनों की क्रिया का तंत्र स्थापित किया गया है। ऐसा करने में, वे कई प्रतिक्रियाओं में भाग लेते हैं, जिसमें बड़े अणुओं के विखंडन द्वारा छोटे अणुओं का निर्माण, अणुओं का संयोजन (ओलेफिन से ओलेफिन या ओलेफिन से आइसोपैराफिन), आइसोमेराइजेशन द्वारा संरचनात्मक पुनर्व्यवस्था, और पैराफिन और सुगंधित का निर्माण शामिल है। हाइड्रोजन स्थानांतरण द्वारा हाइड्रोकार्बन।

उद्योग में एसिड कैटेलिसिस के नवीनतम अनुप्रयोगों में से एक आइसोब्यूटिलीन या आइसोमाइलीन में अल्कोहल मिलाकर सीसायुक्त ईंधन का उत्पादन है। गैसोलीन में ऑक्सीजन युक्त यौगिक मिलाने से निकास गैसों में कार्बन मोनोऑक्साइड की सांद्रता कम हो जाती है। मिथाइल आर यू बी-ब्यूटाइल ईथर (एमटीबीई) 109 की ऑक्टेन मिश्रण संख्या के साथ गैसोलीन में टेट्राएथिल लेड को शामिल किए बिना, उच्च संपीड़न अनुपात के साथ कार इंजन के संचालन के लिए आवश्यक उच्च-ऑक्टेन ईंधन प्राप्त करना संभव बनाता है। ऑक्टेन संख्या 102 और 111 वाले ईंधन का उत्पादन भी व्यवस्थित किया गया है।

मूल उत्प्रेरण.

उत्प्रेरकों की सक्रियता उनके मूल गुणों से निर्धारित होती है। ऐसे उत्प्रेरकों का एक पुराना और प्रसिद्ध उदाहरण सोडियम हाइड्रॉक्साइड है, जिसका उपयोग साबुन बनाने के लिए वसा को हाइड्रोलाइज या साबुनीकृत करने के लिए किया जाता है, और एक हालिया उदाहरण पॉलीयुरेथेन प्लास्टिक और फोम के उत्पादन में उपयोग किए जाने वाले उत्प्रेरक हैं। आइसोसाइनेट के साथ अल्कोहल की प्रतिक्रिया से यूरेथेन बनता है, और यह प्रतिक्रिया बेसिक एमाइन की उपस्थिति में तेज हो जाती है। प्रतिक्रिया के दौरान, आइसोसाइनेट अणु में कार्बन परमाणु से एक आधार जुड़ जाता है, जिसके परिणामस्वरूप नाइट्रोजन परमाणु पर एक नकारात्मक चार्ज दिखाई देता है और अल्कोहल के प्रति इसकी गतिविधि बढ़ जाती है। ट्राइएथिलीनडायमाइन एक विशेष रूप से प्रभावी उत्प्रेरक है। पॉलीयुरेथेन प्लास्टिक का उत्पादन डायसोसाइनेट्स को पॉलीओल्स (पॉलीअल्कोहल) के साथ प्रतिक्रिया करके किया जाता है। जब आइसोसाइनेट पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है, तो पहले से बना यूरेथेन विघटित हो जाता है, जिससे सीओ 2 निकलता है। जब पॉलीअल्कोहल और पानी का मिश्रण डायसोसाइनेट्स के साथ संपर्क करता है, तो परिणामी पॉलीयुरेथेन फोम CO 2 गैस के साथ फोम करता है।

दोहरा अभिनय उत्प्रेरक.

ये उत्प्रेरक दो प्रकार की प्रतिक्रियाओं को गति देते हैं और दो रिएक्टरों के माध्यम से श्रृंखला में अभिकारकों को पारित करने की तुलना में बेहतर परिणाम देते हैं, जिनमें से प्रत्येक में केवल एक प्रकार का उत्प्रेरक होता है। यह इस तथ्य के कारण है कि दोहरे-अभिनय उत्प्रेरक की सक्रिय साइटें एक-दूसरे के बहुत करीब होती हैं, और उनमें से एक पर बनने वाला मध्यवर्ती उत्पाद तुरंत दूसरे पर अंतिम उत्पाद में परिवर्तित हो जाता है।

एक उत्प्रेरक के संयोजन से एक अच्छा परिणाम प्राप्त होता है जो हाइड्रोजन को एक उत्प्रेरक के साथ सक्रिय करता है जो हाइड्रोकार्बन के आइसोमेराइजेशन को बढ़ावा देता है। हाइड्रोजन का सक्रियण कुछ धातुओं द्वारा किया जाता है, और हाइड्रोकार्बन का आइसोमेराइजेशन एसिड द्वारा किया जाता है। नेफ्था को गैसोलीन में परिवर्तित करने के लिए पेट्रोलियम शोधन में उपयोग किया जाने वाला एक प्रभावी दोहरे-अभिनय उत्प्रेरक, अम्लीय एल्यूमिना पर समर्थित बारीक विभाजित प्लैटिनम है। मिथाइलसाइक्लोपेंटेन (एमसीपी) जैसे नेफ्था घटकों को बेंजीन में परिवर्तित करने से गैसोलीन की ऑक्टेन संख्या बढ़ जाती है। सबसे पहले, एमसीपी को उत्प्रेरक के प्लैटिनम भाग पर उसी कार्बन कंकाल के साथ ओलेफिन में डीहाइड्रोजनीकृत किया जाता है; फिर ओलेफ़िन उत्प्रेरक के अम्ल भाग में चला जाता है, जहां यह साइक्लोहेक्सिन में आइसोमेराइज़ हो जाता है। उत्तरार्द्ध प्लैटिनम भाग में चला जाता है और बेंजीन और हाइड्रोजन में निर्जलित हो जाता है।

डबल-एक्शन उत्प्रेरक तेल सुधार में काफी तेजी लाते हैं। इनका उपयोग सामान्य पैराफिन को आइसोपैराफिन में आइसोमेराइज करने के लिए किया जाता है। उत्तरार्द्ध, गैसोलीन अंशों के समान तापमान पर उबलते हुए, मूल्यवान होते हैं क्योंकि उनमें सीधे हाइड्रोकार्बन की तुलना में अधिक ऑक्टेन संख्या होती है। इसके अलावा, परिवर्तन एन-ब्यूटेन से आइसोब्यूटेन डिहाइड्रोजनीकरण के साथ होता है, जिससे एमटीबीई का उत्पादन आसान हो जाता है।

स्टीरियोस्पेसिफिक पोलीमराइजेशन।

उत्प्रेरक के इतिहास में एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर उत्प्रेरक पोलीमराइजेशन की खोज थी ए-ओलेफिन्स स्टीरियोरेगुलर पॉलिमर बनाते हैं। स्टीरियोस्पेसिफिक पोलीमराइजेशन उत्प्रेरक की खोज के. ज़िग्लर द्वारा की गई थी जब वह प्राप्त पॉलिमर के असामान्य गुणों को समझाने की कोशिश कर रहे थे। एक अन्य रसायनज्ञ, जे. नट्टा ने सुझाव दिया कि ज़िग्लर पॉलिमर की विशिष्टता उनकी रूढ़िबद्धता से निर्धारित होती है। एक्स-रे विवर्तन प्रयोगों से पता चला है कि ज़िग्लर उत्प्रेरक की उपस्थिति में प्रोपलीन से तैयार किए गए पॉलिमर अत्यधिक क्रिस्टलीय होते हैं और वास्तव में एक स्टीरियोरेगुलर संरचना होती है। ऐसी क्रमबद्ध संरचनाओं का वर्णन करने के लिए, नट्टा ने "आइसोटैक्टिक" और "सिंडियोटैक्टिक" शब्द पेश किए। ऐसे मामले में जहां कोई आदेश नहीं है, "एटैक्टिक" शब्द का उपयोग किया जाता है:

समूह IVA-VIII (जैसे Ti, V, Cr, Zr) के संक्रमण धातुओं वाले ठोस उत्प्रेरक की सतह पर एक स्टीरियोस्पेसिफिक प्रतिक्रिया होती है, जो आंशिक रूप से ऑक्सीकृत अवस्था में होती है, और कार्बन या हाइड्रोजन युक्त कोई भी यौगिक, जो बंधा होता है समूह I-III से धातु। ऐसे उत्प्रेरक का एक उत्कृष्ट उदाहरण हेप्टेन में TiCl 4 और Al(C 2 H 5) 3 की परस्पर क्रिया से बना अवक्षेप है, जहां टाइटेनियम त्रिसंयोजक अवस्था में कम हो जाता है। यह असाधारण रूप से सक्रिय प्रणाली सामान्य तापमान और दबाव पर प्रोपलीन के पोलीमराइजेशन को उत्प्रेरित करती है।

उत्प्रेरक ऑक्सीकरण.

ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं के रसायन विज्ञान को नियंत्रित करने के लिए उत्प्रेरक का उपयोग अत्यधिक वैज्ञानिक और व्यावहारिक महत्व का है। कुछ मामलों में, ऑक्सीकरण पूर्ण होना चाहिए, उदाहरण के लिए ऑटोमोबाइल निकास गैसों में सीओ और हाइड्रोकार्बन संदूषकों को बेअसर करते समय। हालाँकि, अक्सर ऑक्सीकरण का अधूरा होना आवश्यक होता है, उदाहरण के लिए, हाइड्रोकार्बन को कार्यात्मक समूहों जैसे -CHO, -COOH, -C-CO, -CN वाले मूल्यवान मध्यवर्ती उत्पादों में परिवर्तित करने के लिए कई व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली औद्योगिक प्रक्रियाओं में। इस मामले में, सजातीय और विषमांगी दोनों उत्प्रेरकों का उपयोग किया जाता है। सजातीय उत्प्रेरक का एक उदाहरण एक संक्रमण धातु परिसर है, जिसका उपयोग ऑक्सीकरण के लिए किया जाता है जोड़ा-ज़ाइलीन से टेरेफ्थेलिक एसिड, जिसके एस्टर पॉलिएस्टर फाइबर के उत्पादन के आधार के रूप में काम करते हैं।

विषमांगी ऑक्सीकरण के लिए उत्प्रेरक.

ये उत्प्रेरक आमतौर पर जटिल ठोस ऑक्साइड होते हैं। उत्प्रेरक ऑक्सीकरण दो चरणों में होता है। सबसे पहले, ऑक्साइड में ऑक्सीजन को ऑक्साइड की सतह पर अधिशोषित हाइड्रोकार्बन अणु द्वारा पकड़ लिया जाता है। इस मामले में, हाइड्रोकार्बन ऑक्सीकरण होता है, और ऑक्साइड कम हो जाता है। कम किया गया ऑक्साइड ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करता है और अपनी मूल स्थिति में लौट आता है। वैनेडियम उत्प्रेरक का उपयोग करके, नेफ़थलीन या ब्यूटेन के अपूर्ण ऑक्सीकरण द्वारा फ़ेथलिक एनहाइड्राइड प्राप्त किया जाता है।

मीथेन के निर्जलीकरण द्वारा एथिलीन का उत्पादन।

डिहाइड्रोडाइमराइजेशन के माध्यम से एथिलीन संश्लेषण प्राकृतिक गैस को अधिक आसानी से परिवहन योग्य हाइड्रोकार्बन में परिवर्तित करता है। प्रतिक्रिया 2CH 4 + 2O 2 ® C 2 H 4 + 2H 2 O विभिन्न उत्प्रेरकों का उपयोग करके 850 डिग्री सेल्सियस पर की जाती है; ली-एमजीओ उत्प्रेरक के साथ सर्वोत्तम परिणाम प्राप्त हुए। संभवतः प्रतिक्रिया मीथेन अणु से हाइड्रोजन परमाणु के अमूर्तन द्वारा मिथाइल रेडिकल के गठन के माध्यम से आगे बढ़ती है। उन्मूलन अपूर्ण रूप से कम हुई ऑक्सीजन द्वारा किया जाता है, उदाहरण के लिए O 2 2–। गैस चरण में मिथाइल रेडिकल एक ईथेन अणु बनाने के लिए पुनः संयोजित होते हैं और, बाद में डीहाइड्रोजनेशन के दौरान, एथिलीन में परिवर्तित हो जाते हैं। अपूर्ण ऑक्सीकरण का एक अन्य उदाहरण चांदी या लौह-मोलिब्डेनम उत्प्रेरक की उपस्थिति में मेथनॉल का फॉर्मेल्डिहाइड में रूपांतरण है।

जिओलाइट्स।

जिओलाइट्स विषम उत्प्रेरकों के एक विशेष वर्ग का गठन करते हैं। ये एक क्रमबद्ध मधुकोश संरचना वाले एल्युमिनोसिलिकेट्स हैं, जिनकी कोशिका का आकार कई कार्बनिक अणुओं के आकार के बराबर है। इन्हें आणविक छलनी भी कहा जाता है। सबसे बड़ी रुचि जिओलाइट्स की है, जिनके छिद्र 8-12 ऑक्सीजन आयनों से युक्त छल्लों द्वारा बनते हैं (चित्र 2)। कभी-कभी छिद्र ओवरलैप हो जाते हैं, जैसे कि ZSM-5 जिओलाइट (चित्र 3) में, जिसका उपयोग मेथनॉल के गैसोलीन अंश हाइड्रोकार्बन में अत्यधिक विशिष्ट रूपांतरण के लिए किया जाता है। गैसोलीन में महत्वपूर्ण मात्रा में सुगंधित हाइड्रोकार्बन होते हैं और इसलिए इसमें उच्च ऑक्टेन संख्या होती है। उदाहरण के लिए, न्यूज़ीलैंड में, खपत होने वाले कुल गैसोलीन का एक तिहाई इस तकनीक का उपयोग करके उत्पादित किया जाता है। मेथनॉल का उत्पादन आयातित मीथेन से किया जाता है।

वाई-जिओलाइट्स के समूह को बनाने वाले उत्प्रेरक मुख्य रूप से अपने असामान्य अम्लीय गुणों के कारण उत्प्रेरक क्रैकिंग की दक्षता में काफी वृद्धि करते हैं। एलुमिनोसिलिकेट्स को जिओलाइट्स के साथ बदलने से गैसोलीन की उपज को 20% से अधिक बढ़ाना संभव हो जाता है।

इसके अलावा, जिओलाइट्स में प्रतिक्रियाशील अणुओं के आकार के संबंध में चयनात्मकता होती है। उनकी चयनात्मकता छिद्रों के आकार से निर्धारित होती है जिसके माध्यम से केवल कुछ निश्चित आकार और आकार के अणु ही गुजर सकते हैं। यह प्रारंभिक सामग्री और प्रतिक्रिया उत्पाद दोनों पर लागू होता है। उदाहरण के लिए, स्थैतिक प्रतिबंधों के कारण जोड़ा-जाइलीन अधिक भारी की तुलना में अधिक आसानी से बनता है ऑर्थो- और मेटा-आइसोमर्स। बाद वाले खुद को जिओलाइट के छिद्रों में "बंद" पाते हैं (चित्र 4)।

जिओलाइट्स के उपयोग ने कुछ औद्योगिक प्रौद्योगिकियों में एक वास्तविक क्रांति ला दी है - गैस तेल और इंजन तेल की डीवैक्सिंग, सुगंधित यौगिकों के एल्किलेशन द्वारा प्लास्टिक के उत्पादन के लिए रासायनिक मध्यवर्ती प्राप्त करना, जाइलीन का आइसोमेराइजेशन, टोल्यूनि का अनुपातहीन होना और तेल की उत्प्रेरक क्रैकिंग। ZSM-5 जिओलाइट यहाँ विशेष रूप से प्रभावी है।

उत्प्रेरक और पर्यावरण संरक्षण।

वायु प्रदूषण को कम करने के लिए उत्प्रेरकों का उपयोग 1940 के दशक के अंत में शुरू हुआ। 1952 में, ए. हेगन-स्मिथ ने पाया कि निकास गैसों में मौजूद हाइड्रोकार्बन और नाइट्रोजन ऑक्साइड प्रकाश में प्रतिक्रिया करके ऑक्सीडेंट (विशेष रूप से, ओजोन) बनाते हैं, जो आंखों में जलन पैदा करते हैं और अन्य अवांछनीय प्रभाव देते हैं। लगभग उसी समय, वाई. खौदरी ने सीओ और हाइड्रोकार्बन को सीओ 2 और एच 2 ओ में ऑक्सीकरण करके निकास गैसों के उत्प्रेरक शुद्धिकरण के लिए एक विधि विकसित की। 1970 में, स्वच्छ वायु घोषणा तैयार की गई (1977 में परिष्कृत, 1990 में विस्तारित), अनुसार जिसमें 1975 मॉडल से शुरू होने वाली सभी नई कारों को कैटेलिटिक एग्जॉस्ट कन्वर्टर्स से सुसज्जित किया जाना चाहिए। निकास गैसों की संरचना के लिए मानक स्थापित किए गए। चूंकि गैसोलीन जहर उत्प्रेरक में सीसा यौगिक मिलाया गया है, इसलिए इसे चरणबद्ध तरीके से समाप्त करने का कार्यक्रम अपनाया गया है। नाइट्रोजन ऑक्साइड की मात्रा को कम करने की आवश्यकता पर भी ध्यान आकर्षित किया गया।

उत्प्रेरक विशेष रूप से ऑटोमोबाइल न्यूट्रलाइज़र के लिए बनाए गए हैं, जिसमें सक्रिय घटकों को एक छत्ते की संरचना के साथ सिरेमिक सब्सट्रेट पर लागू किया जाता है, जिसकी कोशिकाओं से निकास गैसें गुजरती हैं। सब्सट्रेट को धातु ऑक्साइड की एक पतली परत के साथ लेपित किया जाता है, उदाहरण के लिए अल 2 ओ 3, जिस पर एक उत्प्रेरक - प्लैटिनम, पैलेडियम या रोडियम - लगाया जाता है। ताप विद्युत संयंत्रों में प्राकृतिक ईंधन के दहन के दौरान बनने वाले नाइट्रोजन ऑक्साइड की मात्रा को ग्रिप गैसों में थोड़ी मात्रा में अमोनिया मिलाकर और उन्हें टाइटेनियम वैनेडियम उत्प्रेरक के माध्यम से पारित करके कम किया जा सकता है।

एंजाइम.

एंजाइम प्राकृतिक उत्प्रेरक हैं जो जीवित कोशिका में जैव रासायनिक प्रक्रियाओं को नियंत्रित करते हैं। वे ऊर्जा विनिमय प्रक्रियाओं, पोषक तत्वों के टूटने और जैवसंश्लेषण प्रतिक्रियाओं में भाग लेते हैं। उनके बिना, कई जटिल कार्बनिक प्रतिक्रियाएँ नहीं हो सकतीं। एंजाइम सामान्य तापमान और दबाव पर कार्य करते हैं, उनकी चयनात्मकता बहुत अधिक होती है, और वे प्रतिक्रिया दर को परिमाण के आठ क्रमों तक बढ़ाने में सक्षम होते हैं। इन फायदों के बावजूद, केवल लगभग। 15,000 ज्ञात एंजाइमों में से 20 का उपयोग बड़े पैमाने पर किया जाता है।

मनुष्य ने हजारों वर्षों से रोटी पकाने, मादक पेय, पनीर और सिरका बनाने के लिए एंजाइमों का उपयोग किया है। अब एंजाइमों का उपयोग उद्योग में भी किया जाता है: चीनी के प्रसंस्करण में, सिंथेटिक एंटीबायोटिक दवाओं, अमीनो एसिड और प्रोटीन के उत्पादन में। हाइड्रोलिसिस प्रक्रियाओं को तेज करने वाले प्रोटियोलिटिक एंजाइम डिटर्जेंट में जोड़े जाते हैं।

बैक्टीरिया की मदद से क्लोस्ट्रीडियम एसिटोब्यूटाइलिकमएच. वीज़मैन ने स्टार्च का एसीटोन और ब्यूटाइल अल्कोहल में एंजाइमेटिक रूपांतरण किया। प्रथम विश्व युद्ध के दौरान इंग्लैंड में एसीटोन के उत्पादन की इस पद्धति का व्यापक रूप से उपयोग किया गया था, और द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान इसका उपयोग यूएसएसआर में ब्यूटाडीन रबर का उत्पादन करने के लिए किया गया था।

पेनिसिलिन के संश्लेषण के लिए सूक्ष्मजीवों द्वारा उत्पादित एंजाइमों के साथ-साथ स्ट्रेप्टोमाइसिन और विटामिन बी 12 के उपयोग ने एक अत्यंत महत्वपूर्ण भूमिका निभाई।

एंजाइमी प्रक्रियाओं द्वारा उत्पादित एथिल अल्कोहल का व्यापक रूप से ऑटोमोबाइल ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है। ब्राज़ील में, लगभग 10 मिलियन कारों में से एक तिहाई से अधिक कारें गन्ने से प्राप्त 96% एथिल अल्कोहल पर चलती हैं, जबकि बाकी गैसोलीन और एथिल अल्कोहल (20%) के मिश्रण पर चलती हैं। ईंधन, जो गैसोलीन और अल्कोहल का मिश्रण है, के उत्पादन की तकनीक संयुक्त राज्य अमेरिका में अच्छी तरह से विकसित की गई है। 1987 में, लगभग. 4 बिलियन लीटर अल्कोहल, जिसमें से लगभग 3.2 बिलियन लीटर का उपयोग ईंधन के रूप में किया गया था। तथाकथित भी विभिन्न अनुप्रयोग पाते हैं। स्थिर एंजाइम. ये एंजाइम सिलिका जेल जैसे ठोस समर्थन से बंधे होते हैं, जिस पर अभिकर्मकों को पारित किया जाता है। इस विधि का लाभ यह है कि यह एंजाइम के साथ सब्सट्रेट्स का कुशल संपर्क, उत्पादों को अलग करना और एंजाइम का संरक्षण सुनिश्चित करता है। स्थिर एंजाइमों के औद्योगिक उपयोग का एक उदाहरण डी-ग्लूकोज का फ्रुक्टोज में आइसोमेराइजेशन है।

तकनीकी पहलू

उत्प्रेरकों के उपयोग के बिना आधुनिक प्रौद्योगिकियों की कल्पना नहीं की जा सकती। उत्प्रेरक प्रतिक्रियाएं 650 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान और 100 एटीएम या उससे अधिक के दबाव पर हो सकती हैं। यह गैसीय और ठोस पदार्थों के बीच संपर्क और उत्प्रेरक कणों के स्थानांतरण से जुड़ी समस्याओं के नए समाधानों को बल देता है। प्रक्रिया के प्रभावी होने के लिए, इसके मॉडलिंग में गतिज, थर्मोडायनामिक और हाइड्रोडायनामिक पहलुओं को ध्यान में रखना चाहिए। यहां कंप्यूटर मॉडलिंग का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, साथ ही तकनीकी प्रक्रियाओं की निगरानी के लिए नए उपकरणों और तरीकों का भी उपयोग किया जाता है।

1960 में अमोनिया उत्पादन में उल्लेखनीय प्रगति हुई। अधिक सक्रिय उत्प्रेरक के उपयोग ने जल वाष्प के अपघटन के दौरान हाइड्रोजन उत्पादन के तापमान को कम करना संभव बना दिया, जिससे दबाव कम करना संभव हो गया और इसलिए, उत्पादन लागत को कम करना संभव हो गया, उदाहरण के लिए, सस्ते केन्द्रापसारक कम्प्रेसर के उपयोग के माध्यम से . परिणामस्वरूप, अमोनिया की कीमत आधे से अधिक गिर गई, इसके उत्पादन में भारी वृद्धि हुई और इसके संबंध में, खाद्य उत्पादन में वृद्धि हुई, क्योंकि अमोनिया एक मूल्यवान उर्वरक है।

तरीके.

उत्प्रेरण के क्षेत्र में अनुसंधान पारंपरिक और विशेष दोनों तरीकों का उपयोग करके किया जाता है। रेडियोधर्मी ट्रेसर, एक्स-रे, इन्फ्रारेड और रमन (रमन) स्पेक्ट्रोस्कोपी, इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी विधियों का उपयोग किया जाता है; गतिज माप किए जाते हैं, उनकी गतिविधि पर उत्प्रेरक तैयार करने के तरीकों के प्रभाव का अध्ययन किया जाता है। विभिन्न दबावों पर नाइट्रोजन के भौतिक सोखना को मापने के आधार पर, ब्रूनॉयर-एम्मेट-टेलर विधि (बीईटी विधि) का उपयोग करके उत्प्रेरक के सतह क्षेत्र का निर्धारण बहुत महत्वपूर्ण है। ऐसा करने के लिए, उत्प्रेरक की सतह पर एक मोनोलेयर बनाने के लिए आवश्यक नाइट्रोजन की मात्रा निर्धारित करें, और, एन 2 अणु के व्यास को जानकर, कुल क्षेत्रफल की गणना करें। कुल सतह क्षेत्र का निर्धारण करने के अलावा, विभिन्न अणुओं का रसायनीकरण किया जाता है, जिससे सक्रिय केंद्रों की संख्या का अनुमान लगाना और उनके गुणों के बारे में जानकारी प्राप्त करना संभव हो जाता है।

परमाणु स्तर पर उत्प्रेरकों की सतह संरचना का अध्ययन करने के लिए शोधकर्ताओं के पास विभिन्न विधियाँ हैं। EXAFS विधि आपको अद्वितीय जानकारी प्राप्त करने की अनुमति देती है। स्पेक्ट्रोस्कोपी विधियों में, यूवी, एक्स-रे और ऑगर फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी का तेजी से उपयोग किया जा रहा है। सेकेंडरी आयन मास स्पेक्ट्रोमेट्री और आयन स्कैटरिंग स्पेक्ट्रोस्कोपी बहुत रुचिकर हैं। एनएमआर माप का उपयोग उत्प्रेरक परिसरों की प्रकृति का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। एक स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप आपको उत्प्रेरक की सतह पर परमाणुओं की व्यवस्था देखने की अनुमति देता है।

संभावनाओं

उद्योग में उत्प्रेरक प्रक्रियाओं का पैमाना हर साल बढ़ रहा है। पर्यावरण को प्रदूषित करने वाले पदार्थों को निष्क्रिय करने के लिए उत्प्रेरकों का उपयोग तेजी से किया जा रहा है। गैस और कोयले से हाइड्रोकार्बन और ऑक्सीजन युक्त सिंथेटिक ईंधन के उत्पादन में उत्प्रेरक की भूमिका बढ़ रही है। ईंधन ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में किफायती रूपांतरण के लिए ईंधन कोशिकाओं का निर्माण बहुत आशाजनक लगता है।

कटैलिसीस की नई अवधारणाएं कई मूल्यवान गुणों के साथ बहुलक सामग्री और अन्य उत्पादों को प्राप्त करना, ऊर्जा प्राप्त करने के तरीकों में सुधार करना और सूक्ष्मजीवों की मदद से अल्केन्स और अमोनिया से प्रोटीन को संश्लेषित करके विशेष रूप से खाद्य उत्पादन में वृद्धि करना संभव बनाएगी। एंजाइमों और ऑर्गेनोमेटेलिक यौगिकों के उत्पादन के लिए आनुवंशिक रूप से इंजीनियर तरीकों को विकसित करना संभव हो सकता है जो उनकी उत्प्रेरक गतिविधि और चयनात्मकता में प्राकृतिक जैविक उत्प्रेरक के करीब पहुंचते हैं।

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अब हम जिस तीव्र औद्योगिक विकास का अनुभव कर रहे हैं वह नई रासायनिक प्रौद्योगिकियों के विकास के बिना संभव नहीं होता। काफी हद तक यह प्रगति उत्प्रेरकों के व्यापक उपयोग से निर्धारित होती है, जिसकी सहायता से निम्न-श्रेणी के कच्चे माल को उच्च-मूल्य वाले उत्पादों में परिवर्तित किया जाता है। लाक्षणिक रूप से बोलते हुए, उत्प्रेरकआधुनिक कीमियागर का पारस पत्थर है, केवल यह सीसे को सोने में नहीं, बल्कि कच्चे माल को दवाओं, प्लास्टिक, रसायन, ईंधन, उर्वरक और अन्य उपयोगी उत्पादों में बदल देता है। शायद, सबसे पहली उत्प्रेरक प्रक्रियामनुष्य ने जिसका उपयोग करना सीखा है वह किण्वन है। मादक पेय तैयार करने की विधि सुमेरियों को 3500 ईसा पूर्व से ही ज्ञात थी। वाइन देखें; बियर।

उत्प्रेरण के व्यावहारिक अनुप्रयोग में एक महत्वपूर्ण मील का पत्थरबन गया मार्जरीन उत्पादनवनस्पति तेल का उत्प्रेरक हाइड्रोजनीकरण। यह प्रतिक्रिया पहली बार 1900 के आसपास औद्योगिक पैमाने पर की गई थी। और 1920 के दशक से, उत्पादन के लिए उत्प्रेरक तरीके नई जैविक सामग्री, विशेषकर प्लास्टिक। मुख्य बिंदु ओलेफिन, नाइट्राइल, एस्टर, एसिड आदि का उत्प्रेरक उत्पादन था। - प्लास्टिक के रासायनिक "निर्माण" के लिए "ईंटें"। उत्प्रेरक प्रक्रियाओं के औद्योगिक उपयोग की तीसरी लहर 1930 के दशक की है और तेल शोधन से सम्बंधित. मात्रा की दृष्टि से इस उत्पादन ने शीघ्र ही अन्य सभी को बहुत पीछे छोड़ दिया। तेल परिशोधन इसमें कई उत्प्रेरक प्रक्रियाएं शामिल हैं:

टूटना,

सुधार,

हाइड्रोसल्फोनेशन,

हाइड्रोक्रैकिंग,

आइसोमेराइजेशन,

बहुलकीकरण

क्षारीकरण।

और अंत में, चौथी लहरउत्प्रेरण के उपयोग में पर्यावरण संरक्षण से संबंधित. इस क्षेत्र की सबसे प्रसिद्ध उपलब्धि है ऑटोमोबाइल निकास गैसों के लिए एक उत्प्रेरक कनवर्टर का निर्माण. कैटेलिटिक कन्वर्टर्स, जो 1975 से कारों में लगाए गए हैं, ने हवा की गुणवत्ता में सुधार करने और इस तरह कई लोगों की जान बचाने में बड़ी भूमिका निभाई है।

उत्प्रेरण और संबंधित क्षेत्रों में काम के लिए लगभग एक दर्जन नोबेल पुरस्कार प्रदान किए गए हैं। उत्प्रेरक प्रक्रियाओं का व्यावहारिक महत्व इस तथ्य से स्पष्ट होता है कि शेयर नाइट्रोजन, जो औद्योगिक रूप से उत्पादित नाइट्रोजन युक्त यौगिकों का हिस्सा है, खाद्य उत्पादों में शामिल सभी नाइट्रोजन का लगभग आधा हिस्सा है। प्राकृतिक रूप से उत्पादित नाइट्रोजन यौगिकों की मात्रा सीमित है, इसलिए आहार प्रोटीन का उत्पादन उर्वरकों के माध्यम से मिट्टी में जोड़े गए नाइट्रोजन की मात्रा पर निर्भर करता है। इसके बिना आधी मानवता का पेट भरना असंभव होगा सिंथेटिक अमोनिया, जो लगभग विशेष रूप से उत्प्रेरक का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है हैबर-बॉश प्रक्रिया. उत्प्रेरकों के अनुप्रयोग का दायरा लगातार बढ़ रहा है। यह भी महत्वपूर्ण है कटैलिसीस पहले से विकसित प्रौद्योगिकियों की दक्षता में उल्लेखनीय वृद्धि कर सकता है. एक उदाहरण के उपयोग के माध्यम से उत्प्रेरक क्रैकिंग में सुधार है जिओलाइट्स.

हाइड्रोजनीकरण.बड़ी संख्या में उत्प्रेरक प्रतिक्रियाएं हाइड्रोजन परमाणु और कुछ अन्य अणुओं के सक्रियण से जुड़ी होती हैं, जिससे उनकी रासायनिक परस्पर क्रिया होती है। इस प्रक्रिया को हाइड्रोजनीकरण कहा जाता है और यह तेल शोधन और कोयले से तरल ईंधन के उत्पादन के कई चरणों का आधार है ( बर्गियस प्रक्रिया). द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान जर्मनी में कोयले से विमानन गैसोलीन और मोटर ईंधन का उत्पादन विकसित किया गया था क्योंकि देश में कोई तेल क्षेत्र नहीं था। बर्गियस प्रक्रिया में कोयले में सीधे हाइड्रोजन मिलाना शामिल है। तरल उत्पाद बनाने के लिए कोयले को हाइड्रोजन की उपस्थिति में दबाव में गर्म किया जाता है, जिसे बाद में विमानन गैसोलीन और मोटर ईंधन में संसाधित किया जाता है। आयरन ऑक्साइड का उपयोग उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है, साथ ही टिन और मोलिब्डेनम पर आधारित उत्प्रेरक के रूप में भी किया जाता है। युद्ध के दौरान, जर्मनी में 12 कारखानों ने बर्गियस प्रक्रिया का उपयोग करके प्रति दिन लगभग 1,400 टन तरल ईंधन का उत्पादन किया। एक और प्रक्रिया, फिशर-ट्रॉप्स, दो चरणों से मिलकर बना है। सबसे पहले, कोयले को गैसीकृत किया जाता है, अर्थात। वे जलवाष्प और ऑक्सीजन के साथ इसकी प्रतिक्रिया करते हैं और हाइड्रोजन और कार्बन ऑक्साइड का मिश्रण प्राप्त करते हैं। इस मिश्रण को लौह या कोबाल्ट युक्त उत्प्रेरक का उपयोग करके तरल ईंधन में परिवर्तित किया जाता है। युद्ध की समाप्ति के साथ, जर्मनी में कोयले से सिंथेटिक ईंधन का उत्पादन बंद कर दिया गया। 1973-1974 के तेल प्रतिबंध के बाद तेल की कीमतों में वृद्धि के परिणामस्वरूप, कोयले से गैसोलीन उत्पादन की आर्थिक रूप से व्यवहार्य विधि विकसित करने के लिए जोरदार प्रयास किए गए। इस प्रकार, कोयले का प्रत्यक्ष द्रवीकरण दो-चरणीय प्रक्रिया का उपयोग करके अधिक कुशलता से किया जा सकता है जिसमें कोयले को पहले एल्यूमीनियम-कोबाल्ट-मोलिब्डेनम उत्प्रेरक के साथ अपेक्षाकृत कम तापमान पर और फिर उच्च तापमान पर संपर्क किया जाता है। ऐसे सिंथेटिक गैसोलीन की लागत तेल से प्राप्त गैसोलीन की तुलना में अधिक है।

अमोनिया.रासायनिक दृष्टिकोण से सबसे सरल हाइड्रोजनीकरण प्रक्रियाओं में से एक हाइड्रोजन और नाइट्रोजन से अमोनिया का संश्लेषण है। नाइट्रोजन एक अत्यंत अक्रिय पदार्थ है। इसके अणु में एन-एन बंधन को तोड़ने के लिए लगभग 200 किलो कैलोरी/मोल की ऊर्जा की आवश्यकता होती है। हालाँकि, नाइट्रोजन परमाणु अवस्था में लौह उत्प्रेरक की सतह से बंध जाती है, और इसके लिए केवल 20 किलो कैलोरी/मोल की आवश्यकता होती है। हाइड्रोजन लोहे से और भी अधिक आसानी से जुड़ जाता है। अमोनिया संश्लेषण इस प्रकार होता है:

यह उदाहरण दर्शाता है उत्प्रेरक की आगे और पीछे दोनों प्रतिक्रियाओं को समान रूप से तेज करने की क्षमता, अर्थात। यह तथ्य कि उत्प्रेरक किसी रासायनिक प्रतिक्रिया की संतुलन स्थिति को नहीं बदलता है.

वनस्पति तेल का हाइड्रोजनीकरण. व्यावहारिक दृष्टि से सबसे महत्वपूर्ण हाइड्रोजनीकरण प्रतिक्रियाओं में से एक वनस्पति तेल से लेकर मार्जरीन, खाना पकाने के तेल और अन्य खाद्य उत्पादों का अधूरा हाइड्रोजनीकरण है। वनस्पति तेल सोयाबीन, कपास के बीज और अन्य फसलों से प्राप्त होते हैं। उनमें एस्टर, अर्थात् फैटी एसिड के ट्राइग्लिसराइड्स होते हैं जिनमें असंतृप्ति की अलग-अलग डिग्री होती है। ओलिक एसिड सीएच 3 (सीएच 2) 7 सीएच = सीएच (सीएच 2) 7 सीओओएच में एक सी = सी डबल बॉन्ड होता है, लिनोलिक एसिड में दो और लिनोलेनिक एसिड में तीन होते हैं। इस बंधन को तोड़ने के लिए हाइड्रोजन को जोड़ने से तेलों को ऑक्सीकरण (बासी होने) से रोका जाता है। इससे उनका गलनांक बढ़ जाता है। अधिकांश परिणामी उत्पादों की कठोरता हाइड्रोजनीकरण की डिग्री पर निर्भर करती है। हाइड्रोजनीकरण एक सब्सट्रेट, या निकल पर जमा महीन निकल पाउडर की उपस्थिति में किया जाता है राने उत्प्रेरकअत्यधिक शुद्ध हाइड्रोजन के वातावरण में।

निर्जलीकरण।डीहाइड्रोजनीकरण भी एक औद्योगिक रूप से महत्वपूर्ण उत्प्रेरक प्रतिक्रिया है, हालांकि इसके अनुप्रयोग का पैमाना अतुलनीय रूप से छोटा है। इसकी मदद से, उदाहरण के लिए, स्टाइरीन, एक महत्वपूर्ण मोनोमर, प्राप्त किया जाता है। ऐसा करने के लिए, एथिलबेन्जीन को आयरन ऑक्साइड युक्त उत्प्रेरक की उपस्थिति में डिहाइड्रोजनीकृत किया जाता है; प्रतिक्रिया को पोटेशियम और कुछ प्रकार के संरचनात्मक स्टेबलाइजर द्वारा भी सुविधाजनक बनाया जाता है। प्रोपेन, ब्यूटेन और अन्य अल्केन्स का डिहाइड्रोजनीकरण औद्योगिक पैमाने पर किया जाता है। क्रोमियम-एल्यूमिना उत्प्रेरक की उपस्थिति में ब्यूटेन का डीहाइड्रोजनीकरण ब्यूटेन और ब्यूटाडीन का उत्पादन करता है।

एसिड कटैलिसीस.उत्प्रेरकों के एक बड़े वर्ग की उत्प्रेरक गतिविधि उनके अम्लीय गुणों से निर्धारित होती है। के अनुसार आई. ब्रोंस्टेड और टी. लोरी, अम्ल एक यौगिक है जो एक प्रोटॉन दान कर सकता है। प्रबल अम्ल आसानी से अपने प्रोटॉन क्षारों को दान कर देते हैं। कार्यों में अम्लता की अवधारणा को और अधिक विकसित किया गया जी लुईस, जिन्होंने एसिड को एक ऐसे पदार्थ के रूप में परिभाषित किया जो इस इलेक्ट्रॉन जोड़ी के बंटवारे के कारण एक सहसंयोजक बंधन के गठन के साथ एक दाता पदार्थ से एक इलेक्ट्रॉन जोड़ी को स्वीकार करने में सक्षम है।

इन विचारों ने, कार्बेनियम आयनों का उत्पादन करने वाली प्रतिक्रियाओं के बारे में विचारों के साथ, समझने में मदद की विभिन्न उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं का तंत्र, विशेष रूप से वे जिनमें हाइड्रोकार्बन शामिल हैं। एसिड की ताकत को आधारों के एक सेट का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है जो एक प्रोटॉन जोड़ने पर रंग बदलता है। यह पता चला है कि कुछ औद्योगिक रूप से महत्वपूर्ण उत्प्रेरक बहुत मजबूत एसिड की तरह व्यवहार करते हैं। इनमें एक उत्प्रेरक भी शामिल है फ़्रीडेल-शिल्प प्रक्रिया, जैसे HCl-AlCl 2 O 3 (या HAlCl 4), और एलुमिनोसिलिकेट्स। अम्ल शक्ति- यह एक बहुत ही महत्वपूर्ण विशेषता है, क्योंकि प्रोटोनेशन की दर, एसिड कटैलिसीस प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण चरण, इस पर निर्भर करती है। तेल क्रैकिंग में उपयोग किए जाने वाले एल्युमिनोसिलिकेट्स जैसे उत्प्रेरक की गतिविधि उनकी सतह पर ब्रोंस्टेड और लुईस एसिड की उपस्थिति से निर्धारित होती है। उनकी संरचना सिलिका (सिलिकॉन डाइऑक्साइड) की संरचना के समान है, जिसमें कुछ Si 4+ परमाणुओं को Al 3+ परमाणुओं द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। इस मामले में उत्पन्न होने वाले अतिरिक्त ऋणात्मक आवेश को संबंधित धनायनों द्वारा निष्प्रभावी किया जा सकता है। यदि धनायन प्रोटॉन हैं, तो एल्युमिनोसिलिकेट जैसा व्यवहार करता है ब्रोंस्टेड एसिड:

अम्ल उत्प्रेरक की गतिविधि निर्धारित किया जाता हैमध्यवर्ती उत्पाद के रूप में कार्बेनियम आयन बनाने के लिए हाइड्रोकार्बन के साथ प्रतिक्रिया करने की उनकी क्षमता। एल्काइलकार्बेनियम आयनों में एक धनात्मक रूप से आवेशित कार्बन परमाणु होता है जो तीन एल्काइल समूहों और/या हाइड्रोजन परमाणुओं से जुड़ा होता है। वे कार्बनिक यौगिकों से जुड़ी कई प्रतिक्रियाओं में मध्यवर्ती के रूप में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। अम्ल उत्प्रेरक की क्रिया का तंत्र HCl-AlCl 3 या Pt-Cl-Al 2 O 3 की उपस्थिति में एन-ब्यूटेन से आइसोब्यूटेन की आइसोमेराइजेशन प्रतिक्रिया के उदाहरण से स्पष्ट किया जा सकता है। सबसे पहले, ओलेफ़िन C4H8 की एक छोटी मात्रा तृतीयक कार्बेनियम आयन बनाने के लिए एसिड उत्प्रेरक के सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए हाइड्रोजन आयन से जुड़ती है। नकारात्मक रूप से चार्ज किया गया हाइड्राइड आयन एच - फिर आइसोब्यूटेन और एक द्वितीयक ब्यूटाइलकार्बेनियम आयन बनाने के लिए एन-ब्यूटेन से अलग हो जाता है। उत्तरार्द्ध, पुनर्व्यवस्था के परिणामस्वरूप, तृतीयक कार्बेनियम आयन में बदल जाता है। यह श्रृंखला अगले एन-ब्यूटेन अणु आदि से हाइड्राइड आयन के उन्मूलन के साथ जारी रह सकती है:

यह महत्वपूर्ण है कि तृतीयक कार्बेनियम आयन प्राथमिक या द्वितीयक आयनों की तुलना में अधिक स्थिर होते हैं। परिणामस्वरूप, वे मुख्य रूप से उत्प्रेरक की सतह पर मौजूद होते हैं, और इसलिए ब्यूटेन आइसोमेराइजेशन का मुख्य उत्पाद आइसोब्यूटेन है। अम्ल उत्प्रेरकतेल शोधन में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है - हाइड्रोकार्बन के क्रैकिंग, एल्किलेशन, पोलीमराइजेशन और आइसोमेराइजेशन (रसायन विज्ञान और तेल प्रसंस्करण के तरीके भी देखें)।

स्थापित कार्बेनियम आयनों की क्रिया का तंत्र, इन प्रक्रियाओं में उत्प्रेरक की भूमिका निभा रहा है। ऐसा करने में, वे कई प्रतिक्रियाओं में भाग लेते हैं, जिसमें बड़े अणुओं के विखंडन द्वारा छोटे अणुओं का निर्माण, अणुओं का संयोजन (ओलेफिन से ओलेफिन या ओलेफिन से आइसोपैराफिन), आइसोमेराइजेशन द्वारा संरचनात्मक पुनर्व्यवस्था, और पैराफिन और सुगंधित का निर्माण शामिल है। हाइड्रोजन स्थानांतरण द्वारा हाइड्रोकार्बन। उद्योग में एसिड कैटेलिसिस के नवीनतम अनुप्रयोगों में से एक आइसोब्यूटिलीन या आइसोमाइलीन में अल्कोहल मिलाकर सीसायुक्त ईंधन का उत्पादन है। गैसोलीन में ऑक्सीजन युक्त यौगिक मिलाने से निकास गैसों में कार्बन मोनोऑक्साइड की सांद्रता कम हो जाती है। 109 की ऑक्टेन मिश्रण संख्या के साथ मिथाइल टर्ट-ब्यूटाइल ईथर (एमटीबीई) गैसोलीन में टेट्राएथिल लेड को शामिल किए बिना उच्च-संपीड़न ऑटोमोबाइल इंजन को चलाने के लिए आवश्यक उच्च-ऑक्टेन ईंधन प्राप्त करना संभव बनाता है। ऑक्टेन संख्या 102 और 111 वाले ईंधन का उत्पादन भी व्यवस्थित किया गया है।

मूल उत्प्रेरण.उत्प्रेरक गतिविधि निर्धारित किया जाता हैउनके मुख्य गुण. ऐसे उत्प्रेरकों का एक दीर्घकालिक और प्रसिद्ध उदाहरण है सोडियम हाइड्रॉक्साइड, साबुन का उत्पादन करने के लिए वसा को हाइड्रोलाइज या साबुनीकृत करने के लिए उपयोग किया जाता है, और नवीनतम उदाहरणों में से एक पॉलीयुरेथेन प्लास्टिक और फोम के उत्पादन में उपयोग किए जाने वाले उत्प्रेरक हैं। आइसोसाइनेट के साथ अल्कोहल की प्रतिक्रिया से यूरेथेन बनता है, और यह प्रतिक्रिया बेसिक एमाइन की उपस्थिति में तेज हो जाती है। प्रतिक्रिया के दौरान, आइसोसाइनेट अणु में कार्बन परमाणु से एक आधार जुड़ जाता है, जिसके परिणामस्वरूप नाइट्रोजन परमाणु पर एक नकारात्मक चार्ज दिखाई देता है और अल्कोहल के प्रति इसकी गतिविधि बढ़ जाती है। ट्राइएथिलीनडायमाइन एक विशेष रूप से प्रभावी उत्प्रेरक है। पॉलीयुरेथेन प्लास्टिक का उत्पादन डायसोसाइनेट्स को पॉलीओल्स (पॉलीअल्कोहल) के साथ प्रतिक्रिया करके किया जाता है। जब आइसोसाइनेट पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है, तो पहले से बना यूरेथेन विघटित हो जाता है, जिससे सीओ 2 निकलता है। जब पॉलीअल्कोहल और पानी का मिश्रण डायसोसाइनेट्स के साथ संपर्क करता है, तो परिणामी पॉलीयुरेथेन फोम CO 2 गैस के साथ फोम करता है।

दोहरा अभिनय उत्प्रेरक. ये उत्प्रेरक दो प्रकार की प्रतिक्रियाओं को गति देते हैं और दो रिएक्टरों के माध्यम से श्रृंखला में अभिकारकों को पारित करने की तुलना में बेहतर परिणाम देते हैं, जिनमें से प्रत्येक में केवल एक प्रकार का उत्प्रेरक होता है। यह इस तथ्य के कारण है कि डबल-एक्टिंग उत्प्रेरक की सक्रिय साइटें एक-दूसरे के बहुत करीब हैं, और उनमें से एक पर बना मध्यवर्ती उत्पाद तुरंत दूसरे पर अंतिम उत्पाद में बदल जाता है। एक उत्प्रेरक के संयोजन से एक अच्छा परिणाम प्राप्त होता है जो हाइड्रोजन को एक उत्प्रेरक के साथ सक्रिय करता है जो हाइड्रोकार्बन के आइसोमेराइजेशन को बढ़ावा देता है। हाइड्रोजन सक्रियणकुछ धातुएँ अम्लों द्वारा हाइड्रोकार्बन का समावयवीकरण करती हैं। नेफ्था को गैसोलीन में परिवर्तित करने के लिए पेट्रोलियम शोधन में उपयोग किया जाने वाला एक प्रभावी दोहरी-क्रिया उत्प्रेरक है अम्लीय एल्युमिना पर समर्थित बारीक विभाजित प्लैटिनम. नेफ्था घटकों का रूपांतरण जैसे मिथाइलसाइक्लोपेंटेन (एमसीपी), बेंजीन में गैसोलीन की ऑक्टेन संख्या बढ़ जाती है। सर्वप्रथम एमसीपीउत्प्रेरक के प्लैटिनम भाग पर समान कार्बन कंकाल के साथ ओलेफिन में डीहाइड्रोजन होता है; फिर ओलेफ़िन उत्प्रेरक के अम्ल भाग में चला जाता है, जहां यह साइक्लोहेक्सिन में आइसोमेराइज़ हो जाता है। उत्तरार्द्ध प्लैटिनम भाग में चला जाता है और बेंजीन और हाइड्रोजन में निर्जलित हो जाता है। डबल-एक्शन उत्प्रेरक तेल सुधार में काफी तेजी लाते हैं। इनका उपयोग सामान्य पैराफिन को आइसोपैराफिन में आइसोमेराइज करने के लिए किया जाता है। उत्तरार्द्ध, गैसोलीन अंशों के समान तापमान पर उबलते हुए, मूल्यवान होते हैं क्योंकि उनमें सीधे हाइड्रोकार्बन की तुलना में अधिक ऑक्टेन संख्या होती है। इसके अलावा, एन-ब्यूटेन का आइसोब्यूटेन में रूपांतरण डीहाइड्रोजनीकरण के साथ होता है, जिससे एमटीबीई के उत्पादन में सुविधा होती है।

स्टीरियोस्पेसिफिक पोलीमराइजेशन. उत्प्रेरक के इतिहास में एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर स्टीरियोरेगुलर पॉलिमर बनाने के लिए ए-ओलेफिन के उत्प्रेरक पोलीमराइजेशन की खोज थी। स्टीरियोस्पेसिफिक पोलीमराइजेशन उत्प्रेरक की खोज के. ज़िग्लर द्वारा की गई थी जब वह प्राप्त पॉलिमर के असामान्य गुणों को समझाने की कोशिश कर रहे थे। एक अन्य रसायनज्ञ, जे. नट्टा ने सुझाव दिया कि ज़िग्लर पॉलिमर की विशिष्टता उनकी रूढ़िबद्धता से निर्धारित होती है। एक्स-रे विवर्तन प्रयोगों से पता चला है कि ज़िग्लर उत्प्रेरक की उपस्थिति में प्रोपलीन से तैयार किए गए पॉलिमर अत्यधिक क्रिस्टलीय होते हैं और वास्तव में एक स्टीरियोरेगुलर संरचना होती है। ऐसी क्रमबद्ध संरचनाओं का वर्णन करने के लिए, नट्टा ने "आइसोटैक्टिक" और "सिंडियोटैक्टिक" शब्द पेश किए। ऐसे मामले में जहां कोई आदेश नहीं है, "एटैक्टिक" शब्द का उपयोग किया जाता है:

सतह पर एक त्रिविम विशिष्ट प्रतिक्रिया होती हैठोस उत्प्रेरक जिनमें समूह IVA-VIII (जैसे Ti, V, Cr, Zr) की संक्रमण धातुएँ होती हैं, जो अपूर्ण रूप से ऑक्सीकृत अवस्था में होती हैं, और कार्बन या हाइड्रोजन युक्त कोई भी यौगिक, जो समूह I-III की धातु से जुड़ा होता है। ऐसे उत्प्रेरक का एक उत्कृष्ट उदाहरण हेप्टेन में TiCl 4 और Al(C 2 H 5) 3 की परस्पर क्रिया से बना अवक्षेप है, जहां टाइटेनियम त्रिसंयोजक अवस्था में कम हो जाता है। यह असाधारण रूप से सक्रिय प्रणाली सामान्य तापमान और दबाव पर प्रोपलीन के पोलीमराइजेशन को उत्प्रेरित करती है।

उत्प्रेरक ऑक्सीकरण.ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं के रसायन विज्ञान को नियंत्रित करने के लिए उत्प्रेरक का उपयोग अत्यधिक वैज्ञानिक और व्यावहारिक महत्व का है। कुछ मामलों में, ऑक्सीकरण पूर्ण होना चाहिए, उदाहरण के लिए ऑटोमोबाइल निकास गैसों में सीओ और हाइड्रोकार्बन संदूषकों को बेअसर करते समय। हालाँकि, अक्सर ऑक्सीकरण का अधूरा होना आवश्यक होता है, उदाहरण के लिए, हाइड्रोकार्बन को कार्यात्मक समूहों जैसे -CHO, -COOH, -C-CO, -CN वाले मूल्यवान मध्यवर्ती उत्पादों में परिवर्तित करने के लिए कई व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली औद्योगिक प्रक्रियाओं में। इस मामले में, सजातीय और विषमांगी दोनों उत्प्रेरकों का उपयोग किया जाता है। सजातीय उत्प्रेरक का एक उदाहरण एक संक्रमण धातु परिसर है, जिसका उपयोग पैरा-ज़ाइलीन को टेरेफ्थेलिक एसिड में ऑक्सीकरण करने के लिए किया जाता है, जिसके एस्टर पॉलिएस्टर फाइबर के उत्पादन का आधार बनते हैं।

विषमांगी ऑक्सीकरण के लिए उत्प्रेरक.ये उत्प्रेरक आमतौर पर जटिल ठोस ऑक्साइड होते हैं। उत्प्रेरक ऑक्सीकरण दो चरणों में होता है। सबसे पहले, ऑक्साइड में ऑक्सीजन को ऑक्साइड की सतह पर अधिशोषित हाइड्रोकार्बन अणु द्वारा पकड़ लिया जाता है। इस मामले में, हाइड्रोकार्बन ऑक्सीकरण होता है, और ऑक्साइड कम हो जाता है। कम किया गया ऑक्साइड ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करता है और अपनी मूल स्थिति में लौट आता है। वैनेडियम उत्प्रेरक का उपयोग करके, नेफ़थलीन या ब्यूटेन के अपूर्ण ऑक्सीकरण द्वारा फ़ेथलिक एनहाइड्राइड प्राप्त किया जाता है।

मीथेन के निर्जलीकरण द्वारा एथिलीन का उत्पादन। डिहाइड्रोडाइमराइजेशन के माध्यम से एथिलीन संश्लेषण प्राकृतिक गैस को अधिक आसानी से परिवहन योग्य हाइड्रोकार्बन में परिवर्तित करता है। प्रतिक्रिया

2CH 4 + 2O 2 → C 2 H 4 + 2H 2 O

विभिन्न उत्प्रेरकों का उपयोग करके 850 डिग्री सेल्सियस पर किया गया; ली-एमजीओ उत्प्रेरक के साथ सर्वोत्तम परिणाम प्राप्त हुए। संभवतः प्रतिक्रिया मीथेन अणु से हाइड्रोजन परमाणु के अमूर्तन द्वारा मिथाइल रेडिकल के गठन के माध्यम से आगे बढ़ती है। उन्मूलन अपूर्ण रूप से कम हुई ऑक्सीजन द्वारा किया जाता है, उदाहरण के लिए O 2 2–। गैस चरण में मिथाइल रेडिकल एक ईथेन अणु बनाने के लिए पुनः संयोजित होते हैं और, बाद में डीहाइड्रोजनेशन के दौरान, एथिलीन में परिवर्तित हो जाते हैं। अपूर्ण ऑक्सीकरण का एक अन्य उदाहरण चांदी या लौह-मोलिब्डेनम उत्प्रेरक की उपस्थिति में मेथनॉल का फॉर्मेल्डिहाइड में रूपांतरण है।

जिओलाइट्स।जिओलाइट्स बनाते हैं विषमांगी उत्प्रेरकों का विशेष वर्ग. ये एक क्रमबद्ध मधुकोश संरचना वाले एल्युमिनोसिलिकेट्स हैं, जिनकी कोशिका का आकार कई कार्बनिक अणुओं के आकार के बराबर है। उन्हें भी बुलाया जाता है आणविक चलनी. सबसे बड़ी रुचि जिओलाइट्स की है, जिनके छिद्र 8-12 ऑक्सीजन आयनों से युक्त छल्लों द्वारा बनते हैं (चित्र 2)। कभी-कभी छिद्र ओवरलैप हो जाते हैं, जैसे कि ZSM-5 जिओलाइट (चित्र 3) में, जिसका उपयोग मेथनॉल के गैसोलीन अंश हाइड्रोकार्बन में अत्यधिक विशिष्ट रूपांतरण के लिए किया जाता है। गैसोलीन में महत्वपूर्ण मात्रा में सुगंधित हाइड्रोकार्बन होते हैं और इसलिए इसमें उच्च ऑक्टेन संख्या होती है। उदाहरण के लिए, न्यूज़ीलैंड में, खपत होने वाले कुल गैसोलीन का एक तिहाई इस तकनीक का उपयोग करके उत्पादित किया जाता है। मेथनॉल का उत्पादन आयातित मीथेन से किया जाता है।

चित्र 2 - बड़े और छोटे छिद्रों के साथ जिओलाइट्स की संरचना।

चित्र 3 - जिओलाइट ZSM-5। प्रतिच्छेदी ट्यूबों के रूप में संरचना का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व।

वाई-जिओलाइट्स के समूह को बनाने वाले उत्प्रेरक मुख्य रूप से अपने असामान्य अम्लीय गुणों के कारण उत्प्रेरक क्रैकिंग की दक्षता में काफी वृद्धि करते हैं। एलुमिनोसिलिकेट्स को जिओलाइट्स के साथ बदलने से गैसोलीन की उपज को 20% से अधिक बढ़ाना संभव हो जाता है। इसके अलावा, जिओलाइट्स में प्रतिक्रियाशील अणुओं के आकार के संबंध में चयनात्मकता होती है। उनकी चयनात्मकता छिद्रों के आकार से निर्धारित होती है जिसके माध्यम से केवल कुछ निश्चित आकार और आकार के अणु ही गुजर सकते हैं। यह प्रारंभिक सामग्री और प्रतिक्रिया उत्पाद दोनों पर लागू होता है। उदाहरण के लिए, स्टेरिक प्रतिबंधों के कारण, पैरा-ज़ाइलीन भारी ऑर्थो और मेटा आइसोमर्स की तुलना में अधिक आसानी से बनता है। बाद वाले खुद को जिओलाइट के छिद्रों में "बंद" पाते हैं (चित्र 4)।

चित्र 4 - अभिकर्मकों (ए) और उत्पादों (बी) के संबंध में जिओलाइट्स की चयनात्मकता को समझाने वाली योजना।

जिओलाइट्स के उपयोग ने कुछ औद्योगिक प्रौद्योगिकियों में क्रांति ला दी है - डीवैक्सिंगगैस तेल और मशीन तेल, सुगंधित यौगिकों के क्षारीकरण, जाइलीन के आइसोमेराइजेशन, टोल्यूनि के अनुपातहीन होने और तेल के उत्प्रेरक क्रैकिंग द्वारा प्लास्टिक के उत्पादन के लिए रासायनिक मध्यवर्ती प्राप्त करना। ZSM-5 जिओलाइट यहाँ विशेष रूप से प्रभावी है।

पेट्रोलियम उत्पादों का डीवैक्सिंग- पेट्रोलियम उत्पादों (डीजल ईंधन, तेल) से पैराफिन और सेरेसिन का निष्कर्षण, जिसके परिणामस्वरूप उनकी गुणवत्ता में सुधार होता है, विशेष रूप से, डालना बिंदु कम हो जाता है।

तेल(जर्मन पैराफिन, लैटिन पारम से - थोड़ा और एफिनिस - संबंधित), मुख्य रूप से संतृप्त हाइड्रोकार्बन सी 18-सी 35 का मिश्रण। एक घाट के साथ सामान्य संरचना. मी. 300-400; टी पीएल के साथ रंगहीन क्रिस्टल। = 45-65 ओ सी, घनत्व 0.880-0.915 ग्राम/सेमी 3 (15 ओ सी)।

सेरेसिन(लैटिन सेरा - मोम से), ठोस हाइड्रोकार्बन (मुख्य रूप से एल्काइलसाइक्लेन और अल्केन्स) का मिश्रण, जो ओज़ोकेराइट के शुद्धिकरण के बाद प्राप्त होता है। घनत्व, रंग (सफेद से भूरा), गलनांक (65-88 डिग्री सेल्सियस) और चिपचिपाहट के संदर्भ में, सेरेसिन मोम के समान है।

उत्प्रेरक और पर्यावरण संरक्षण।वायु प्रदूषण को कम करने के लिए उत्प्रेरकों का उपयोग 1940 के दशक के अंत में शुरू हुआ। 1952 में, ए. हेगन-स्मिथ ने पाया कि निकास गैसों में मौजूद हाइड्रोकार्बन और नाइट्रोजन ऑक्साइड प्रकाश में प्रतिक्रिया करके ऑक्सीडेंट (विशेष रूप से, ओजोन) बनाते हैं, जो आंखों में जलन पैदा करते हैं और अन्य अवांछनीय प्रभाव देते हैं। लगभग उसी समय, यू. हौड्री ने सीओ और हाइड्रोकार्बन को सीओ 2 और एच 2 ओ में ऑक्सीकरण करके निकास गैसों के उत्प्रेरक शुद्धिकरण के लिए एक विधि विकसित की। 1970 में, स्वच्छ वायु घोषणा तैयार की गई (1977 में परिष्कृत, 1990 में विस्तारित), जिसके अनुसार 1975 मॉडल से शुरू होने वाली सभी नई कारों को कैटेलिटिक एग्जॉस्ट कन्वर्टर्स से सुसज्जित किया जाना चाहिए। निकास गैसों की संरचना के लिए मानक स्थापित किए गए। चूंकि गैसोलीन जहर उत्प्रेरक में सीसा यौगिक मिलाया गया है, इसलिए इसे चरणबद्ध तरीके से समाप्त करने का कार्यक्रम अपनाया गया है। नाइट्रोजन ऑक्साइड की मात्रा को कम करने की आवश्यकता पर भी ध्यान आकर्षित किया गया। उत्प्रेरक विशेष रूप से ऑटोमोबाइल न्यूट्रलाइज़र के लिए बनाए गए हैं, जिसमें सक्रिय घटकों को एक छत्ते की संरचना के साथ सिरेमिक सब्सट्रेट पर लागू किया जाता है, जिसकी कोशिकाओं से निकास गैसें गुजरती हैं। सब्सट्रेट को Al2O3 जैसे धातु ऑक्साइड की एक पतली परत के साथ लेपित किया जाता है, जिस पर एक उत्प्रेरक - प्लैटिनम, पैलेडियम या रोडियम - लगाया जाता है। ताप विद्युत संयंत्रों में प्राकृतिक ईंधन के दहन के दौरान बनने वाले नाइट्रोजन ऑक्साइड की मात्रा को ग्रिप गैसों में थोड़ी मात्रा में अमोनिया मिलाकर और उन्हें टाइटेनियम वैनेडियम उत्प्रेरक के माध्यम से पारित करके कम किया जा सकता है।

एंजाइम.एंजाइम प्राकृतिक उत्प्रेरक हैं जो जीवित कोशिका में जैव रासायनिक प्रक्रियाओं को नियंत्रित करते हैं। वे ऊर्जा विनिमय प्रक्रियाओं, पोषक तत्वों के टूटने और जैवसंश्लेषण प्रतिक्रियाओं में भाग लेते हैं। उनके बिना, कई जटिल कार्बनिक प्रतिक्रियाएँ नहीं हो सकतीं। एंजाइम सामान्य तापमान और दबाव पर कार्य करते हैं, उनकी चयनात्मकता बहुत अधिक होती है, और वे प्रतिक्रिया दर को परिमाण के आठ क्रमों तक बढ़ाने में सक्षम होते हैं। इन फायदों के बावजूद, 15,000 ज्ञात एंजाइमों में से केवल 20 का ही बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है। मनुष्य ने हजारों वर्षों से रोटी पकाने, मादक पेय, पनीर और सिरका बनाने के लिए एंजाइमों का उपयोग किया है। अब एंजाइमों का उपयोग उद्योग में भी किया जाता है: चीनी के प्रसंस्करण में, सिंथेटिक एंटीबायोटिक दवाओं, अमीनो एसिड और प्रोटीन के उत्पादन में। हाइड्रोलिसिस प्रक्रियाओं को तेज करने वाले प्रोटियोलिटिक एंजाइम डिटर्जेंट में जोड़े जाते हैं। क्लोस्ट्रीडियम एसिटोब्यूटाइलिकम बैक्टीरिया की मदद से, एच. वीज़मैन ने स्टार्च का एसीटोन और ब्यूटाइल अल्कोहल में एंजाइमेटिक रूपांतरण किया। प्रथम विश्व युद्ध के दौरान इंग्लैंड में एसीटोन के उत्पादन की इस पद्धति का व्यापक रूप से उपयोग किया गया था, और द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान इसका उपयोग यूएसएसआर में ब्यूटाडीन रबर का उत्पादन करने के लिए किया गया था। पेनिसिलिन के संश्लेषण के लिए सूक्ष्मजीवों द्वारा उत्पादित एंजाइमों के साथ-साथ स्ट्रेप्टोमाइसिन और विटामिन बी 12 के उपयोग ने एक अत्यंत महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। एंजाइमी प्रक्रियाओं द्वारा उत्पादित एथिल अल्कोहल का व्यापक रूप से ऑटोमोबाइल ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है। ब्राज़ील में, लगभग 10 मिलियन कारों में से एक तिहाई से अधिक कारें गन्ने से प्राप्त 96% एथिल अल्कोहल पर चलती हैं, जबकि बाकी गैसोलीन और एथिल अल्कोहल (20%) के मिश्रण पर चलती हैं। ईंधन, जो गैसोलीन और अल्कोहल का मिश्रण है, के उत्पादन की तकनीक संयुक्त राज्य अमेरिका में अच्छी तरह से विकसित की गई है। 1987 में, मक्के के दानों से लगभग 4 बिलियन लीटर अल्कोहल प्राप्त किया गया था, जिसमें से लगभग 3.2 बिलियन लीटर का उपयोग ईंधन के रूप में किया गया था। तथाकथित भी विभिन्न अनुप्रयोग पाते हैं। स्थिर एंजाइम. ये एंजाइम सिलिका जेल जैसे ठोस समर्थन से बंधे होते हैं, जिस पर अभिकर्मकों को पारित किया जाता है। इस विधि का लाभ यह है कि यह एंजाइम के साथ सब्सट्रेट्स का कुशल संपर्क, उत्पादों को अलग करना और एंजाइम का संरक्षण सुनिश्चित करता है। स्थिर एंजाइमों के औद्योगिक उपयोग का एक उदाहरण डी-ग्लूकोज का फ्रुक्टोज में आइसोमेराइजेशन है।

साहित्य

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5. कोलियर का विश्वकोश। – खुला समाज. 2000.

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