Katalizörlerin kullanıldığı endüstriyel proses örnekleri. Katalizin kimya ve petrol rafineri endüstrilerinde uygulanması

Katalizör, kimyasal reaksiyonun son ürünlerine girmeden hızını değiştiren herhangi bir maddedir. Hem saf formda hem de bileşik formunda çeşitli maddeler katalizör olarak kullanılabilir. Endüstriyel katalizörler aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır: belirli bir reaksiyona göre yüksek aktivite ve seçicilik; katalizör zehirlerine karşı yüksek kimyasal direnç; düşük tutuşma sıcaklığı, geniş çalışma sıcaklığı aralığı, termal stabilite, artan termal iletkenlik; yüksek mekanik mukavemet; üretimi ucuz olsun.

Katalizörlere ilişkin bu gereklilikler göz önüne alındığında, bunların tek tek maddeler olmadığı, genellikle birkaç maddenin karışımı olduğu sonucuna varıyoruz. Katalizörü oluşturan mekanik karışımlara temas kütleleri denir. Temas kütlelerinin bileşimi üç ana bölümden oluşur: katalitik olarak aktif maddeler, aktivatörler ve taşıyıcılar. Katalitik olarak aktif maddeler katalizörün temelini oluşturur. Gaz karışımından çıkarılan bileşenin atom ve molekülleri ile değişim reaksiyonlarına girenlerdir. Katalitik olarak aktif maddeler olarak saf metaller, metal oksitler ve ampirik olarak seçilen çok sayıda çok çeşitli kimyasal elementler ve bileşikler kullanılır. İki metal içeren katalizörler katalitik aktiviteyi arttırmıştır.

Aktivatörler (promotörler), katalizörlerin aktivitesini artıran maddelerdir. Aktivatörlerin kendileri katalitik özelliklere sahip olmayabilir, ancak katalitik olarak aktif maddelerin etkisini artırabilir. Aktivatörlerin kataliz süreci üzerindeki etkisi tam olarak araştırılmamıştır. Katalizörle reaksiyona girdikleri ve saf katalitik olarak aktif maddelerden daha aktif bileşikler oluşturdukları varsayılmaktadır. Aktivatörler olarak çok çeşitli maddeler kullanılabilir ve bunların seçimi de ampirik olarak gerçekleştirilir.

Taşıyıcılar genellikle katalitik özelliklere sahip olmayan ve katalizörün aktivitesini arttırmayan, yalnızca katalizörün uygulandığı baz olarak hizmet eden maddelerdir. Bazı durumlarda taşıyıcılar katalizörlerin aktivitesini ve seçiciliğini etkileyebilir. Taşıyıcıların kullanılması, katalizörlerin yapısını değiştirmeyi ve katalitik olarak aktif maddelerin tüketimini azaltmayı mümkün kılar. Taşıyıcı olarak çoğunlukla gelişmiş bir yüzeye sahip atıl gözenekli maddeler (aktif karbonlar, silika jeller, alüminosilikatlar, asbest, pomza, kieselur, zeolitler vb.) kullanılır.

Bir katalizörün katalitik aktivitesi, bir katalizörün etkisi altında bir reaksiyonun hızlanmasının bir ölçüsüdür; bir katalizörün ana ve temel özelliğidir.

burada Uk ve U, katalitik reaksiyonun hızlarıdır ve aynı reaksiyon, katalizörlerin yokluğunda gerçekleştirilir.

Katalizörün seçiciliği, hedef ürünün içeriğinin, başlangıç ​​maddesinin dönüşümünün tüm ürünlerinin miktarına oranını gösterir. Gazların sıhhi arıtılmasında amaç, zararlı yabancı maddeleri nötr maddelere veya egzoz gazlarından kolayca salınan maddelere dönüştürmektir.

Bazı durumlarda görev, bir reaksiyonda değil birkaç reaksiyonda aktif olan evrensel katalizörleri geliştirmek ve kullanmak olabilir. Bu tür katalizörler karmaşık gaz saflaştırması için kullanılabilir; egzoz gazlarında bir değil birkaç zararlı bileşenin bulunması durumunda.

Katalizörlerin çok önemli bir özelliği, çeşitli safsızlıkların, yani katalitik zehirlerin etkisine karşı dirençleridir.

Zehirlenme, temas zehirleri adı verilen yabancı maddelerin etkisi altında katalizör aktivitesinin kısmen veya tamamen kaybolması anlamına gelir. Birçok katalizör için temas zehirleri arasında S, H2S, CS2, CO, H20, NO, As, P, Pb, Hg vb. bileşikler bulunur. Katalizörün zehirlenmesi, katalizör zehirlerinin katalizör zehirlerinin emilmesi nedeniyle meydana gelir. Katalizörlerin yüzeyi ve aktif merkezlerinin bloke edilmesi. Bu maddeler katalizörün yüzeyinden uzaklaştırılırsa, aktivitesini tamamen veya kısmen eski haline getirebilir. Buna uygun olarak katalizörlerin geri döndürülebilir ve geri döndürülemez zehirlenmesi arasında bir ayrım yapılır.

Bileşimlerine göre katalizörler 1) değiştirilmiş; 2) karışık ve 3) taşıyıcılarda.

1) Modifiye katalizörler. Değiştirici, belirli bir reaksiyon için katalitik olarak aktif olmayan, ancak katalizörün belirli niteliklerini (ısı direnci, dayanıklılık, zehir direnci) iyileştiren başka bir maddenin küçük bir miktarının (ağırlıkça %10-12'ye kadar) katalizöre eklenmesidir. ). Bir değiştirici aktiviteyi arttırıyorsa, bu bir destekleyicidir. Eylemlerinin niteliğine göre destekçiler ikiye ayrılır: elektronik, katalizörün kristal kafeslerinin deformasyonuna neden olmak veya elektronların iş fonksiyonunu istenen yönde değiştirmek. Örneğin, metanol oksidasyonu için gümüş bir katalizöre Cl- eklenmesi: CH3OH® CH20; B) stabilizasyon Katalizörün dağılmış yapısının sinterlenmesini önler. Örneğin, Al203 ve Si02 destekleyicileri, amonyak sentezinde demir katalizörünün birincil kristallerini stabilize eder: N2 + 3H2® 2NH3. Operasyonun ilk gününde kristaller sinterlenir ve 6 nm'den 20 nm'ye büyütülür. Kristal ara yüzeyindeki serbest enerji temini azalır ve aktivite azalır. Eklenen promoterler, restore edilmeden sentez sıcaklığında erir ve kristallerin etrafına ince bir film sarılarak sinterlenmeleri önlenir. Bununla birlikte, her iki katkı maddesi de NH3 molekülünün sıkıca adsorbe edildiği, nitrojen moleküllerinin emilimini önleyen asidik bir yüzeye sahiptir ve katalizörün etkinliği azalır; V) yapı oluşturan, asidik merkezler Al 2 O 3 ve SiO 2'nin nötrleştirilmesi. Örneğin K 2 O, CaO ve MgO, ancak mineralleştirici bir etkiye sahip oldukları için miktarları ağırlıkça% 4-5'ten fazla olmamalıdır, yani. Fe kristallerinin sinterlenmesini teşvik eder.

2) Karışık katalizörler. Karışık katalizörler, karşılaştırılabilir miktarlarda alınan, belirli bir reaksiyon için katalitik olarak aktif olan birkaç bileşen içeren katalizörlerdir. Bu tür katalizörlerin etkinliği katkı maddesi değildir ancak aşağıdaki nedenlerden dolayı aşırı bir değer kazanır: daha büyük faz sınırına sahip mekanik karışımların oluşumu, yani. büyük miktarda serbest enerji kaynağı ile (örneğin HC°HC + H20® CH3-CHO reaksiyonu için katalizör, CdO + CaO/P205 = 3-4 karışımıdır; 3 £ molar oranında yüksek seçicilik gözlenir, ancak katalizör granüllerinin gücü düşüktür; ³4'te – yüksek granül mukavemeti, ancak düşük seçicilik); spinel tipi katı çözeltilerin oluşumu(örneğin, V205+MoO3 oksidasyon katalizöründe, Mo+6 katyonu V205 kristal kafesinin boş pozisyonlarına dahil edilir. Kafes deformasyonu sistemin serbest enerjisinde bir artışa yol açar; reaksiyon koşulları altında yeni, daha aktif katalizörlerin oluşumu(örneğin, metanol CO + 2H2® CH3OH'nin sentezi için bir çinko krom katalizörü kullanılır:

ZnO + CrO 3 + H 2 O ® ZnCrO 4 × H 2 O

2ZnCrO 4 ×H2O + 3H2® + 5H2O

Esasen yeni bir katalizör olan katalizörün indirgenmesinden sonra elde edilen aktif faz köşeli parantez içinde gösterilmiştir.

3) Desteklenen katalizörler. Taşıyıcı, granüllerin şeklini ve boyutunu, optimum gözenekli yapıyı, mukavemeti, ısı direncini ve maliyet düşüşünü belirler. Bazen aktiviteyi arttırır (ligand alan teorisine bakınız). Medya sınıflandırması: sentetik– silika jeli, aktif karbon, alüminyum oksit (g, a), seramikler; doğal– ponza taşı, diatomit; gözenek hacmine göre– gözenekli (%10'dan fazla), gözeneksiz (%10 veya daha az); tane boyutuna göre- büyük (1-5 mm), küçük (0,1-1,0 mm), ince dağılmış (0,1 mm'den az); belirli yüzey alanına göre– küçük (1 m 2 /g'den az), orta (1-50 m 2 /g), gelişmiş (50 m 2 /g'den fazla).

Makalenin içeriği

KATALİZ, reaksiyon sırasında kendileri değişmeyen az miktarda maddenin (katalizörlerin) etkisi altında kimyasal reaksiyonların hızlanması. Katalitik süreçler hayatımızda büyük bir rol oynamaktadır. Enzim adı verilen biyolojik katalizörler biyokimyasal süreçlerin düzenlenmesinde rol oynar. Katalizörler olmadan birçok endüstriyel proses gerçekleşemez.

Katalizörlerin en önemli özelliği seçiciliktir. Olası birçok reaksiyon arasından yalnızca belirli kimyasal reaksiyonların oranını artırma yeteneği. Bu, normal şartlarda pratik olamayacak kadar yavaş olan reaksiyonlara olanak tanır ve istenilen ürünlerin oluşmasını sağlar.

Katalizörlerin kullanımı kimya endüstrisinin hızlı gelişmesine katkıda bulunmuştur. Petrol rafine etmede, çeşitli ürünler elde etmede ve genellikle daha önce kullanılanlardan daha ucuz olan yeni malzemeler (örneğin plastik) oluşturmada yaygın olarak kullanılırlar. Modern kimyasal üretiminin yaklaşık %90'ı katalitik işlemlere dayanmaktadır. Katalitik süreçler çevrenin korunmasında özel bir rol oynar.

Katalitik reaksiyonların çoğu, gaz veya sıvı haldeki reaksiyon karışımının, katalizör parçacıklarıyla dolu bir reaktörden geçirilmesiyle belirli bir basınç ve sıcaklıkta gerçekleştirilir. Aşağıdaki kavramlar reaksiyon koşullarını ve ürün özelliklerini tanımlamak için kullanılır. Uzay hızı, birim zamanda birim hacimdeki katalizörden geçen gaz veya sıvının hacmidir. Katalitik aktivite, bir katalizör tarafından birim zamanda ürünlere dönüştürülen reaktanların miktarıdır. Dönüşüm, belirli bir reaksiyonda dönüştürülen bir maddenin fraksiyonudur. Seçicilik, belirli bir ürünün miktarının toplam ürün miktarına oranıdır (genellikle yüzde olarak ifade edilir). Verim, belirli bir ürünün miktarının başlangıç ​​malzemesi miktarına oranıdır (genellikle yüzde olarak ifade edilir). Verimlilik, birim zamanda birim hacim başına oluşan reaksiyon ürünlerinin sayısıdır.

KATALİZÖR ÇEŞİTLERİ

Katalizörler hızlandırdıkları reaksiyonun doğasına, kimyasal bileşimlerine veya fiziksel özelliklerine göre sınıflandırılır. Hemen hemen tüm kimyasal elementler ve maddeler, kendi başlarına veya daha sıklıkla çeşitli kombinasyonlarda bir dereceye kadar katalitik özelliklere sahiptir. Katalizörler fiziksel özelliklerine göre homojen ve heterojen olarak ikiye ayrılır. Heterojen katalizörler, reaksiyona giren maddelerle aynı gaz veya sıvı ortamda homojen olarak dağılmış katı maddelerdir.

Birçok heterojen katalizör metal içerir. Bazı metaller, özellikle periyodik element tablosunun VIII. grubuna ait olanlar, kendi başlarına katalitik aktiviteye sahiptir; tipik bir örnek platindir. Ancak çoğu metal, bileşikler halinde mevcut olduğunda katalitik özellikler sergiler; örnek - alümina (alüminyum oksit Al 2 O 3).

Pek çok heterojen katalizörün alışılmadık bir özelliği geniş yüzey alanlarıdır. Toplam alanı bazen 1 g katalizör başına 500 m2'ye ulaşan çok sayıda gözenekten geçerler. Birçok durumda geniş yüzey alanına sahip oksitler, üzerinde metal katalizör parçacıklarının küçük kümeler halinde çökeldiği bir substrat görevi görür. Bu, gaz veya sıvı fazdaki reaktiflerin katalitik olarak aktif metal ile etkili etkileşimini sağlar. Heterojen katalizörlerin özel bir sınıfı, alüminosilikat grubunun (silikon ve alüminyum bileşikleri) kristal mineralleri olan zeolitlerdir. Pek çok heterojen katalizörün geniş bir yüzey alanı olmasına rağmen, genellikle az sayıda aktif bölgeye sahiptirler ve bu da toplam yüzey alanının küçük bir kısmını oluşturur. Katalizörler, katalizör zehirleri adı verilen az miktardaki kimyasal bileşiklerin varlığında aktivitelerini kaybedebilirler. Bu maddeler aktif merkezlere bağlanarak onları bloke eder. Aktif alanların yapısının belirlenmesi yoğun araştırma konusudur.

Homojen katalizörler farklı bir kimyasal yapıya sahiptir - asitler (H2SO4 veya H3PO4), bazlar (NaOH), organik aminler, metaller, çoğunlukla geçiş metalleri (Fe veya Rh), tuzlar, organometalik bileşikler veya karboniller. Katalizörler ayrıca biyokimyasal reaksiyonları düzenleyen protein molekülleri olan enzimleri de içerir. Bazı enzimlerin aktif bölgesi bir metal atomu (Zn, Cu, Fe veya Mo) içerir. Metal içeren enzimler, küçük molekülleri (O2, CO2 veya N2) içeren reaksiyonları katalize eder. Enzimler çok yüksek aktiviteye ve seçiciliğe sahiptirler, ancak canlı organizmalarda reaksiyonların meydana geldiği koşullar gibi yalnızca belirli koşullar altında çalışırlar. Endüstride sözde sıklıkla kullanılır. immobilize enzimler

KATALİZÖRLER NASIL ÇALIŞIR?

Enerji.

Herhangi bir kimyasal reaksiyon ancak reaktanlar enerji bariyerini aşarsa meydana gelebilir ve bunun için belirli bir enerji kazanmaları gerekir. Daha önce de söylediğimiz gibi, X ® Y katalitik reaksiyonu bir dizi ardışık aşamadan oluşur. Her birinin gerçekleşmesi için enerjiye ihtiyaç vardır. e aktivasyon enerjisi denir. Reaksiyon koordinatı boyunca enerjideki değişim Şekil 2'de gösterilmektedir. 1.

Öncelikle katalitik olmayan “termal” yolu ele alalım. Bir reaksiyonun gerçekleşebilmesi için X molekülünün potansiyel enerjisinin enerji bariyerini aşması gerekir. e t.Katalitik reaksiyon üç aşamadan oluşur. Birincisi X-Cat kompleksinin oluşumu. (kemisorpsiyon), aktivasyon enerjisi şuna eşittir: e reklamlar. İkinci aşama X-Cat'in yeniden gruplandırılmasıdır. ® Y-Kat. aktivasyon enerjisi ile e kedi ve son olarak üçüncü - aktivasyon enerjisiyle desorpsiyon e des; e reklamlar, e kedi ve eçok daha az e t.Reaksiyon hızı aktivasyon enerjisine üstel olarak bağlı olduğundan, katalitik reaksiyon belirli bir sıcaklıkta termal reaksiyondan çok daha hızlı ilerler.

Bir katalizör, bir dağ sırası boyunca tırmanıcılara (reaksiyona giren moleküllere) rehberlik eden bir rehbere benzetilebilir. Bir grubu geçitten geçirir ve bir sonrakine geri döner. Geçişten geçen yol, zirveden (reaksiyonun termal kanalı) geçen yoldan önemli ölçüde daha aşağıdadır ve grup, geçişi bir iletken (katalizör) olmadan olduğundan daha hızlı yapar. Hatta grubun bu tepeyi tek başına aşamaması bile mümkün.

Kataliz teorileri.

Katalitik reaksiyonların mekanizmasını açıklamak için üç grup teori önerilmiştir: geometrik, elektronik ve kimyasal. Geometrik teorilerde, katalizörün aktif merkezlerinin atomlarının geometrik konfigürasyonu ile reaksiyona giren moleküllerin katalizöre bağlanmaktan sorumlu kısmının atomları arasındaki yazışmalara asıl dikkat gösterilir. Elektronik teoriler, kemisorpsiyonun yük aktarımıyla ilişkili elektronik etkileşimden kaynaklandığı fikrine dayanmaktadır. bu teoriler katalitik aktiviteyi katalizörün elektronik özellikleriyle ilişkilendirir. Kimyasal teori, katalizörü, reaktiflerle kimyasal bağlar oluşturan ve kararsız bir geçiş kompleksinin oluşmasına neden olan karakteristik özelliklere sahip bir kimyasal bileşik olarak görür. Ürünlerin salınmasıyla kompleksin ayrışmasından sonra katalizör orijinal durumuna geri döner. İkinci teori artık en yeterli kabul ediliyor.

Moleküler düzeyde, katalitik bir gaz fazı reaksiyonu aşağıdaki gibi temsil edilebilir. Reaksiyona giren moleküllerden biri katalizörün aktif bölgesine bağlanır ve diğeri doğrudan gaz fazında olduğundan onunla etkileşime girer. Alternatif bir mekanizma da mümkündür: reaksiyona giren moleküller, katalizörün komşu aktif merkezlerine adsorbe edilir ve daha sonra birbirleriyle etkileşime girer. Görünüşe göre katalitik reaksiyonların çoğu bu şekilde ilerliyor.

Başka bir kavram, bir katalizörün yüzeyindeki atomların uzaysal düzeni ile onun katalitik aktivitesi arasında bir ilişki olduğunu öne sürmektedir. Birçok hidrojenasyon reaksiyonu da dahil olmak üzere bazı katalitik işlemlerin hızı, katalitik olarak aktif atomların yüzey üzerindeki göreceli konumuna bağlı değildir; diğerlerinin hızı ise tam tersine, yüzey atomlarının uzaysal konfigürasyonundaki değişikliklerle önemli ölçüde değişir. Bir örnek, neopentanın izopentana izomerizasyonu ve ikincisinin bir Pt-Al203 katalizörünün yüzeyinde izobütan ve metana eşzamanlı olarak parçalanmasıdır.

KATALİZİN SANAYİDE UYGULANMASI

Şu anda deneyimlediğimiz hızlı endüstriyel büyüme, yeni kimyasal teknolojilerin gelişmesi olmadan mümkün olamazdı. Bu ilerleme büyük ölçüde, düşük dereceli hammaddelerin yüksek değerli ürünlere dönüştürülmesini sağlayan katalizörlerin yaygın kullanımıyla belirlenmektedir. Mecazi anlamda konuşursak, katalizör modern simyacının felsefe taşıdır; yalnızca kurşunu altına değil, hammaddeleri ilaca, plastiğe, kimyasallara, yakıta, gübreye ve diğer faydalı ürünlere dönüştürür.

Belki de insanın kullanmayı öğrendiği ilk katalitik süreç fermantasyondu. Alkollü içecek hazırlama tarifleri Sümerler tarafından MÖ 3500 gibi erken bir tarihte biliniyordu. Santimetre. ŞARAP; BİRA.

Katalizin pratik uygulamasında önemli bir dönüm noktası, bitkisel yağın katalitik hidrojenasyonuyla margarin üretimiydi. Bu reaksiyon ilk olarak 1900'lü yıllarda endüstriyel ölçekte gerçekleştirildi. 1920'lerden bu yana ise başta plastik olmak üzere yeni organik malzemelerin üretilmesine yönelik katalitik yöntemler birbiri ardına geliştirildi. Kilit nokta, olefinlerin, nitrillerin, esterlerin, asitlerin vb. katalitik üretimiydi. – plastiklerin kimyasal “inşaatı” için “tuğlalar”.

Katalitik süreçlerin endüstriyel kullanımının üçüncü dalgası 1930'larda meydana geldi ve petrol rafinasyonuyla ilişkilendirildi. Hacim açısından bu üretim kısa sürede diğerlerini çok geride bıraktı. Petrol rafinasyonu çeşitli katalitik işlemlerden oluşur: kırma, reformasyon, hidrosülfonasyon, hidrokraking, izomerizasyon, polimerizasyon ve alkilasyon.

Son olarak kataliz kullanımındaki dördüncü dalga çevrenin korunmasıyla ilgilidir. Bu alandaki en ünlü başarı, otomobil egzoz gazları için bir katalitik konvertörün yaratılmasıdır. 1975'ten beri arabalara takılan katalitik konvertörler, hava kalitesinin iyileştirilmesinde ve dolayısıyla birçok hayatın kurtarılmasında büyük rol oynadı.

Kataliz ve ilgili alanlardaki çalışmalara yaklaşık bir düzine Nobel Ödülü verildi.

Katalitik proseslerin pratik önemi, endüstriyel olarak üretilen nitrojen içeren bileşiklerin içerdiği nitrojen payının, gıda ürünlerinde bulunan tüm nitrojenin yaklaşık yarısını oluşturmasıyla kanıtlanmaktadır. Doğal olarak üretilen nitrojen bileşiklerinin miktarı sınırlıdır, bu nedenle diyet proteininin üretimi, gübreler yoluyla toprağa eklenen nitrojen miktarına bağlıdır. Neredeyse tamamen Haber-Bosch katalitik süreciyle üretilen sentetik amonyak olmadan insanlığın yarısını beslemek imkansız olurdu.

Katalizörlerin uygulama kapsamı sürekli genişlemektedir. Katalizin daha önce geliştirilen teknolojilerin verimliliğini önemli ölçüde artırabilmesi de önemlidir. Bunun bir örneği, zeolitlerin kullanımı yoluyla katalitik parçalamanın iyileştirilmesidir.

Hidrojenasyon.

Çok sayıda katalitik reaksiyon, bir hidrojen atomunun ve başka bir molekülün aktivasyonuyla ilişkilidir ve bunların kimyasal etkileşimine yol açar. Bu işleme hidrojenasyon denir ve petrol rafinasyonunun ve kömürden sıvı yakıt üretiminin (Bergius işlemi) birçok aşamasının temelini oluşturur.

Almanya'da petrol yataklarının olmaması nedeniyle havacılık benzini ve kömürden motor yakıtı üretimi İkinci Dünya Savaşı sırasında geliştirildi. Bergius süreci, hidrojenin kömüre doğrudan eklenmesini içerir. Kömür, sıvı bir ürün üretmek için hidrojen varlığında basınç altında ısıtılır ve bu daha sonra havacılık benzini ve motor yakıtı olarak işlenir. Demir oksit katalizör olarak kullanıldığı gibi kalay ve molibden bazlı katalizörler de kullanılır. Savaş sırasında Almanya'daki 12 fabrika Bergius prosesi kullanılarak günde yaklaşık 1.400 ton sıvı yakıt üretiyordu.

Diğer bir süreç olan Fischer-Tropsch ise iki aşamadan oluşur. İlk olarak kömür gazlaştırılır, yani. Bunu su buharı ve oksijenle reaksiyona sokarak hidrojen ve karbon oksit karışımı elde ediyorlar. Bu karışım demir veya kobalt içeren katalizörler kullanılarak sıvı yakıta dönüştürülür. Savaşın sona ermesiyle birlikte Almanya'da kömürden sentetik yakıt üretimi durduruldu.

1973-1974 petrol ambargosunu takiben petrol fiyatlarındaki artışın bir sonucu olarak, kömürden benzin üretmenin ekonomik açıdan uygulanabilir bir yöntemini geliştirmek için yoğun çaba sarf edildi. Böylece, kömürün doğrudan sıvılaştırılması, kömürün ilk önce nispeten düşük bir sıcaklıkta ve daha sonra daha yüksek bir sıcaklıkta bir alüminyum-kobalt-molibden katalizörü ile temas ettirildiği iki aşamalı bir işlem kullanılarak daha verimli bir şekilde gerçekleştirilebilir. Bu tür sentetik benzinin maliyeti, petrolden elde edilenden daha yüksektir.

Amonyak.

Kimyasal açıdan en basit hidrojenasyon süreçlerinden biri, hidrojen ve nitrojenden amonyak sentezidir. Azot çok inert bir maddedir. Molekülündeki N-N bağını kırmak için yaklaşık 200 kcal/mol enerjiye ihtiyaç vardır. Bununla birlikte nitrojen, demir katalizörünün yüzeyine atomik durumda bağlanır ve bunun için yalnızca 20 kcal/mol gerekir. Hidrojen demire daha kolay bağlanır. Amonyak sentezi şu şekilde ilerler:

Bu örnek, bir katalizörün hem ileri hem de geri reaksiyonları eşit şekilde hızlandırma yeteneğini göstermektedir; Katalizörün bir kimyasal reaksiyonun denge konumunu değiştirmemesi gerçeği.

Bitkisel yağın hidrojenasyonu.

Pratik açıdan en önemli hidrojenasyon reaksiyonlarından biri, bitkisel yağların margarin, yemeklik yağ ve diğer gıda ürünlerine eksik hidrojenasyonudur. Bitkisel yağlar soya fasulyesi, pamuk tohumu ve diğer mahsullerden elde edilir. Esterleri, yani değişen derecelerde doymamışlığa sahip yağ asitlerinin trigliseritlerini içerirler. Oleik asit CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH'nin bir C=C çift bağı vardır, linoleik asit iki ve linolenik asit üç içerir. Bu bağı kırmak için hidrojen eklenmesi, yağların oksitlenmesini (acılaşmasını) önler. Bu onların erime noktasını arttırır. Ortaya çıkan ürünlerin çoğunun sertliği hidrojenasyonun derecesine bağlıdır. Hidrojenasyon, yüksek düzeyde saflaştırılmış bir hidrojen atmosferinde, bir substrat veya bir Raney nikel katalizörü üzerinde biriken ince nikel tozunun varlığında gerçekleştirilir.

Dehidrojenasyon.

Dehidrojenasyon aynı zamanda endüstriyel açıdan önemli bir katalitik reaksiyondur, ancak uygulama ölçeği kıyaslanamayacak kadar küçüktür. Onun yardımıyla örneğin önemli bir monomer olan stiren elde edilir. Bunu yapmak için etilbenzen, demir oksit içeren bir katalizörün varlığında dehidrojene edilir; Reaksiyon ayrıca potasyum ve bir tür yapısal stabilizatör tarafından da kolaylaştırılır. Propan, bütan ve diğer alkanların dehidrojenasyonu endüstriyel ölçekte gerçekleştirilir. Bir krom-alümina katalizörü varlığında bütanın dehidrojenasyonu, bütenler ve bütadien üretir.

Asit katalizi.

Büyük bir katalizör sınıfının katalitik aktivitesi, bunların asidik özellikleriyle belirlenir. I. Brønsted ve T. Lowry'ye göre asit, proton verebilen bir bileşiktir. Güçlü asitler protonlarını kolaylıkla bazlara bağışlar. Asitlik kavramı, asidi, bu elektron çiftinin sosyalleşmesi nedeniyle kovalent bir bağ oluşumuyla bir donör maddeden elektron çifti kabul edebilen bir madde olarak tanımlayan G. Lewis'in çalışmalarında daha da geliştirildi. Bu fikirler, karbenyum iyonları üreten reaksiyonlarla ilgili fikirlerle birlikte, çeşitli katalitik reaksiyonların, özellikle de hidrokarbonları içerenlerin mekanizmasının anlaşılmasına yardımcı oldu.

Bir asidin kuvveti, bir proton eklendiğinde renk değiştiren bir dizi baz kullanılarak belirlenebilir. Endüstriyel açıdan önemli bazı katalizörlerin çok güçlü asitler gibi davrandığı ortaya çıktı. Bunlar arasında HCl-AlCl203 (veya HAlCl4) gibi bir Friedel-Crafts proses katalizörü ve alüminosilikatlar yer alır. Asit kuvveti çok önemli bir özelliktir çünkü asit kataliz sürecinde önemli bir adım olan protonasyon hızını belirler.

Petrolün parçalanmasında kullanılan alüminosilikatlar gibi katalizörlerin aktivitesi, yüzeylerinde Brønsted ve Lewis asitlerinin varlığı ile belirlenir. Yapıları, bazı Si 4+ atomlarının yerini Al 3+ atomlarının aldığı silikanın (silikon dioksit) yapısına benzer. Bu durumda ortaya çıkan aşırı negatif yük, ilgili katyonlar tarafından nötralize edilebilir. Katyonlar proton ise, alüminosilikat bir Brønsted asidi gibi davranır:

Asit katalizörlerin aktivitesi, ara ürün olarak bir karbenyum iyonu oluşturmak üzere hidrokarbonlarla reaksiyona girme yetenekleriyle belirlenir. Alkilkarbenyum iyonları, üç alkil grubuna ve/veya hidrojen atomuna bağlı pozitif yüklü bir karbon atomu içerir. Organik bileşikleri içeren birçok reaksiyonda oluşan ara ürünler olarak önemli bir rol oynarlar. Asit katalizörlerin etki mekanizması izomerizasyon reaksiyonu örneği kullanılarak gösterilebilir. N HCl-AlCl3 veya Pt-Cl-Al203 varlığında -bütanın izobütana dönüşümü. İlk olarak, küçük bir miktar olefin C4H8, üçüncül bir karbenyum iyonu oluşturmak üzere asit katalizörün pozitif yüklü hidrojen iyonuna bağlanır. Daha sonra negatif yüklü hidrit iyonu H – ayrılır. N-bütan izobütan ve ikincil bütilkarbenyum iyonunu oluşturur. İkincisi, yeniden düzenlemenin bir sonucu olarak üçüncül bir karbenyum iyonuna dönüşür. Bu zincir bir sonraki molekülden bir hidrit iyonunun eliminasyonuyla devam edebilir. N-bütan vb.:

Üçüncül karbenyum iyonlarının birincil veya ikincil olanlardan daha kararlı olması önemlidir. Sonuç olarak, esas olarak katalizörün yüzeyinde bulunurlar ve bu nedenle bütan izomerizasyonunun ana ürünü izobütandır.

Asit katalizörler, hidrokarbonların petrol rafine etme - kırma, alkilasyon, polimerizasyon ve izomerizasyon işlemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu işlemlerde katalizör görevi gören karbenyum iyonlarının etki mekanizması belirlenmiştir. Bunu yaparken, büyük moleküllerin bölünmesi yoluyla küçük moleküllerin oluşumu, moleküllerin kombinasyonu (olefinden olefine veya olefinden izoparafine), izomerizasyon yoluyla yapısal yeniden düzenleme ve parafin ve aromatik oluşumu dahil olmak üzere bir dizi reaksiyona katılırlar. hidrojen transferi yoluyla hidrokarbonlar.

Asit katalizinin endüstrideki en son uygulamalarından biri, izobütilen veya izoamilene alkollerin eklenmesiyle kurşunlu yakıtların üretilmesidir. Benzine oksijen içeren bileşiklerin eklenmesi, egzoz gazlarındaki karbon monoksit konsantrasyonunu azaltır. Metil- ovalar Oktan karışım sayısı 109 olan -butil eter (MTBE), benzine tetraetil kurşun eklemeden, yüksek sıkıştırma oranına sahip bir araba motorunu çalıştırmak için gerekli olan yüksek oktanlı yakıtın elde edilmesini de mümkün kılar. 102 ve 111 oktan numaralı yakıtların üretimi de organize edilmiştir.

Temel kataliz.

Katalizörlerin aktivitesi temel özelliklerine göre belirlenir. Bu tür katalizörlerin uzun süredir devam eden ve iyi bilinen bir örneği, sabun yapmak için yağları hidrolize etmek veya sabunlaştırmak için kullanılan sodyum hidroksittir ve yakın tarihli bir örnek, poliüretan plastiklerin ve köpüklerin üretiminde kullanılan katalizörlerdir. Üretan, alkolün izosiyanatla reaksiyonu sonucu oluşur ve bu reaksiyon bazik aminlerin varlığında hızlanır. Reaksiyon sırasında izosiyanat molekülündeki karbon atomuna bir baz bağlanır, bunun sonucunda nitrojen atomunda negatif bir yük oluşur ve alkole karşı aktivitesi artar. Trietilendiamin özellikle etkili bir katalizördür. Poliüretan plastikler, diizosiyanatların poliollerle (polialkoller) reaksiyona sokulmasıyla üretilir. İzosiyanat su ile reaksiyona girdiğinde önceden oluşan üretan ayrışarak CO2 açığa çıkar. Polialkol ve su karışımı diizosiyanatlarla etkileşime girdiğinde ortaya çıkan poliüretan köpük CO2 gazıyla birlikte köpürür.

Çift etkili katalizörler.

Bu katalizörler iki tür reaksiyonu hızlandırır ve reaktanların her biri yalnızca bir tür katalizör içeren iki reaktörden seri halinde geçirilmesinden daha iyi sonuçlar verir. Bunun nedeni, çift etkili bir katalizörün aktif bölgelerinin birbirine çok yakın olması ve birinde oluşan ara ürünün diğerinde hemen son ürüne dönüşmesidir.

Hidrojeni aktive eden bir katalizörün, hidrokarbonların izomerizasyonunu destekleyen bir katalizörle birleştirilmesiyle iyi bir sonuç elde edilir. Hidrojenin aktivasyonu bazı metaller tarafından, hidrokarbonların izomerizasyonu ise asitler tarafından gerçekleştirilir. Naftayı benzine dönüştürmek için petrol rafinasyonunda kullanılan etkili bir çift etkili katalizör, asidik alümina üzerinde desteklenen ince bölünmüş platindir. Metilsiklopentan (MCP) gibi nafta bileşenlerinin benzene dönüştürülmesi, benzinin oktan sayısını artırır. İlk olarak MCP, katalizörün platin kısmında hidrojeni giderilerek aynı karbon iskeletine sahip bir olefine dönüştürülür; olefin daha sonra katalizörün asit kısmına geçer ve burada sikloheksen halinde izomerleşir. İkincisi platin kısmına geçer ve benzen ve hidrojene hidrojeni giderilir.

Çift etkili katalizörler yağın yeniden şekillenmesini önemli ölçüde hızlandırır. Normal parafinleri izoparafinlere izomerleştirmek için kullanılırlar. Benzin fraksiyonlarıyla aynı sıcaklıklarda kaynayan ikincisi, düz hidrokarbonlarla karşılaştırıldığında daha yüksek oktan sayısına sahip oldukları için değerlidir. Üstelik dönüşüm N-bütanın izobütana dönüşümüne dehidrojenasyon eşlik eder ve MTBE üretimini kolaylaştırır.

Stereospesifik polimerizasyon.

Kataliz tarihinde önemli bir dönüm noktası katalitik polimerizasyonun keşfiydi. A-olefinler stereodüzenli polimerler oluşturur. Stereospesifik polimerizasyon katalizörleri, K. Ziegler tarafından elde ettiği polimerlerin alışılmadık özelliklerini açıklamaya çalışırken keşfedildi. Başka bir kimyager olan J. Natta, Ziegler polimerlerinin benzersizliğinin stereodüzenlilikleri tarafından belirlendiğini öne sürdü. X-ışını kırınım deneyleri, Ziegler katalizörlerinin varlığında propilenden hazırlanan polimerlerin oldukça kristalli olduğunu ve aslında stereodüzenli bir yapıya sahip olduğunu göstermiştir. Natta, bu tür düzenli yapıları tanımlamak için "izotaktik" ve "sindiyotaktik" terimlerini tanıttı. Düzenin olmadığı durumlarda “ataktik” tabiri kullanılır:

Kısmen oksitlenmiş durumda olan IVA-VIII gruplarına ait geçiş metallerini (Ti, V, Cr, Zr gibi) içeren katı katalizörlerin ve bunlara bağlı karbon veya hidrojen içeren herhangi bir bileşiğin yüzeyinde stereospesifik bir reaksiyon meydana gelir. I-III gruplarından metal. Böyle bir katalizörün klasik bir örneği, titanyumun üç değerlikli duruma indirgendiği heptan içinde TiCl4 ve Al(C2H5)3'ün etkileşimi sonucu oluşan çökeltidir. Bu son derece aktif sistem, propilenin normal sıcaklık ve basınçlarda polimerizasyonunu katalize eder.

Katalitik oksidasyon.

Oksidasyon proseslerinin kimyasını kontrol etmek için katalizörlerin kullanımı büyük bilimsel ve pratik öneme sahiptir. Bazı durumlarda, örneğin otomobil egzoz gazlarındaki CO ve hidrokarbon kirleticilerini nötralize ederken oksidasyonun tamamlanması gerekir. Bununla birlikte, örneğin hidrokarbonları –CHO, –COOH, –C–CO, –CN gibi fonksiyonel gruplar içeren değerli ara ürünlere dönüştürmek için yaygın olarak kullanılan birçok endüstriyel proseste oksidasyonun eksik olması daha sıklıkla gereklidir. Bu durumda hem homojen hem de heterojen katalizörler kullanılır. Homojen bir katalizörün bir örneği, oksidasyon için kullanılan bir geçiş metali kompleksidir. çift-ksilenden tereftalik asite, esterleri polyester elyaf üretiminin temelini oluşturur.

Heterojen oksidasyon için katalizörler.

Bu katalizörler genellikle karmaşık katı oksitlerdir. Katalitik oksidasyon iki aşamada meydana gelir. İlk olarak oksit içindeki oksijen, oksit yüzeyine adsorbe edilen bir hidrokarbon molekülü tarafından yakalanır. Bu durumda hidrokarbon oksitlenir ve oksit azalır. İndirgenmiş oksit oksijenle reaksiyona girer ve orijinal durumuna geri döner. Bir vanadyum katalizörü kullanılarak ftalik anhidrit, naftalin veya bütanın eksik oksidasyonu ile elde edilir.

Metanın dehidrodimerizasyonu yoluyla etilen üretimi.

Dehidrodimerizasyon yoluyla etilen sentezi, doğal gazı daha kolay taşınabilir hidrokarbonlara dönüştürür. 2CH4 + 2O2® C2H4 + 2H20 reaksiyonu, çeşitli katalizörler kullanılarak 850 ° C'de gerçekleştirilir; En iyi sonuçlar Li-MgO katalizörüyle elde edildi. Muhtemelen reaksiyon, bir metan molekülünden bir hidrojen atomunun çıkarılmasıyla bir metil radikalinin oluşması yoluyla ilerler. Eliminasyon, tam olarak indirgenmemiş oksijen, örneğin O 2 2– ile gerçekleştirilir. Gaz fazındaki metil radikalleri bir etan molekülü oluşturmak üzere yeniden birleşir ve daha sonraki dehidrojenasyon sırasında etilene dönüştürülür. Eksik oksidasyonun bir başka örneği, gümüş veya demir-molibden katalizörü varlığında metanolün formaldehite dönüştürülmesidir.

Zeolitler.

Zeolitler, heterojen katalizörlerin özel bir sınıfını oluşturur. Bunlar, hücre boyutu birçok organik molekülün boyutuyla karşılaştırılabilecek düzenli bir petek yapısına sahip alüminosilikatlardır. Bunlara moleküler elekler de denir. Gözenekleri 8-12 oksijen iyonundan oluşan halkalardan oluşan zeolitler en ilgi çekici olanıdır (Şekil 2). Metanolün benzin fraksiyonu hidrokarbonlarına son derece spesifik dönüşümü için kullanılan ZSM-5 zeolit ​​​​(Şekil 3) gibi bazen gözenekler üst üste gelir. Benzin önemli miktarda aromatik hidrokarbon içerir ve bu nedenle yüksek oktan sayısına sahiptir. Örneğin Yeni Zelanda'da tüketilen benzinin üçte biri bu teknoloji kullanılarak üretiliyor. Metanol ithal metandan üretilir.

Y-zeolit ​​grubunu oluşturan katalizörler, öncelikle sıra dışı asidik özelliklerinden dolayı katalitik parçalamanın verimliliğini önemli ölçüde artırır. Alüminosilikatların zeolitlerle değiştirilmesi, benzin veriminin %20'den fazla arttırılmasını mümkün kılar.

Ayrıca zeolitlerin reaksiyona giren moleküllerin boyutuna göre seçiciliği vardır. Seçicilikleri, yalnızca belirli boyut ve şekillerdeki moleküllerin geçebileceği gözeneklerin boyutuna göre belirlenir. Bu hem başlangıç ​​malzemeleri hem de reaksiyon ürünleri için geçerlidir. Örneğin sterik kısıtlamalar nedeniyle çift-ksilen daha hacimli olanlara göre daha kolay oluşturulur orto- Ve meta-izomerler. İkincisi kendilerini zeolitin gözeneklerinde "kilitli" bulur (Şekil 4).

Zeolitlerin kullanımı bazı endüstriyel teknolojilerde gerçek bir devrim yarattı - gaz yağı ve motor yağının mumunun alınması, aromatik bileşiklerin alkilasyonuyla plastik üretimi için kimyasal ara maddelerin elde edilmesi, ksilenin izomerizasyonu, tolüenin orantısızlaştırılması ve yağın katalitik parçalanması. ZSM-5 zeolit ​​burada özellikle etkilidir.

Katalizörler ve çevre koruma.

Hava kirliliğini azaltmak için katalizörlerin kullanımı 1940'ların sonlarında başladı. 1952'de A. Hagen-Smith, egzoz gazlarında bulunan hidrokarbonların ve nitrojen oksitlerin ışıkta reaksiyona girerek gözleri tahriş eden ve diğer istenmeyen etkilere neden olan oksidanlar (özellikle ozon) oluşturduğunu buldu. Aynı sıralarda, Y. Khoudri, CO ve hidrokarbonları CO2 ve H2O'ya oksitleyerek egzoz gazlarının katalitik olarak saflaştırılması için bir yöntem geliştirdi. 1970 yılında, Temiz Hava Bildirgesi formüle edildi (1977'de geliştirildi, 1990'da genişletildi). 1975 modellerinden başlayarak tüm yeni arabaların katalitik egzoz konvertörleri ile donatılması zorunludur. Egzoz gazlarının bileşimine ilişkin standartlar oluşturuldu. Benzin zehirli katalizörlere kurşun bileşikleri eklendiğinden, aşamalı olarak kullanımdan kaldırma programı benimsenmiştir. Nitrojen oksit içeriğini azaltma ihtiyacına da dikkat çekildi.

Katalizörler, aktif bileşenlerin, egzoz gazlarının geçtiği hücrelerin içinden petek yapılı bir seramik alt tabakaya uygulandığı otomobil nötrleştiricileri için özel olarak oluşturulmuştur. Substrat, üzerine bir katalizörün (platin, paladyum veya rodyum) uygulandığı Al203 gibi ince bir metal oksit tabakası ile kaplanır. Termik santrallerde doğal yakıtların yanması sırasında oluşan nitrojen oksitlerin içeriği, baca gazlarına az miktarda amonyak ilave edilerek ve bunların bir titanyum vanadyum katalizöründen geçirilmesiyle azaltılabilir.

Enzimler.

Enzimler, canlı bir hücredeki biyokimyasal süreçleri düzenleyen doğal katalizörlerdir. Enerji alışverişi süreçlerine, besinlerin parçalanmasına ve biyosentez reaksiyonlarına katılırlar. Onlar olmadan birçok karmaşık organik reaksiyon gerçekleşemez. Enzimler normal sıcaklık ve basınçta çalışırlar, çok yüksek seçiciliğe sahiptirler ve reaksiyon hızlarını sekiz kat artırma kapasitesine sahiptirler. Bu avantajlara rağmen, yalnızca yakl. Bilinen 15.000 enzimden 20'si büyük ölçekte kullanılmaktadır.

İnsanoğlu binlerce yıldır enzimleri ekmek pişirmek, alkollü içecek, peynir ve sirke üretmek için kullanmıştır. Artık enzimler endüstride de kullanılıyor: şekerin işlenmesinde, sentetik antibiyotiklerin, amino asitlerin ve proteinlerin üretiminde. Deterjanlara hidroliz işlemlerini hızlandıran proteolitik enzimler eklenir.

Bakterilerin yardımıyla Clostridium asetobutylicum H. Weizmann, nişastanın asetona ve bütil alkole enzimatik dönüşümünü gerçekleştirdi. Bu aseton üretme yöntemi, Birinci Dünya Savaşı sırasında İngiltere'de yaygın olarak kullanıldı ve İkinci Dünya Savaşı sırasında SSCB'de bütadien kauçuğu üretmek için kullanıldı.

Penisilinin sentezi için mikroorganizmalar tarafından üretilen enzimlerin yanı sıra streptomisin ve B 12 vitamininin kullanılması son derece önemli bir rol oynadı.

Enzimatik işlemlerle üretilen etil alkol, otomobil yakıtı olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Brezilya'da yaklaşık 10 milyon arabanın üçte birinden fazlası şeker kamışından elde edilen %96'lık etil alkolle çalışıyor, geri kalanı ise benzin ve etil alkol karışımı (%20) ile çalışıyor. Benzin ve alkol karışımı olan yakıt üretme teknolojisi Amerika Birleşik Devletleri'nde oldukça gelişmiştir. 1987'de yaklaşık. Yaklaşık 3,2 milyar litresi yakıt olarak kullanılan 4 milyar litre alkol. Sözde de çeşitli uygulamalar buluyoruz. immobilize enzimler Bu enzimler, üzerinden reaktiflerin geçirildiği silika jel gibi katı bir desteğe bağlanır. Bu yöntemin avantajı substratların enzimle etkin temasını, ürünlerin ayrılmasını ve enzimin korunmasını sağlamasıdır. Hareketsizleştirilmiş enzimlerin endüstriyel kullanımının bir örneği, D-glikozun fruktoza izomerizasyonudur.

TEKNOLOJİK YÖNLER

Modern teknolojiler katalizör kullanılmadan hayal edilemez. Katalitik reaksiyonlar 650°C'ye kadar sıcaklıklarda ve 100 atm veya daha yüksek basınçlarda meydana gelebilir. Bu, gazlı ve katı maddeler arasındaki temas ve katalizör parçacıklarının transferi ile ilgili sorunlara yeni çözümler zorlar. Sürecin etkili olabilmesi için modellemesinin kinetik, termodinamik ve hidrodinamik yönleri dikkate alması gerekir. Bilgisayar modellemenin yanı sıra teknolojik süreçleri izlemek için yeni araçlar ve yöntemler de burada yaygın olarak kullanılmaktadır.

1960 yılında amonyak üretiminde önemli ilerlemeler kaydedildi. Daha aktif bir katalizörün kullanılması, su buharının ayrışması sırasında hidrojen üretim sıcaklığının düşürülmesini mümkün kıldı; bu da, örneğin daha ucuz santrifüj kompresörlerin kullanılması yoluyla basıncın düşürülmesini ve dolayısıyla üretim maliyetlerinin azaltılmasını mümkün kıldı. . Sonuç olarak amonyağın maliyeti yarıdan fazla düştü, üretiminde muazzam bir artış oldu ve buna bağlı olarak amonyak değerli bir gübre olduğu için gıda üretiminde de artış oldu.

Yöntemler.

Kataliz alanındaki araştırmalar hem geleneksel hem de özel yöntemler kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Radyoaktif izleyiciler, X-ışını, kızılötesi ve Raman (Raman) spektroskopisi, elektron mikroskobu yöntemleri kullanılır; Kinetik ölçümler yapılır, katalizör hazırlama yöntemlerinin aktiviteleri üzerindeki etkisi incelenir. Farklı basınçlarda nitrojenin fiziksel adsorpsiyonunun ölçülmesine dayanan Brunauer-Emmett-Teller yöntemi (BET yöntemi) kullanılarak katalizörün yüzey alanının belirlenmesi büyük önem taşımaktadır. Bunu yapmak için, katalizörün yüzeyinde bir tek tabaka oluşturmak için gereken nitrojen miktarını belirleyin ve N2 molekülünün çapını bilerek toplam alanı hesaplayın. Toplam yüzey alanının belirlenmesine ek olarak, farklı moleküllerin kemisorpsiyonu gerçekleştirilir, bu da aktif merkezlerin sayısını tahmin etmeyi ve özellikleri hakkında bilgi almayı mümkün kılar.

Araştırmacıların, katalizörlerin yüzey yapısını atomik düzeyde incelemek için ellerinde çeşitli yöntemleri vardır. EXAFS yöntemi benzersiz bilgiler elde etmenizi sağlar. Spektroskopik yöntemler arasında UV, X-ışını ve Auger fotoelektron spektroskopisi giderek daha fazla kullanılmaktadır. İkincil iyon kütle spektrometrisi ve iyon saçılma spektroskopisi büyük ilgi görmektedir. NMR ölçümleri katalitik komplekslerin doğasını incelemek için kullanılır. Taramalı tünelleme mikroskobu, katalizörün yüzeyindeki atomların düzenini görmenizi sağlar.

UMUTLAR

Endüstrideki katalitik süreçlerin ölçeği her yıl artmaktadır. Katalizörler, çevreyi kirleten maddeleri nötralize etmek için giderek daha fazla kullanılıyor. Gaz ve kömürden hidrokarbon ve oksijen içeren sentetik yakıtların üretiminde katalizörlerin rolü artıyor. Yakıt enerjisinin ekonomik olarak elektrik enerjisine dönüştürülmesi için yakıt hücrelerinin oluşturulması oldukça umut verici görünmektedir.

Yeni kataliz konseptleri, birçok değerli özelliğe sahip polimerik malzemeler ve diğer ürünlerin elde edilmesini, enerji elde etme yöntemlerinin geliştirilmesini ve özellikle mikroorganizmaların yardımıyla alkanlardan ve amonyaktan proteinlerin sentezlenmesi yoluyla gıda üretimini artırmayı mümkün kılacaktır. Katalitik aktiviteleri ve seçicilikleri açısından doğal biyolojik katalizörlere yaklaşan enzimler ve organometalik bileşikler üretmek için genetik olarak tasarlanmış yöntemler geliştirmek mümkün olabilir.

Edebiyat:

Gates B.K. Katalitik süreçlerin kimyası. M., 1981
Boreskov G.K. Kataliz. Teori ve pratik soruları. Novosibirsk, 1987
Gankin V.Yu., Gankin Yu.V. Yeni genel kataliz teorisi. L., 1991
Tokabe K. Katalizörler ve katalitik süreçler. M., 1993

Şu anda deneyimlediğimiz hızlı endüstriyel büyüme, yeni kimyasal teknolojilerin gelişmesi olmadan mümkün olamazdı. Bu ilerleme büyük ölçüde, düşük dereceli hammaddelerin yüksek değerli ürünlere dönüştürülmesini sağlayan katalizörlerin yaygın kullanımıyla belirlenmektedir. Mecazi anlamda konuşursak, katalizör modern simyacının felsefe taşıdır, ancak kurşunu altına değil, hammaddeleri ilaca, plastiğe, kimyasallara, yakıta, gübreye ve diğer faydalı ürünlere dönüştürür. Belki, ilk katalitik süreç insanın kullanmayı öğrendiği şey fermantasyondur. Alkollü içecek hazırlama tarifleri Sümerler tarafından MÖ 3500 gibi erken bir tarihte biliniyordu. ŞARAP'a bakın; BİRA.

Katalizin pratik uygulamasında önemli bir kilometre taşı oldu margarin üretimi Bitkisel yağın katalitik hidrojenasyonu. Bu reaksiyon ilk olarak 1900 civarında endüstriyel ölçekte gerçekleştirildi. 1920'lerden bu yana ise katalitik üretim yöntemleri geliştirildi. yeni organik malzemelerözellikle plastikler. Kilit nokta, olefinlerin, nitrillerin, esterlerin, asitlerin vb. katalitik üretimiydi. – plastiklerin kimyasal “inşaatı” için “tuğlalar”. Katalitik süreçlerin endüstriyel kullanımının üçüncü dalgası geçmişi 1930'lu yıllara dayanıyor ve Petrol rafinasyonu ile ilgili. Hacim açısından bu üretim kısa sürede diğerlerini çok geride bıraktı. Petrol rafineri çeşitli katalitik işlemlerden oluşur:

çatlama,

reform,

Hidrosülfonasyon,

Hidrokraking,

İzomerizasyon,

Polimerizasyon

Alkilasyon.

Ve sonunda, dördüncü dalga kataliz kullanımında çevre korumayla ilgili. Bu alandaki en ünlü başarı otomobil egzoz gazları için katalitik konvertörün oluşturulması. 1975'ten beri arabalara takılan katalitik konvertörler, hava kalitesinin iyileştirilmesinde ve dolayısıyla birçok hayatın kurtarılmasında büyük rol oynadı.

Kataliz ve ilgili alanlardaki çalışmalara yaklaşık bir düzine Nobel Ödülü verildi. Katalitik süreçlerin pratik önemi, payın azot Endüstriyel olarak üretilen nitrojen içeren bileşiklerin bir parçası olan nitrojen, gıda ürünlerinde bulunan nitrojenin yaklaşık yarısını oluşturur. Doğal olarak üretilen nitrojen bileşiklerinin miktarı sınırlıdır, bu nedenle diyet proteininin üretimi, gübreler yoluyla toprağa eklenen nitrojen miktarına bağlıdır. İnsanlığın yarısını beslemek imkansız olurdu sentetik amonyak neredeyse tamamen katalitik kullanılarak elde edilir Haber-Bosch süreci. Katalizörlerin uygulama kapsamı sürekli genişlemektedir. Şu da önemli: kataliz önceden geliştirilen teknolojilerin verimliliğini önemli ölçüde artırabilir. Bunun bir örneği, katalitik parçalamanın geliştirilmesidir. zeolitler.

Hidrojenasyon.Çok sayıda katalitik reaksiyon, bir hidrojen atomunun ve başka bir molekülün aktivasyonuyla ilişkilidir ve bunların kimyasal etkileşimine yol açar. Bu işleme hidrojenasyon denir ve petrol rafinasyonunun ve kömürden sıvı yakıt üretiminin birçok aşamasının temelini oluşturur ( Bergius süreci). Almanya'da petrol yataklarının olmaması nedeniyle havacılık benzini ve kömürden motor yakıtı üretimi İkinci Dünya Savaşı sırasında geliştirildi. Bergius süreci, hidrojenin kömüre doğrudan eklenmesini içerir. Kömür, sıvı bir ürün üretmek için hidrojen varlığında basınç altında ısıtılır ve bu daha sonra havacılık benzini ve motor yakıtı olarak işlenir. Demir oksit katalizör olarak kullanıldığı gibi kalay ve molibden bazlı katalizörler de kullanılır. Savaş sırasında Almanya'daki 12 fabrika Bergius prosesi kullanılarak günde yaklaşık 1.400 ton sıvı yakıt üretiyordu. Bir diğer süreç, Fischer – Tropsch, iki aşamadan oluşur. İlk olarak kömür gazlaştırılır, yani. Bunu su buharı ve oksijenle reaksiyona sokarak hidrojen ve karbon oksit karışımı elde ediyorlar. Bu karışım demir veya kobalt içeren katalizörler kullanılarak sıvı yakıta dönüştürülür. Savaşın sona ermesiyle birlikte Almanya'da kömürden sentetik yakıt üretimi durduruldu. 1973-1974 petrol ambargosunu takiben petrol fiyatlarındaki artışın bir sonucu olarak, kömürden benzin üretmenin ekonomik açıdan uygulanabilir bir yöntemini geliştirmek için yoğun çaba sarf edildi. Böylece, kömürün doğrudan sıvılaştırılması, kömürün ilk önce nispeten düşük bir sıcaklıkta ve daha sonra daha yüksek bir sıcaklıkta bir alüminyum-kobalt-molibden katalizörü ile temas ettirildiği iki aşamalı bir işlem kullanılarak daha verimli bir şekilde gerçekleştirilebilir. Bu tür sentetik benzinin maliyeti, petrolden elde edilenden daha yüksektir.

Amonyak. Kimyasal açıdan en basit hidrojenasyon süreçlerinden biri, hidrojen ve nitrojenden amonyak sentezidir. Azot çok inert bir maddedir. Molekülündeki N-N bağını kırmak için yaklaşık 200 kcal/mol enerjiye ihtiyaç vardır. Bununla birlikte nitrojen, demir katalizörünün yüzeyine atomik durumda bağlanır ve bunun için yalnızca 20 kcal/mol gerekir. Hidrojen demire daha kolay bağlanır. Amonyak sentezi şu şekilde ilerler:

Bu örnek göstermektedir Bir katalizörün hem ileri hem de geri reaksiyonları eşit şekilde hızlandırma yeteneği yani gerçek şu ki Katalizör bir kimyasal reaksiyonun denge konumunu değiştirmez.

Bitkisel yağın hidrojenasyonu. Pratik açıdan en önemli hidrojenasyon reaksiyonlarından biri, bitkisel yağların margarin, yemeklik yağ ve diğer gıda ürünlerine eksik hidrojenasyonudur. Bitkisel yağlar soya fasulyesi, pamuk tohumu ve diğer mahsullerden elde edilir. Esterleri, yani değişen derecelerde doymamışlığa sahip yağ asitlerinin trigliseritlerini içerirler. Oleik asit CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH'nin bir C=C çift bağı vardır, linoleik asit iki ve linolenik asit üç içerir. Bu bağı kırmak için hidrojen eklenmesi, yağların oksitlenmesini (acılaşmasını) önler. Bu onların erime noktasını arttırır. Ortaya çıkan ürünlerin çoğunun sertliği hidrojenasyonun derecesine bağlıdır. Hidrojenasyon, bir substrat üzerinde biriken ince nikel tozunun veya nikelin varlığında gerçekleştirilir. Raney katalizörü yüksek oranda saflaştırılmış hidrojen atmosferinde.

Dehidrojenasyon. Dehidrojenasyon aynı zamanda endüstriyel açıdan önemli bir katalitik reaksiyondur, ancak uygulama ölçeği kıyaslanamayacak kadar küçüktür. Onun yardımıyla örneğin önemli bir monomer olan stiren elde edilir. Bunu yapmak için etilbenzen, demir oksit içeren bir katalizörün varlığında dehidrojene edilir; Reaksiyon ayrıca potasyum ve bir tür yapısal stabilizatör tarafından da kolaylaştırılır. Propan, bütan ve diğer alkanların dehidrojenasyonu endüstriyel ölçekte gerçekleştirilir. Bir krom-alümina katalizörü varlığında bütanın dehidrojenasyonu, bütenler ve bütadien üretir.

Asit katalizi. Büyük bir katalizör sınıfının katalitik aktivitesi, bunların asidik özellikleriyle belirlenir. Buna göre I. Bronsted ve T. Lowry Asit, proton verebilen bir bileşiktir. Güçlü asitler protonlarını kolaylıkla bazlara bağışlar. Yapılan çalışmalarda asitlik kavramı daha da geliştirildi. G.Lewis Asidi, bu elektron çiftinin paylaşılması nedeniyle kovalent bir bağ oluşumuyla donör bir maddeden bir elektron çifti kabul edebilen bir madde olarak tanımladı.

Bu fikirler, karbenyum iyonları üreten reaksiyonlarla ilgili fikirlerle birlikte, konunun anlaşılmasına yardımcı oldu. çeşitli katalitik reaksiyonların mekanizmasıözellikle hidrokarbon içerenler. Bir asidin kuvveti, bir proton eklendiğinde renk değiştiren bir dizi baz kullanılarak belirlenebilir. Endüstriyel açıdan önemli bazı katalizörlerin çok güçlü asitler gibi davrandığı ortaya çıktı. Bunlar arasında bir katalizör bulunur Friedel – Crafts süreci HC1-AlCl203 (veya HAlCl4) ve alüminosilikatlar gibi. Asit gücü- Bu çok önemli bir özelliktir, çünkü asit kataliz sürecinin önemli bir aşaması olan protonasyon hızı buna bağlıdır. Petrolün parçalanmasında kullanılan alüminosilikatlar gibi katalizörlerin aktivitesi, yüzeylerinde Bronsted ve Lewis asitlerinin varlığı ile belirlenir. Yapıları, bazı Si 4+ atomlarının yerini Al 3+ atomlarının aldığı silikanın (silikon dioksit) yapısına benzer. Bu durumda ortaya çıkan aşırı negatif yük, ilgili katyonlar tarafından nötralize edilebilir. Katyonlar proton ise, alüminosilikat şu şekilde davranır: Bronsted asit:

Asit katalizörlerin aktivitesi belirlendi ara ürün olarak karbenyum iyonu oluşturmak üzere hidrokarbonlarla reaksiyona girme yetenekleri. Alkilkarbenyum iyonları, üç alkil grubuna ve/veya hidrojen atomuna bağlı pozitif yüklü bir karbon atomu içerir. Organik bileşikleri içeren birçok reaksiyonda oluşan ara ürünler olarak önemli bir rol oynarlar. Asit katalizörlerin etki mekanizması HCl-AlCl3 veya Pt-Cl-Al203 varlığında n-bütanın izobütana izomerizasyon reaksiyonu örneğiyle gösterilebilir. İlk olarak, küçük bir miktar olefin C4H8, üçüncül bir karbenyum iyonu oluşturmak üzere asit katalizörün pozitif yüklü hidrojen iyonuna bağlanır. Negatif yüklü hidrit iyonu H- daha sonra izobütan ve ikincil bir bütilkarbenyum iyonu oluşturmak üzere n-bütandan ayrılır. İkincisi, yeniden düzenlemenin bir sonucu olarak üçüncül bir karbenyum iyonuna dönüşür. Bu zincir, bir sonraki n-bütan molekülünden bir hidrit iyonunun elimine edilmesiyle devam edebilir, vb.:

Üçüncül karbenyum iyonlarının birincil veya ikincil olanlardan daha kararlı olması önemlidir. Sonuç olarak, esas olarak katalizörün yüzeyinde bulunurlar ve bu nedenle bütan izomerizasyonunun ana ürünü izobütandır. Asit katalizörleri petrol rafine etme - hidrokarbonların parçalanması, alkilasyonu, polimerizasyonu ve izomerizasyonunda yaygın olarak kullanılır (ayrıca bkz. KİMYA VE YAĞ İŞLEME YÖNTEMLERİ).

Kurulmuş karbenyum iyonlarının etki mekanizması, bu süreçlerde katalizör rolünü oynuyor. Bunu yaparken, büyük moleküllerin bölünmesi yoluyla küçük moleküllerin oluşumu, moleküllerin kombinasyonu (olefinden olefine veya olefinden izoparafine), izomerizasyon yoluyla yapısal yeniden düzenleme ve parafin ve aromatik oluşumu dahil olmak üzere bir dizi reaksiyona katılırlar. hidrojen transferi yoluyla hidrokarbonlar. Asit katalizinin endüstrideki en son uygulamalarından biri, izobütilen veya izoamilene alkollerin eklenmesiyle kurşunlu yakıtların üretilmesidir. Benzine oksijen içeren bileşiklerin eklenmesi, egzoz gazlarındaki karbon monoksit konsantrasyonunu azaltır. Oktan karışım sayısı 109 olan metil tert-butil eter (MTBE), benzine tetraetil kurşun katmadan, yüksek sıkıştırmalı bir otomobil motorunu çalıştırmak için gerekli olan yüksek oktanlı yakıtın elde edilmesini de mümkün kılar. 102 ve 111 oktan numaralı yakıtların üretimi de organize edilmiştir.

Temel kataliz. Katalizör etkinliği belirlendi onların ana özellikleri. Bu tür katalizörlerin uzun süredir devam eden ve iyi bilinen bir örneği sodyum hidroksit Sabun üretmek için yağları hidrolize etmek veya sabunlaştırmak için kullanılır ve en son örneklerden biri poliüretan plastik ve köpük üretiminde kullanılan katalizörlerdir. Üretan, alkolün izosiyanatla reaksiyonu sonucu oluşur ve bu reaksiyon bazik aminlerin varlığında hızlanır. Reaksiyon sırasında izosiyanat molekülündeki karbon atomuna bir baz bağlanır, bunun sonucunda nitrojen atomunda negatif bir yük oluşur ve alkole karşı aktivitesi artar. Trietilendiamin özellikle etkili bir katalizördür. Poliüretan plastikler, diizosiyanatların poliollerle (polialkoller) reaksiyona sokulmasıyla üretilir. İzosiyanat su ile reaksiyona girdiğinde önceden oluşan üretan ayrışarak CO2 açığa çıkar. Polialkol ve su karışımı diizosiyanatlarla etkileşime girdiğinde ortaya çıkan poliüretan köpük CO2 gazıyla birlikte köpürür.

Çift etkili katalizörler. Bu katalizörler iki tür reaksiyonu hızlandırır ve reaktanların her biri yalnızca bir tür katalizör içeren iki reaktörden seri halinde geçirilmesinden daha iyi sonuçlar verir. Bunun nedeni şu: Çift etkili katalizörün aktif bölgeleri birbirine çok yakındır. Birinde oluşan ara ürün, diğerinde hemen son ürüne dönüşür. Hidrojeni aktive eden bir katalizörün, hidrokarbonların izomerizasyonunu destekleyen bir katalizörle birleştirilmesiyle iyi bir sonuç elde edilir. Hidrojen aktivasyonu Bazı metaller hidrokarbonların asitlerle izomerizasyonunu gerçekleştirir. Petrol rafinasyonunda naftayı benzine dönüştürmek için kullanılan etkili bir çift etkili katalizör. asidik alümina üzerinde desteklenen ince bölünmüş platin. Nafta bileşenlerinin dönüşümü metilsiklopentan (MCP), benzene dönüştüğünde benzinin oktan sayısı artar. Başta MCP katalizörün platin kısmındaki hidrojeni aynı karbon iskeletine sahip bir olefine dönüştürür; olefin daha sonra katalizörün asit kısmına geçer ve burada sikloheksen halinde izomerleşir. İkincisi platin kısmına geçer ve benzen ve hidrojene hidrojeni giderilir. Çift etkili katalizörler yağın yeniden şekillenmesini önemli ölçüde hızlandırır. Normal parafinleri izoparafinlere izomerleştirmek için kullanılırlar. Benzin fraksiyonlarıyla aynı sıcaklıklarda kaynayan ikincisi, düz hidrokarbonlarla karşılaştırıldığında daha yüksek oktan sayısına sahip oldukları için değerlidir. Ek olarak, n-bütanın izobütana dönüşümüne dehidrojenasyon eşlik eder ve MTBE üretimini kolaylaştırır.

Stereospesifik polimerizasyon. Kataliz tarihinde önemli bir dönüm noktası, a-olefinlerin stereodüzenli polimerler oluşturmak üzere katalitik polimerizasyonunun keşfiydi. Stereospesifik polimerizasyon katalizörleri, K. Ziegler tarafından elde ettiği polimerlerin alışılmadık özelliklerini açıklamaya çalışırken keşfedildi. Başka bir kimyager olan J. Natta, Ziegler polimerlerinin benzersizliğinin stereodüzenlilikleri tarafından belirlendiğini öne sürdü. X-ışını kırınım deneyleri, Ziegler katalizörlerinin varlığında propilenden hazırlanan polimerlerin oldukça kristalli olduğunu ve aslında stereodüzenli bir yapıya sahip olduğunu göstermiştir. Natta, bu tür düzenli yapıları tanımlamak için "izotaktik" ve "sindiyotaktik" terimlerini tanıttı. Düzenin olmadığı durumlarda “ataktik” tabiri kullanılır:

Yüzeyde stereospesifik bir reaksiyon meydana gelir tamamen oksitlenmemiş durumdaki IVA-VIII gruplarına ait geçiş metallerini (Ti, V, Cr, Zr gibi) içeren katı katalizörler ve I-III gruplarından bir metalle ilişkili karbon veya hidrojen içeren herhangi bir bileşik. Böyle bir katalizörün klasik bir örneği, titanyumun üç değerlikli duruma indirgendiği heptan içinde TiCl4 ve Al(C2H5)3'ün etkileşimi sonucu oluşan çökeltidir. Bu son derece aktif sistem, propilenin normal sıcaklık ve basınçlarda polimerizasyonunu katalize eder.

Katalitik oksidasyon. Oksidasyon proseslerinin kimyasını kontrol etmek için katalizörlerin kullanımı büyük bilimsel ve pratik öneme sahiptir. Bazı durumlarda, örneğin otomobil egzoz gazlarındaki CO ve hidrokarbon kirleticilerini nötralize ederken oksidasyonun tamamlanması gerekir. Bununla birlikte, örneğin hidrokarbonları –CHO, –COOH, –C–CO, –CN gibi fonksiyonel gruplar içeren değerli ara ürünlere dönüştürmek için yaygın olarak kullanılan birçok endüstriyel proseste oksidasyonun eksik olması daha sıklıkla gereklidir. Bu durumda hem homojen hem de heterojen katalizörler kullanılır. Homojen bir katalizörün bir örneği, esterleri polyester elyaf üretiminin temelini oluşturan para-ksileni tereftalik asite oksitlemek için kullanılan bir geçiş metali kompleksidir.

Heterojen oksidasyon için katalizörler. Bu katalizörler genellikle karmaşık katı oksitlerdir. Katalitik oksidasyon iki aşamada meydana gelir. İlk olarak oksit içindeki oksijen, oksit yüzeyine adsorbe edilen bir hidrokarbon molekülü tarafından yakalanır. Bu durumda hidrokarbon oksitlenir ve oksit azalır. İndirgenmiş oksit oksijenle reaksiyona girer ve orijinal durumuna geri döner. Bir vanadyum katalizörü kullanılarak ftalik anhidrit, naftalin veya bütanın eksik oksidasyonu ile elde edilir.

Metanın dehidrodimerizasyonu yoluyla etilen üretimi. Dehidrodimerizasyon yoluyla etilen sentezi, doğal gazı daha kolay taşınabilir hidrokarbonlara dönüştürür. Reaksiyon

2CH4 + 2O2 → C2H4 + 2H2O

çeşitli katalizörler kullanılarak 850°C'de gerçekleştirildi; En iyi sonuçlar Li-MgO katalizörüyle elde edildi. Muhtemelen reaksiyon, bir metan molekülünden bir hidrojen atomunun çıkarılmasıyla bir metil radikalinin oluşması yoluyla ilerler. Eliminasyon, tam olarak indirgenmemiş oksijen, örneğin O 2 2– ile gerçekleştirilir. Gaz fazındaki metil radikalleri bir etan molekülü oluşturmak üzere yeniden birleşir ve daha sonraki dehidrojenasyon sırasında etilene dönüştürülür. Eksik oksidasyonun bir başka örneği, gümüş veya demir-molibden katalizörü varlığında metanolün formaldehite dönüştürülmesidir.

Zeolitler. Zeolitler oluşur özel sınıf heterojen katalizörler. Bunlar, hücre boyutu birçok organik molekülün boyutuyla karşılaştırılabilecek düzenli bir petek yapısına sahip alüminosilikatlardır. Onlara da denir moleküler elekler. Gözenekleri 8-12 oksijen iyonundan oluşan halkalardan oluşan zeolitler en çok ilgi çekenlerdir (Şekil 2). Metanolün benzin fraksiyonu hidrokarbonlarına son derece spesifik dönüşümü için kullanılan ZSM-5 zeolit ​​​​(Şekil 3) gibi bazen gözenekler üst üste gelir. Benzin önemli miktarda aromatik hidrokarbon içerir ve bu nedenle yüksek oktan sayısına sahiptir. Örneğin Yeni Zelanda'da tüketilen benzinin üçte biri bu teknoloji kullanılarak üretiliyor. Metanol ithal metandan üretilir.

Şekil 2 - Büyük ve küçük gözeneklere sahip zeolitlerin yapısı.

Şekil 3 – Zeolit ​​ZSM-5. Yapının kesişen tüpler şeklinde şematik gösterimi.

Y-zeolit ​​grubunu oluşturan katalizörler, öncelikle sıra dışı asidik özelliklerinden dolayı katalitik parçalamanın verimliliğini önemli ölçüde artırır. Alüminosilikatların zeolitlerle değiştirilmesi, benzin veriminin %20'den fazla arttırılmasını mümkün kılar. Ayrıca zeolitlerin reaksiyona giren moleküllerin boyutuna göre seçiciliği vardır. Seçicilikleri, yalnızca belirli boyut ve şekillerdeki moleküllerin geçebileceği gözeneklerin boyutuna göre belirlenir. Bu hem başlangıç ​​malzemeleri hem de reaksiyon ürünleri için geçerlidir. Örneğin sterik kısıtlamalar nedeniyle para-ksilen, daha hacimli orto ve meta izomerlerden daha kolay oluşturulur. İkincisi kendilerini zeolitin gözeneklerinde "kilitli" bulur (Şekil 4).

Şekil 4 - Zeolitlerin reaktiflere (a) ve ürünlere (b) göre seçiciliğini açıklayan şema.

Zeolitlerin kullanımı bazı endüstriyel teknolojilerde devrim yarattı. mum alma gaz yağı ve makine yağı, aromatik bileşiklerin alkilasyonu, ksilenin izomerizasyonu, toluenin orantısızlaştırılması ve yağın katalitik parçalanması yoluyla plastik üretimi için kimyasal ara maddeler elde edilmesi. ZSM-5 zeolit ​​burada özellikle etkilidir.

Petrol ürünlerinin mumunun alınması- petrol ürünlerinden (dizel yakıtlar, yağlar) parafin ve serinin çıkarılması, bunun sonucunda kaliteleri artar, özellikle akma noktası düşer.

Parafin(Alman Parafin, Latin Parum'dan - az ve affinis - ile ilgili), esas olarak doymuş hidrokarbonlar C 18 -C 35'in bir karışımı. iskelesi olan normal yapı. m.300-400; t pl ile renksiz kristaller. = 45–65 o C, yoğunluk 0,880–0,915 g/cm3 (15 o C).

Ceresin(Latince cera - balmumundan), ozokeritin saflaştırılmasından sonra elde edilen katı hidrokarbonların (esas olarak alkilsiklanlar ve alkanlar) bir karışımı. Yoğunluk, renk (beyazdan kahverengiye), erime noktası (65-88°C) ve viskozite açısından seresin mumla benzerdir.

Katalizörler ve çevre koruma. Hava kirliliğini azaltmak için katalizörlerin kullanımı 1940'ların sonlarında başladı. 1952'de A. Hagen-Smith, egzoz gazlarında bulunan hidrokarbonların ve nitrojen oksitlerin ışıkta reaksiyona girerek gözleri tahriş eden ve diğer istenmeyen etkilere neden olan oksidanlar (özellikle ozon) oluşturduğunu buldu. Aynı sıralarda Yu.Houdry, CO ve hidrokarbonları CO2 ve H2O'ya oksitleyerek egzoz gazlarının katalitik olarak saflaştırılması için bir yöntem geliştirdi. 1970 yılında Temiz Hava Bildirgesi formüle edildi (1977'de geliştirildi, 1990'da genişletildi), Buna göre 1975 modellerinden başlayarak tüm yeni otomobillerin katalitik egzoz konvertörleriyle donatılması gerekiyor. Egzoz gazlarının bileşimine ilişkin standartlar oluşturuldu. Benzin zehirli katalizörlere kurşun bileşikleri eklendiğinden, aşamalı olarak kullanımdan kaldırma programı benimsenmiştir. Nitrojen oksit içeriğini azaltma ihtiyacına da dikkat çekildi. Katalizörler, aktif bileşenlerin, egzoz gazlarının geçtiği hücrelerin içinden petek yapılı bir seramik alt tabakaya uygulandığı otomobil nötrleştiricileri için özel olarak oluşturulmuştur. Substrat, üzerine platin, paladyum veya rodyum gibi bir katalizörün uygulandığı Al2O3 gibi ince bir metal oksit tabakasıyla kaplanır. Termik santrallerde doğal yakıtların yanması sırasında oluşan nitrojen oksitlerin içeriği, baca gazlarına az miktarda amonyak ilave edilerek ve bunların bir titanyum vanadyum katalizöründen geçirilmesiyle azaltılabilir.

Enzimler. Enzimler, canlı bir hücredeki biyokimyasal süreçleri düzenleyen doğal katalizörlerdir. Enerji alışverişi süreçlerine, besinlerin parçalanmasına ve biyosentez reaksiyonlarına katılırlar. Onlar olmadan birçok karmaşık organik reaksiyon gerçekleşemez. Enzimler normal sıcaklık ve basınçta çalışırlar, çok yüksek seçiciliğe sahiptirler ve reaksiyon hızlarını sekiz kat artırma kapasitesine sahiptirler. Bu avantajlara rağmen bilinen 15.000 enzimden yalnızca 20'si büyük ölçekte kullanılmaktadır. İnsanoğlu binlerce yıldır enzimleri ekmek pişirmek, alkollü içecek, peynir ve sirke üretmek için kullanmıştır. Artık enzimler endüstride de kullanılıyor: şekerin işlenmesinde, sentetik antibiyotiklerin, amino asitlerin ve proteinlerin üretiminde. Deterjanlara hidroliz işlemlerini hızlandıran proteolitik enzimler eklenir. H. Weizmann, Clostridium acetobutylicum bakterisinin yardımıyla nişastanın asetona ve bütil alkole enzimatik dönüşümünü gerçekleştirdi. Bu aseton üretme yöntemi, Birinci Dünya Savaşı sırasında İngiltere'de yaygın olarak kullanıldı ve İkinci Dünya Savaşı sırasında SSCB'de bütadien kauçuğu üretmek için kullanıldı. Penisilinin sentezi için mikroorganizmalar tarafından üretilen enzimlerin yanı sıra streptomisin ve B12 vitamininin kullanılması son derece önemli bir rol oynadı. Enzimatik işlemlerle üretilen etil alkol, otomobil yakıtı olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Brezilya'da, yaklaşık 10 milyon arabanın üçte birinden fazlası şeker kamışından elde edilen %96'lık etil alkolle, geri kalanı ise benzin ve etil alkol karışımıyla (%20) çalışıyor. Benzin ve alkol karışımı olan yakıt üretme teknolojisi Amerika Birleşik Devletleri'nde oldukça gelişmiştir. 1987 yılında mısır tanelerinden yaklaşık 4 milyar litre alkol elde edilmiş, bunun yaklaşık 3,2 milyar litresi yakıt olarak kullanılmıştır. Sözde de çeşitli uygulamalar buluyoruz. immobilize enzimler Bu enzimler, üzerinden reaktiflerin geçirildiği silika jel gibi katı bir desteğe bağlanır. Bu yöntemin avantajı substratların enzimle etkin temasını, ürünlerin ayrılmasını ve enzimin korunmasını sağlamasıdır. Hareketsizleştirilmiş enzimlerin endüstriyel kullanımının bir örneği, D-glikozun fruktoza izomerizasyonudur.

Edebiyat

1. Gates B.K. Katalitik süreçlerin kimyası. M., 1981

2. Boreskov G.K. Kataliz. Teorik ve pratik sorular. Novosibirsk, 1987

3. Gankin V.Yu., Gankin Yu.V. Yeni genel kataliz teorisi. L., 1991

4. Tokabe K. Katalizörler ve katalitik işlemler. M., 1993

5. Collier'in Ansiklopedisi. – Açık toplum. 2000.

AUTOKAT GERİ DÖNÜŞÜM firması firmalara ve şahıslara kullanım ömrü tükenen bu parçaları en kısa sürede maksimum maliyetle satma imkanı sağlamaktadır. Bu çözüm müşterilerin yararına katkıda bulunur ve çevrenin korunmasına uygulanabilir bir katkı yapılmasına katkıda bulunur.

Endüstriyel katalizörlerin satışı

– makul miktarda para kazanmanıza ve parçayı “uygun” geri dönüşüme göndermenize olanak tanıyan mükemmel bir çözüm. AUTOKAT RECYCLE, bu ürünlerin satın alınmasında uzmanlaşmış, değerli unsurların içeriğinin yüksek doğrulukta analizini kolaylaştırmak için gerekli tüm kaynaklara sahip olan ve bu sayede müşterilerin değerin hızlı bir şekilde değerlendirileceğine güvenebilecekleri bir şirkettir.

Şirketimiz Rusya'nın birçok şehrinde faaliyet göstermektedir. Konum olarak uygun bir nokta yoksa ürünü posta veya kargo hizmetlerini kullanarak gönderebilirsiniz.

Kaynağı tükenmişse veya herhangi bir nedenle işlevselliğini kaybetmişse, neredeyse hiç zaman almayan bir prosedür olan AUTOKAT RECYCLE ile iletişime geçin. Ürünü aldıktan sonra uzmanlar gerekli analizleri yaparak ödeme tutarını hesaplar ve müşteri memnun kalırsa anlaşma yapılır ve para verilir (nakit dışı ve diğer ödeme yöntemleri mümkündür).

AUTOKAT GERİ DÖNÜŞÜM müşterilerine, avantajlar ve kolaylıklar olmadan cazip koşullar garanti edilir. Böylece, katalizörü geçmeye karar veren kişiler, yetkin tavsiyenin, yüksek fiyatların, testlerin ve ödemelerin mümkün olan en kısa sürede sağlanmasına güvenebilirler. Sitede ziyaretçiler, bileşimindeki değerli metallerin yaklaşık içeriğini bilerek, özel bir hesap makinesi kullanarak bir ürünün yaklaşık maliyetini öğrenebilirler.