Activitatea catalizatorului

Activitatea catalizatorului înalt - cerința principală pentru aceasta [2]. Cu toate acestea, activitatea catalizatorului poate varia ca urmare a mai multor factori, care este de o mare importanță practică. Aici sunt câțiva factori care pot afecta activitatea catalitică.

Activitatea depinde de cantitatea de componente active în catalizator. Creșterea conținutului lor crește numărul de centre active care determină o creștere a activității de ansamblu a catalizatorului, deși activitatea fiecărui centru în parte rămâne neschimbat [3].

Activitatea catalizatorilor in cataliza heterogenă este puternic dependentă de mărimea și starea suprafeței lor, atât de importantă în multe cazuri, metoda de fabricație catalizator. De exemplu, catalizatorul de cupru preparat prin descompunerea termică a sărurilor de cupru în condiții de neechilibru, are o activitate catalitică semnificativă în reacția de hidratare a alcoolului. În contrast, proprietățile electrolitice și chimice ale catalizatorului de cupru depus în aceeași reacție, practic, nu prezintă [4].

Activitatea catalizatorului poate varia, de asemenea, datorită desorbția substanței. De exemplu, o creștere a activității catalitice a zeolitului în timpul desorbția amoniacului din suprafața catalizatorului în cumen cracare reacție [5].

O contribuție semnificativă la modificarea activității catalitice poate aduce, de asemenea, temperatura. De exemplu, catalizatorul poate fi activ într-un anumit interval de temperatură, și este mult mai puțin activă date limitelor de temperatură. De exemplu, activitatea catalizatorului optimă se realizează cu nichel 320 ° C și la o temperatură de peste 450 ° C, nichel pierde substanțial proprietățile sale catalitice [6]. catalizator de platină Fluorul cu adaos de oxid de aluminiu în reacția de izomerizare a n-pentan în mod optim este activ la o temperatură de 450 ° C, în timp ce reducerea sau creșterea temperaturii scade activitatea catalitică [7].

Activitatea catalizatorului este redusă prin acest proces, care se numește îmbătrânirea catalizatorului. Acest proces este cel mai probabil este atât chimic, cât și termic și mecanic, și este asociat cu recristalizarea suprafața catalizatorului, acoperirea acestuia praf pe acestea decantare substanțele străine și altele asemenea. D. [8]

De asemenea, activitatea catalitică este modificată prin utilizarea promotorilor și otrăvuri (cm. Mai jos)

Determinarea activității catalizatorului

Cantitativ, activitatea se determină ca diferența dintre viteza de reacție în aceste condiții și rata aceeași reacție în absența catalizatorului. Valoarea activitate este utilizată pentru evaluarea comparativă a catalizatorilor pentru selectarea lor precum și pentru caracterizarea calității catalizatorului. În funcție de tipul de activitate cataliză este de obicei exprimat ca viteza de reacție per concentrație unitate, volumul sau greutatea catalizatorului. [1]

cataliza omogenă

Numita cataliza omogenă, în care catalizatorul și agenții care reacționează sunt în aceeași fază. Când cataliză omogenă și pentru compararea performanțelor catalizatorului se folosește viteza de reacție per concentrație unitară de catalizator. [1]

cataliza heterogenă

In cataliză eterogenă, catalizatorul și reactanții sunt în faze diferite. În mod tipic, catalizatorul în acest caz, servește ca o substanță solidă, și toate reacțiile au loc la suprafața catalizatorului. În acest caz, activitatea catalitică este considerată unitatea de suprafață a catalizatorului, și se numește activitatea specifică a catalizatorului. În practică, de obicei încercați să aplicați catalizatorul pe o suprafață poroasă, ceea ce contribuie la creșterea suprafeței catalizatorului activ de suprafață și crește eficiența catalizatorului la dimensiunile sale constante liniare.

Activitatea pe unitate de volum

Activitatea catalitică a catalizatorului pe unitatea de volum poate fi exprimată prin următoarea formulă [9]:

W - activitatea catalitică a catalizatorului pe unitatea de volum; A - activitatea specifică a catalizatorului, S - suprafața totală a catalizatorului pe unitatea de volum; η - gradul de utilizare a catalizatorului.

Suprafața volumului de catalizator per unitate poate fi determinată o mărime a particulelor care constituie un singur bob de catalizator, iar densitatea distribuției lor. Dacă dimensiunea particulelor este scăzută, activitatea catalizatorului pe unitatea de volum crește numai în regiunea de particule relativ mari. Cu o reducere suplimentară a dimensiunii activității începe să afecteze difuzie internă. care se efectuează la începutul legii moleculare și descrise în continuare de legile difuziei Knudsen.

O creștere suplimentară a activității poate tranziția la r. N. Structura bidisperse care constă din particule mici, dense legate de particule poroase mai mari. Tranziția la bidisperse structurilor permite creșterea activității catalitice 5-8 pliul [10].

numărul de rotații

Activitatea catalizatorilor de asemenea, pot fi caracterizate prin numărul de rotații (Engl. Cifra de afaceri număr) de catalizator, care este considerat a fi egal cu numărul de molecule de reactiv, transformată molecula un catalizator pe secundă [11]. Pentru catalizatorii nucleofile și bazice în condiții normale, acest număr este de 10 -7 - 10 sec -2 - 1. pentru acide și electrofile - 10 -4 - 10 -1 s -1. enzimă - la 10 6 s -1 [12]. și în cazul enzimelor îmbunătățite catalitica - și la 4 × 10 7 în cazul catalazei [13].

Valorile constantelor

Pentru comparație, un număr de catalizatori folosiți, de asemenea, valorile constantelor de viteză de reacție (cu neschimbat ordonanța folosind diferiți catalizatori) sau energia de activare a reacției, menținând multiplicatorului A (care caracterizează frecvența coliziunilor moleculare) în ecuația Arrhenius [1].

Conform Sistemului Internațional de Unități (SI) unitatea activității catalizatorului este rulat. 1 katal este activitatea catalizatorului, în care viteza de reacție chimică este crescută la 1 mol per secundă.

Promotorii și otrăvuri

O substanță care mărește activitatea catalitică, numit un promotor. De exemplu, activitatea catalitică a unui oxid de vanadiu (V), în ceea ce privește reacția de oxidare a dioxidului de sulf mărită prin adăugarea unor cantități mici de sulfați ai metalelor alcaline [14].

Materie externă, reducând drastic activitatea catalitică sunt numite otrăvuri catalitice. De obicei, această apă sau contaminanți. din care reactanții la reacția catalitică tind să dispară.