Приготовление твердых катализаторов, их свойства

Промышленные твердые катализаторы обычно не являются индивидуальными веществами. Они представляют собой, за редким исключением, сложную смесь, называемую контактной массой. В контактной массе одни вещества являются собственно катализаторами, другие – носителями, а третьи служат активаторами.

Носитель (трегер) – термостойкие, инертные, пористые вещества, на которые осаждением или другими способами наносят катализатор. Применение носителей улучшает свойства катализаторов и удешевляет их. В качестве носителей применяют пемзу, асбест, силикагель и другие пористые вещества.

Активаторы или промоторы – вещества, повышающие активность основного катализатора, например, окислы щелочных металлов увеличивают активность железных катализаторов в синтезе аммиака и ванадиевых катализаторов при окислении двуокиси серы.

Механизм действия активатора может быть самым различным: они могут образовывать химические соединения, твердые растворы, могут изменять электрофизические свойства поверхности и т.д. Активаторы могут также увеличивать активность катализатора, развивая и стабилизируя его поверхность. Последние называются структурными.

Например, каталитическая система ИМ 2201 (катализатор 1-ой стадии дегидрирования алканов) в своем составе содержит:

1. Cr₂О₃ – сам катализатор (15 %)

2. Оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов – промотеры (2 – 3 %)

3. Al₂O₃ – носитель и сокатализатор (60 – 75 %)

4. SiO₂ – носитель (12 %).

Наиболее часто катализаторы изготавливают следующим образом:

1) осаждением гидроокисей или карбонатов (из растворов их солей) на носителе с последующим формованием и прокаливанием;

2) совместным прессованием всех компонентов катализатора с вяжущим веществом;

3) сплавлением нескольких веществ;

4) пропиткой пористого носителя раствором, содержащим катализатор и активатор.

Катализатор обычно готовят в виде зерен, таблеток, гранул. Иногда катализаторы применяют в виде тончайших сеток, изготовленных из металлов или сплавов.

Качество катализаторов характеризуют следующими основными показателями:

• активностью;

• избирательностью действия;

• устойчивостью к ядам и термостойкостью;

• механической прочностью;

• доступностью и дешевизной;

• теплопроводностью, которая должна быть возможно более высокой.

Жидкие катализаторы: хлористый алюминий в виде раствора в хлористом метиле с концентрацией до 0,07 %мас. – катализатор синтеза БК путем сополимеризации изобутилена с небольшим количеством изопрена 1 ч 5 %мас.

Наиболее распространенной каталитической системой при получении 1,4-цис-изопренового каучука является титановая, состоящая из β –TiCl₃ и алюминийорганического соединения. В нашей стране каучук, получаемый на таких катализаторах, имеет марку СКИ-3. Катализатор образуется при взаимодействии триалкилалюминия с четырёххлористым титаном (TiCl₄) (изо-C₄H₉)₃Al + TiCl₄ (1:1) При использовании триизобутилалюминия (ТИБА) образующийся комплекс имеет следующее строение:

Cl i-C₄H₉ i-C₄H₉

Ti Al

Cl Cl Cl

Образующийся комплекс находится в реакционной смеси в виде тонкой взвеси. По внешнему виду это коричневый осадок исключительно высокой степени дисперсии.