Опис: Основні способи виробництва твердих каталізаторів Залежно від області застосування необхідних властивостей каталізатори можна виробляти наступними способами: хімічними: із застосуванням реакції подвійного обміну окислення гідрування і ін. Тверді каталізатори синтезовані різними способами можна поділити на металеві аморфні і кристалічні прості і складні оксидні сульфідні. Металеві каталізатори можуть бути індивідуальні або сплавні. Каталізатори можуть бути однофазними SiO2 TiO2 А12О3 або.
Розмір файлу: 21.05 KB
Роботу скачали: 25 чол.
Якщо ця робота Вам не підійшла внизу сторінки є список схожих робіт. Так само Ви можете скористатися кнопкою пошук
Основні способи виробництва твердих каталізаторів
Залежно від області застосування, необхідних властивостей каталізатори можна виробляти наступними способами:
хімічними: із застосуванням реакції подвійного обміну, окисле? ня, гідрування і ін .;
змішанням оксидів або гідроксидів металів;
сухим розкладанням солей;
нанесенням одних фаз на інші фази твердих тіл;
синтезом колоїдних систем;
щепленням різних з'єднань на твердий носій (щеплення ферментів на активоване вугілля або оксиди металів; щеплення металоорганічнихз'єднань на оксиди металів і ін.);
механічним перемішуванням твердих каталізаторів;
іонним обміном, замінюючи одні катіони в решітці каталізатора на інші (наприклад, NaX цеоліт під впливом СаС1 2 переводять в Сах # 151; цеоліт).
Спосіб синтезу каталізатора визначає його текстуру, будова аморфної або кристалічної решітки, форму частинок каталізатора, термопаростабільность і інші властивості.
Тверді каталізатори, синтезовані різними способами, можна поділити на металеві, аморфні і кристалічні, прості і складні, оксидні, сульфідні.
Їх можна розділити за хімічним і фазовим складом.
Металеві каталізатори можуть бути індивідуальні або сплавні. Каталізатори можуть бути однофазними (SiO 2. TiO 2. А1 2 О 3) або багатофазними (Bi - Mo - O. AI - C о-Мо-О). На поверхню твердих носіїв може наноситися металева фаза. Такими каталізаторами є каталізатори риформінгу, які отримують нанесенням платини з ренієм на γ-А l 2 О 3; окислення # 151; Ag / пемза; гідрування Ni / γ- Al 2 O 3 і ін.
Розглянемо найбільш часто вживані способи приготування каталізаторів.
7.1 Синтез каталізаторів сплавом.
7.2 Отримання колоїдних розчинів каталізаторів.
Колоїдні розчини містять частинки дисперсної металевої або іншої фази розміром від I до 100 мкм. Такі каталізатори мають підвищену каталітичної активністю, так як вони про? Ладают високою питомою поверхнею з підвищеною концентрацією активних центрів на таких поверхнях. Колоїдні розчини металів або інших твердих мицелл (оксиди, сульфіди і т. Д.) У водному середовищі можна отримати відновленням солей за допомогою відповідних відновників, а також хімічним або механічним диспергированием гідроксидів або сульфідів металів. Колоїдні розчини речовин можна отримати електродіалізом розчинів солей, пептизацією, іонним обміном з цеолітами і катионитами.
7.3 Синтез каталізаторів щепленням з'єднань на твердий носій
Закріплені каталізатори отримують шляхом щеплень іонів комплексних, металоорганічних або металлоорганосілоксанових з'єднань до поверхні органічних або неорганічних носіїв. В якості органічних носіїв застосовують полімери в формі гелів або мікропористих полімерів, макросетчатие або макропористі полімери, які отримують сополимеризацией дивинилбензола зі стиролом або з акрилатів, і спучені полімери, які утворюються при кополімеризації бутадієну і стиролу або полімеризації бутадієну.
Органічні носії володіють тим недоліком, що вони не можуть працювати при підвищених температурах і мають невисоку механічну міцність.
Як неорганічні носіїв використовують оксиди алюмінію і кремнію, металлосілікати, цеоліти, скла, глини, пемзу. Ці неорганічні носії містять на своїй поверхні ОН-групи, які беруть участь у зв'язуванні прищеплений до поверхні з'єднань? Ний за схемою
носій-ОН + HOSiR 3 = носітель- O - SiR 3 + Н 2 О.
Щеплені каталізатори є більш ефективними, ніж гомогенізований і тверді каталізатори, так як вони проявляють властивості обох типів каталізаторів, тобто носія і гомогенізованих каталізаторів.
Переваги даних каталізаторів:
носій, як і закріплені молекули, може проявляти каталітичну активність, забезпечуючи сприятливу орієнтацію мо? лекул як реагенту, так і прищепленого з'єднання на поверхні каталізатора;
молекули щеплених з'єднань піддаються специфічного впливу носія, що змінює активність і селективність каталізатора в цілому;
закріплені молекули можуть змінювати стереохімію поблизу іона металу в комплексному поєднанні, що також змінює його активність і селективність.
закріплення комплексів металів на носії може впливати на стан рівноваги між іонами металів і лігандами;
носії можуть стабілізувати каталитически активну форму комплексу або складної молекули, які нестійкі в чистому вигляді;
- на носіях закріплюють ферменти, підвищуючи їх термостабільність і регулюючи стереоселективність;
- нанесені каталізатори легко відокремлюються від реакційної суміші на противагу гомогенно-каталітичних систем.
Нанесення металокомплексних сполук, металоорганічнихз'єднань і металлоорганосілоксанових з'єднань на поверхню органічного або неорганічного носія може здійснюватися наступними способами:
- прямим взаємодією солі металу або іншого з'єднання з поверхнею носія;
- заміщенням лиганда в металлокомплексов з виділенням продукту і щепленням з'єднання;
- розщепленням мостікових зв'язків з впровадженням щепленого з'єднання в функціональний носій.
Замещаемая щеплення з'єднань до носія відбувається при взаємодії металоорганічних сполук на основі перехідних металів з носіями. Носіями є оксиди А1 і кремнію, алюмосилікати, цеоліти, на поверхні яких є ОН-групи, а щеплення здійснюється таких з'єднань, як [Сг (С 5 Н 5) 3], [Ni (С 5 Н 5) 4], [Ti (СН 2 с 6 Н 5)] 4 по ОН-груп з виділенням води або видаленням молекули RH. Ці сполуки чутливі до вологи, і процес щеплення проходить за схемою:
А1 2 О 3-ОН + MR n> A 1 2 O 3 - O - MR n -1 + RH.
Носій необхідно при цьому попередньо прогрівати до температури 473 К або вище для видалення конденсованої води та забезпечення наявності на поверхні носія тільки О-Н груп.
Пряма щеплення здійснюється шляхом закріплення з'єднання на носії без розкладання сполуки. Так, безводні СоС1 2 і NiCl 2 закріплюються на органічному носії за схемою:
СоС1 2 + полімер = СоС1 2 -полімер
PdCl 2 + 2 NCCH 2 П = (П CH 2 CN) 2 PdCl 2.
Мостикову закріплення відбувається при розщепленні спочатку мостікових зв'язків в молекулі.
7.4 Золь-гель метод
Золь-гелевий метод широко застосовується в промисловості виробництва каталізаторів крекінгу (алюмосилікатні, цеоліталюмосілікатние, цеолітцірконсілікатние і інші оксидні каталізатори); цей же метод застосовується для виробництва адсорбентів (оксидів кремнію і алюмінію) і цеолітів, а також для виробництва багатьох інших оксидів металів і каталізаторів.
Золь-гелевий метод включає кілька послідовних стадій в приготуванні твердих каталізаторів, зокрема цеоліталюмосілікатов і цеолітів.
До них належать такі стадії:
# 151; приготування пом'якшеної води з пароконденсата або ДіСтено ляцією;
# 151; розмелювання силікат брили;
# 151; розчинення силікат брили під тиском водяної пари при т щення температурі в воді;
# 151; розчинення вихідних солей металів, кислоти і луги в во;
# 151; приготування суспензії цеоліту в воді;
# 151; змішування розчину рідкого скла і розчинів солей металів у воді, підкислених кислотою, при певних температурі, рН концентрації розчинів;
# 151; отримання суспензії металлоцеолітсіліката;
# 151; подача водної суспензії цеоліту третім потоком в золь;
# 151; коагуляція золю в гель в трансформаторному маслі;
# 151; промивка гелевих частинок;
# 151; синерезис в розчині сірчанокислого амонію або іншої солі;
# 151; активація гелю розчином сірчанокислого алюмінію або другогр | металу або сірчанокислого амонію в воді;
# 151; промивка гелю;
# 151; сушка і прожарювання гелевих частинок.
Частинки каталізатора отримують у формі кульок діаметром 2-5 мм або в формі мікросфер. Всі стадії приготування і обработ? Ки частинок каталізатора проводять в оптимальних умовах, витримуючи рН золю, температуру його отримання і співвідношення розчинів, подаючи? Ваних на змішання. В оптимальних умовах проводяться і всі інші стадії процесу виробництва каталізаторів.
Тверді металлосілікатние каталізатори володіють аморфної ре? Шеткі, а цеолітметаллосілікатние # 151; аморфно-кристалічної ре? шеткі. Решітка будується з поєднання поліедров # 151; тетраедрів і ок? таедров, які є носієм фізико-хімічних властивостей твердих тіл. Структура твердих тіл створюється шляхом послідовного нарощування решітки при зчленуванні поліедров один з одним, з ура? Тому стадій:
Поліедр --- Ансамбль поліедров ---- Елементарна комірка ---- Кластер з поліедров ----
Тверде тіло з кристалічною решіткою ---- тверде тіло з аморфною гратами
Ансамбль поліедров є докрісталліческое обра? Тання. З ансамблю поліедров може формуватися елементарна осередок, і тоді створюється кристалічна тверде тіло. З нього можуть створюватися кластери з хаотичним розташуванням в ньому поліедров. У цьому випадку створюється каталізатор з аморфної гратами.
Поліедр має певну будову, що задається: Координаційна? Ним числом катіона в його складі, довжиною зв'язків, кутом між зв'язку? Ми, симетрією, числом окислення або зарядного катіонів і Анио? Нов, величиною електромагнітного поля, розподілом електронів по атомним і молекулярним орбиталям, енергією . При синтезі твердо? Дих тіл необхідно враховувати наведені вище властивості твердих тіл, послідовність їх синтезу і властивості, склад і стан по? Ліедров.
7.5 Сухе розкладання солей.
Сухим способом можна отримувати оксидні або інші каталізатори шляхом розкладання їх солей. Так, при нагріванні нітратів нікелю або кобальту отримують оксиди нікелю і кобальту. Ці каталізатори можуть бути використані для реакцій гідрування або дегідросульфірованія сірчистих сполук. У потоці водню ці оксиди можна відновити до металів. Замість нітратів металів можна використовувати карбонати, солі органічних кислот. З суміші цих солей можна отримати змішані оксидні каталізатори для різних процесів.
Можна нітрати солей різних металів змішувати з біхроматом амонію. При дотику до такої суміші розпеченій нікелевої або іншої металевої дротиком вона самозаймається і перетворюється в тонкодисперсний порошок. Цей порошок є каталізатором для відновлення органічних кислот в спирти, реакцій дегідрування спиртів і вуглеводнів.
Тверді оксиди металів можна отримати, розкладаючи карбоніли металів Fe (СО) 5. Ni (CO) 4 та ін.
7.6 Нанесення одних фаз на інші.
Цим способом, тобто нанесенням одних фаз на інші, отримують каталізатори платформинга, окислення вуглеводнів, дегідрірова? Ня вуглеводнів і ін. В якості першої фази вибирають оксиди ме? Талієм, найчастіше у-А1 2 Оз, 5ю 2. активоване вугілля. Можна також використовувати для цих цілей металлосілікатние складні носії, органічні смоли, пемзу, глину, цеоліти.
Другою фазою є, як правило, розбавлена металева фаза. Це можуть бути благородні метали, найчастіше Ag. Pt. Pd. Ці фази наносять на підкладку з водних розчинів відповідних зі? Лей. Солі наносять з водного розчину в заданій концентрації, сис? Тему потім підсушують, прожарюють при температурах до 673 К і вос? Станавливаются в потоці водню. На носії зазвичай наносять від 0,1 до 0,65% мас. благородного металу. Металеву фазу можна наносити на підкладку шляхом конденсації пари металу після сублімації його в вакуумі або з рідкого СО 2 (в сверхкритическом стані).
Для стабілізації металевої фази від аггломераціі при підвищена? Шеніі температур до 873 К або вище і зниження швидкості процесу перенесення атомів металу молекулами реагентів від дрібних частинок на поверхні каталізатора до великих частинок використовують добавки до металевої фазі різних інших металів # 150; Pd. Re.
7.7 Сировина і реагенти для виробництва каталізатора.
Виробництво контактних мас включає наступні основні етапи:
1. Отримання вихідного твердого матеріалу, який крім речовин, що входять до складу кінцевого каталізатора, містить речовини, що підлягають в подальшому видаленню.
2. Виділення з'єднання, яке є каталізатором.
3. Зміна складу каталізатора при взаємодії з реагентами і під впливом умов реакції.
Початковою сировиною зазвичай служать каталитически активні метали, золи, оксиди і природні матеріали.
Вибір сировини визначається:
Дуже важливі такі показники каталізатора:
сталість хімічного складу, сталість фазового складу, відсутність шкідливих домішок, необхідний розмір частинок, необхідна вологість.
Способи формування каталізаторів і носіїв: коагуляція в краплі, екструкція, таблетування, гранулювання на тарілчастому грануляторі, сушка в розпилювальної сушарці, розмелювання матеріалу.
Способи формування впливають на питому поверхню і пористу структуру контактних мас, в значній мірі визначають механічну міцність гранул, дозволяючи отримувати дуже міцні матеріали при коагуляції в Карлі, сушінням в розпилювальної сушарці, так і маломіцні при екструкціі, таблетуванні, розмелі матеріалу.
Метод приготування визначає ступінь дисперсності каталітичного компонента, форму, пористу структуру і активність контактної маси.
Інші схожі роботи, які можуть вас зацікавити.