Основні способи виробництва твердих каталізаторів

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.

Схожі статті