10.Катализ в хим-ой технологии. Применение катализаторов в хим-ой технологии и механизм действия катализатора.

Катализом наз-ся изменение скорости хим-ой р-ии под действием особых ускорителей, которые наз-ся катализаторы. Катализ это явление физико-химическое, тесно-связанное со скоростью и механизмом хим-их р-ий.

Катализаторы – это в-ва, которые многократно вступая в промежуточные взаимодействия с участниками р-ии изменяют её механизм и увеличивают скорость, при этом они восстанавливают свой хим-ий состав после каждого цикла промежуточных взаимодействий. Катализаторами могут быть элементарные в-ва(металлы, активированный уголь), хим-ие соединения(оксиды, сульфиды, хлориды), сложные комплексы, многоатомные молекулы и их смеси. Специфичность кат-ов зависит как от его состава и строения, так и от вида хим-ой р-ии.

Гомогенный катализ

Этот катализ широка используется в хим-ой технологии особенно в технологии органических в-в и в произв-ве полимерных материалов(жидкофазное хлорирование,этерификация, алкилирование, окисление, полимеризация).

Гомогенные кат-ры очень активны, но они имеют и определенные недостатки:

1)сложность отделения кат-ра от реакционной массы при котором может образовываться большое кол-во сточных вод

2)сложность регенерации, что увеличивает долю кат-ра в себестоимости продукции

3)высокая коррозионность

Чаще всего в качестве гомогенных кат-ов применяют различные кислоты(серная, фосфорная).

Гетерогенный катализ.

В промыш-ти наиболее распространен, с его помощью осущ-ся дегидрирование, гидрирование, окисление и гидратация. Гетерогенный катализ имеет ряд преимуществ перед гомогенным:

1)малый расход кат-ра на единицу продукта

2)снижение кол-ва или устранение сточных вод

3)отсутствие расходов на выделение кат-ра из р-ра

4)снижение капитальных затрат, опасности коррозии и увеличение продолжительности использования.

Гетерогенный катализ представляет собой носитель на который различными методами нанесена активная часть. Кат-р должен отвечать ряду требований:

1)высокая каталитическая активность

2)достаточно-высокая селективность по целевому продукту

3)простота получения, обеспечивающая воспроизводимость каталитических свойств

4)достаточная стабильность св-в и способность к регенерации, т.е. к восстановлению активности

5)высокая мех-ая прочность при сжатии, ударе и истирании

6)небольшие экономич-ие затраты на единицу продукции.

Основные механизмы катализа.

Существует 3 механизма:

1)О-В. К нему относятся процессы, обусловленные переносом электрона(окисление, восстановление, гидрирование, дегидрирование). Катализаторами данных процессов могут быть переходные элементы(d и f элементы), простые оксиды(оксид ванадия, марганца, магния и хрома), более сложные оксиды(оксид железа 2-х, 3-х, 4-х валентного), сульфиды, комплексные соединения и их соли.

Высокая каталитическая активность этих соединений объясн-ся тем, что эти элементы могут существовать в различных степенях окисления и переход электрона не требует больших затрат энергии.

2)кислотно-основной механизм. Относятся каталитический крекинг, гидратация, полимеризация.

Катализ-ми яв-ся в-ва, которые способны передать или принять протон, либо способны гетеролитическому взаимодействию с реагентами. К ним относят кислоты Бренстеда(серная, фосфорная и угольная), кислоты Льюиса(AlCl₃, FeCl₃), в-ва основного характера(оксид натрия, кальция).

3)ферментативный катализ. Ферменты – биологические кат-ры, ускоряющие скорость р-ии. Принципиальное отличие ферментов от других катализаторов связано с его высокой специфичностью и выходом целевого продукта 100%.