18. Каковы основные технические характеристики катализаторов?
1) Активность – мера ускоряющего действия катализатора по отношению к той или иной реакции (способность ускорять реакции).
Способы выражения активности:
1. Выражение с
помощью скорости реакции:
;
2. Отношение скорости
каталитической реакции к скорости
некаталитической:
,
(отношение констант скоростей);
3. Разность энергий
активаций
.
Удельная (истинная) активность (TOF (число оборотов реакции)) выражается скоростью реакции на 1 каталитическом центре, [с-1]
[с-1] – количество элементарных взаимодействий в секунду.
TOF
[с-1]
10-3-10-6
моль/с
1017-1020
молекул/с
Чем больше активных центров, тем выше скорость реакции.
2) Производительность – количество продукта, полученного с использованием единицы массы (объема) катализатора в единицу времени.
3) Селективность катализатора по определенному заданному продукту или группе продуктов – способность избирательно ускорять заданную реакцию при наличии побочных реакций. Выражается долями или %.
4) Устойчивость катализатора к отравлению (химическая устойчивость).
Отравление катализатора – снижение каталитической активности при контакте с отдельными хим. реагентами.
Вещества, приводящие к отравлению катализатора, наз. контактными ядами.
Различают обратимое и необратимое отравление. В 1-ом случае активность катализатора можно восстановить, предотвратив доступ контактного яда к поверхности катализатора и путем дальнейшей продувки чистой газовой смеси. Во 2-ом случае производство останавливается, катализатор выгружают, производят регенерацию или загружают новый.
5) Термическая устойчивость – способность катализатора работать в условиях повышенных температур.
19. Из каких основных компонентов состоят твердые катализаторы? Состав и пористая структура твердых катализаторов
Промышленные твердые катализаторы обычно не являются индивидуальными веществами. Они представляют собой, как правило, сложную смесь, которая называется контактной массой. В контактной массе одни вещества являются собственно катализаторами, а другие служат активаторами (модификаторами) и носителями.
Активаторами, или промоторами, называют вещества, повышающие активность основного катализатора. Например, в ванадиевой контактной массе для производства серной кислоты необходимыми активирующими добавками к основному компонент - пятиоксиду ванадия - служат оксиды щелочных металлов. Активация может происходить вследствие химического взаимодействия добавок с каталитическим веществом с образованием продуктов, обладающих повышенной каталитической активностью. Добавки могут образовывать с катализатором твердые растворы с электронной структурой, соответствующей большей каталитической активности. Иногда активатор увеличивает поверхность каталитически активного вещества или повышает термостойкость катализатора, а иногда служит защитой основного катализатора от действия контактных ядов.
Носителями, или трегерами, называют термостойкие, прочные, пористые вещества, на которые осаждением из раствора или другим способом наносят катализатор. Нанесение каталитических веществ на пористый носитель обеспечивает их тонкое диспергирование, создает большую удельную поверхность при оптимальных размерах пор и повышает термостойкость катализатора, так как затруднено спекание его кристаллов, разобщенных на поверхности носителя. Кроме того, достигается экономия дорогих каталитических веществ, таких, как платина, палладий, серебро и др. Носитель обычно влияет и на активность катализатора, действуя как активатор. В качестве носителя чаще всего применяют оксид алюминия, силикагель, синтетические алюмосиликаты, каолин, асбест, различные соли, активированный уголь.