6.9. Приготовление катализаторов

Технология приготовления катализаторов включает несколько стадий, например: осаждение, сушка, прокаливание, формование и т.д. Наиболее ши­ро­ко применяется метод приготовления каталитических систем растворением солей металлов или соосаждением, что позволяет смешивать компоненты ка-та­ли­затора на молекулярном уровне. В последнее время нашел распро­стра­нение метод «золь-гель», по которому получают золь с частицами, суспендиро­ван­ными в жидкости. Меняя заряд поверхности частиц путем регулирования рН среды, превращают золь в гель. При этом частицы золя сжимаются с об­разованием непрерывной жесткой сетки с однородным распределением ком­по­нентов. В поры геля, как и в носитель, можно ввести различные кати­оны. При изготовлении многокомпонентных систем используют плазменные и лазерные методы, обеспечивающие субмикроскопические размеры частиц (например, кремниевый порошок был получен разложением SiH₄ лазером).

Другой известный метод приготовления каталитических систем вклю­ча­ет механохимическую обработку смеси твердых компонентов катализатора в вибрационных или планетарных мельницах, обеспечивающих получение однородной и высокодисперсной смеси с размером частиц 0,1–10 мкм и сло­истой внутренней структурой с повышенной долей дефектов.

Контрольные вопросы

1. Что такое катализ? Место катализа в химической технологии.

2. Приведите основные свойства катализаторов. Дайте им определения.

3. Объясните механизм действия твердых катализаторов. Приведите классификацию гетерогенных катализаторов по механизму действия.

4. Дайте определение катализаторам ионного (кислотно-основного) ка­тализа. Приведите примеры катализаторов и процессов.

5. Каков механизм действия катализаторов электронного катализа? Примеры таких катализаторов и процессов.

6. Чем отличаются физическая адсорбция и хемосорбция?

7. Назовите основные положения адсорбционной теории Лэнгмюра.

8. Сделайте кинетический вывод уравнения изотермы Лэнгмюра и его анализ.

9. При каком значении р степень заполнения поверхности равна ½, а касательная к начальному участку кривой Лэнгмюра достигает значения =1?

10. Выведите выражение для степени заполнения в случае диссоци­атив­ной адсорбции двухатомной молекулы А₂.

11. Выведите выражения для степеней заполнения в случае одновре­менной адсорбции двух газов.

12. В чем причина отклонения реальных изотерм от модели «иде­ального адсорбированного слоя» Лэнгмюра?

13. Какими уравнениями описываются изотермы Генри, Фрейндлиха, Темкина?

14. Каковы основные допущения теории полимолекулярной адсорбции?

15. Сделайте анализ уравнения БЭТ, укажите его значение для катализа и пределы применимости.

16. Какие стадии включает гетерогенная каталитическая реакция? Как определяют общую скорость процесса, основанного на этой реакции?

17. Приведите в аналитическом виде первый и второй законы Фика. Сформулируйте кинетическую задачу Л.Д. Зельдовича и приведите ее анали­тическое решение для реакции первого порядка.

18. Изложите основные требования к гетерогенным катализаторам.

19. Приведите структуру зерна катализатора.

20. Каков физический смысл понятий «удельная поверхность», «пори­стость», «порозность катализатора»?

21. Какие факторы влияют на активность катализатора?

23. Какими факторами вызывается отравление катализаторов?

24. Чем отличается обратимое отравление катализатора от необра­тимо­го? Приведите примеры обратимого отравления катализатора.

25. Какие механизмы отравления катализатора вам известны. Приве­дите примеры.

26. Приведите примеры способов предупреждения отравления катали-затора.

27. Какое свойство катализатора характеризует селективность? От ка-ких факторов она зависит?

28. Приведите формулу расчета производительности катализатора.

29. Дайте определение температуры зажигания как одного из свойств катализатора.

30. Что такое механическая прочность и термостойкость катализатора?

31. Расскажите о катализаторах кислотно-основного катализа. Приве-дите примеры.

32. Расскажите о катализаторах электронного катализа. Приведите при­меры.

33. Объясните механизм действия катализаторов комплексообразую­ще­го катализа.

34. Состав катализаторов. Что такое промоторы? Какова роль носите­лей катализаторов? Приведите примеры типичных носителей. Назовите ос­нов­ные требования к ним, дайте примеры перспективных носителей.

35. Опишите свойства цеолитов и их применение в гетерогенном катализе.

36. Назовите способы приготовления твердых катализаторов.