Катализаторы на носителях
Наиболее широко распространенными являются катализаторы на носителях. Это связано с экономией дорогостоящих каталитических компонентов и с относительной легкостью формирования пористой структуры носителя по сравнению с формированием пористой структуры смешанных катализаторов.
При подборе носителя следует учитывать:
1. необходимые механические свойства: прочность на раздавливание, истирание, твердость.
2. стабильность в условиях реакции и регенерации - термостойкость, коррозийная устойчивость
3. пористость носителя – определяется средним радиусом пор, распределение объема пор по радиусу.
Пористая структура связанна с природой вещества, образующего носитель, и часто находится в обратной зависимости от величины прочности.
Первыми носителями были природные глины, они были доступны и прочны, но имели непостоянный химический состав, и часто содержали в своем составе контактные яды.
Поэтому сейчас наибольшее применение имеют синтетические носители.
Преимущества:
1. постоянный химический состав;
2. возможность регулирования пористой структуры, что позволяет ее ликвидировать и получать высокоактивный катализатор.
3. возможность получения катализатор в виде гранул заданной формы.
Наибольшие успехи в получении Al2O3, SiO2 и активированного угля.
Носитель должен иметь высокую температуру спекания. Обычно спекание начинают при температуре, составляющую ½ от температуры плавления, У металлов подвижность поверхностных частиц наступает при температуре в 3 раза ниже температуры плавления. (Cu, Ag, Au tпл = 1300К, они должны быть нанесены на носитель). Температура плавления переходных металлов (Fe, Co, Ni) =1800К. Благородные металлы очень тугоплавкие, теоретически их можно использовать в виде самих металлов, но в целях экономии наносятся на носитель.
Тип и характер пористой структуры носителя
Распределение активного компонента по зерну определяет тип и характер пористой структуры носителя.
Существует 4 типа распределения:
1. с равномерным распределением активного компонента по объему гранулы;
2. распределение активного компонента по внешней поверхности гранулы;
3. распределение активного компонента в центре гранулы;
4. распределение активного компонента в слое, удаленном от внешней поверхности гранулы.
Рис. Распределение
активного компонента по зерну 1 тип для
реакций в кинетической области, 2 – в
диффузионной области, 3, 4 – используются
наиболее редко, А
- конечное.
Первый тип – путем смешения компонентов, их соосаждения или пропитки. Второй тип – при пропитке, 3,4 типы – путем последовательного осаждения компонентов или методом сухой грануляции.
Теоретически нанесенные контактные массы делятся на две группы:
- сорбционные
- пропиточные.
В первой сорбционной группе катализаторов активная часть связывается полностью с поверхностью носителя, за счет сорбции на стадии пропитки, а вторая пропиточная группа заключается в том, когда количество активного компонента, связавшегося на стадии пропитки за счет сорбции очень мало, а основная масса этого активного компонента связалась при сушке путем механического осаждения.
Первый тип – Pt адсорбируется на Al2O3: из слабого раствора H2PtCl6 Pt сорбируется на носитель;
Второй вариант – Ag на пемзе: раствор соли Ag на пемзу, подсушивается и соль распадется, Ag осаждается на пемзу, а оксид выпадает.
Активность активного вещества связаны непосредственно с положением элемента в периодической системе.
Обычно их подбирают эмпирическим методом по: