7.4. Властивості твердих каталізаторів і їх приготування

Промислові тверді каталізатори звичайно не є індивідуальними речовинами. Вони являють собою, як правило, складну суміш, яка називається контактною масою. У контактній масі одні речовини є власне каталізаторами, а інші служать активаторами (модифікаторами) і носіями.

Активаторами, або промоторами, називають речовини, що підвищують активність основного каталізатора. Активація може відбуватися внаслідок хімічної взаємодії добавок з каталітичною речовиною з утворенням продуктів, що мають підвищену каталітичну активність. Добавки можуть утворювати з каталізатором тверді розчини з електронною структурою, відповідною більшій каталітичній активності. Іноді активатор збільшує поверхню каталітично активної речовини або підвищує термостійкість каталізатора, а іноді служить захистом основного каталізатора від дії контактних отрут.

Носіями або трегерами називають термостійкі, міцні, пористі речовини, на які осадженням з розчину або іншим способом наносять каталізатор. Нанесення каталітичних речовин на пористий носій забезпечує їх тонке диспергування, створює велику питому поверхню при оптимальних розмірах пор і підвищує термостійкість -каталізатора. Крім того, досягається економія дорогих каталітичних речовин, таких, як платина, паладій, срібло і ін. Носій звичайно впливає і на активність каталізатора, діючи як активатор. Як носій найчастіше застосовують оксид алюмінію, силікагель, синтетичні алюмосилікати, каолін, азбест, різні солі, активоване вугілля.

До промислових каталізаторів ставляться такі основні вимоги: висока активність, стійкість до дії контактних отрут, селективність, стабільність у роботі, достатня теплопровідність, термостійкість, механічна міцність, низька вартість. До каталізаторів для реакторів з киплячим шаром ставиться додаткова вимога – висока зносостійкість зерен при ударах і терті один до одного, до стінок реактора і теплообмінних пристроїв.

Активність і інші властивості каталізатора залежать від його хімічного складу і пористої структури, а також розміру зерен. Зерна контактної маси звичайно пронизані дрібними порами, що створюють активну поверхню, яка, як правило, у декілька сотень разів більша від зовнішньої поверхні зерен. Поверхня одиниці маси або об'єму зерен для більшості промислових каталізаторів становить від декількох десятків до декількох сотень м²/г. Властивості каталізаторів залежать від способу їх приготування.

Основні способи приготування каталізаторів

1. Осадження гідроксидів або карбонатів з розчинів їх солей спільно з носієм або без носія з подальшим формуванням і прожарюванням контактної маси.

2. Змішування і пресування порошків з отриманням змішаних каталізаторів з активаторами і носіями, а також з в'яжучими речовинами.

3. Сплавлення декількох речовин (металів або оксидів) з подальшим відновленням металів з оксидів воднем. Іноді каталізатор готують у вигляді тонких сіток зі сплавів різних металів (платино-палладієво-родієві сітки для окиснення амоніаку).

4. Просочення пористого носія розчином, що містить каталізатор і активатор, з подальшим сушінням і прожарюванням. До каталізаторів даного типу належать металеві, оксидні, солеві, кислотні та основні.

Як каталізатори застосовують також деякі мінерали і суміші їх, наприклад алюмосилікати, оксиди заліза, боксити і т. ін.