9. Классификация и химия катализаторов. Классификация катализаторов

Существующее в настоящее время огромное количество катализаторов можно классифицировать по разным критериям: структура, состав, катализируемые процессы, агрегатное состояние и др.

По агрегатному состоянию все катализаторы можно разделить на две большие группы – гомогенные и гетерогенные (Рис. 1.9).

Рис. 1.9. Классификация катализаторов

Гомогенными называются катализаторы, находящиеся в одной фазе с реагентами.

Гетерогенными называются катализаторы, образующие отдельную фазу, не смешивающуюся с реагентами и продуктами. Как правило, это твердые катализаторы.

Каждую из подгрупп катализаторов, представленных на рисунке (1.9) можно, в свою очередь, квалифицировать по различным признакам. Особенно это касается гетерогенных катализаторов, среди которых можно выделить оксидные, кислотные, основные, однокомпонентные, многокомпонентные, металлические и т.д.

Р ис. 1.10. Классификация гетерогенных катализаторов по типу активных центров.

АК - активный компонент; АЦ - активный центр.

Чаще всего гетерогенные катализаторы классифицируют по типу активных центров (рис. 1.9.) на массивные, нанесенные и иммобилизованные. На рисунке (1.10) схематично изображено строение каждой из этих групп катализаторов.

Массивный катализатор целиком состоит из активного компонента, а активные центры представляют собой доступные для реагентов атомы или группы атомов на поверхности катализатора. Примером служат гранулированный железный катализатор синтеза аммиака, и сетка из сплава платины и родия, являющаяся катализатором окисления аммиака в производстве азотной кислоты.

Нанесенные катализаторы состоят из носителя и нанесенного на его поверхность тем или иным физическим методом активного компонента. При этом носитель может быть как инертным в данном процессе, так и оказывать определенное каталитическое либо промотирующее действие. Примером служит катализатор реформинга, представляющий собой гранулы оксида алюминия с нанесенной на их поверхность металлической платиной.

Иммобилизованные катализаторы – катализаторы, в которых активный компонент химически закреплен на поверхности твердого материала (носителя). Например сульфокатиониты, представляющие собой сульфированный сополимер стирола с дивинилбензолом. Сульфокатиониты содержат -SO3H группы в ароматических фрагментах полимера (носителя) и служат кислотными катализаторами, например, в синтезе метилтретбутилового эфира.

10. Природа носителей для катализаторов.

Основные синтетические носители:

1) Оксиды SiO₂(силикагель), (γ-, η-, α-) Al₂O₃, TiO₂ (рутил, анатаз), ZrO₂, MgO

2) Сложные оксиды (шпинели, цеолиты и др.)

3) Соли, карбиды - BaSO₄, MgCl₂, MgF₂, SiC, WC

4) Металлы и сплавы

5) Углеродные материалы

6) Полимеры (полистирол, полиамид и др.)

7) Блочные носители, стекловолокна, мембраны

8) Композиционные материалы (керамика, керметы и углерод-минеральные композиты и др.)

Природные минералы, используемые в качестве носителей:

1) Кизельгур (или диатомит), пемза 2) Асбест 3) Глины 4) Графит