Heterogeensete katalüsaatorite valik ja deaktiveerimise põhjused

Erinevate aktiivsete komponentide põhjal võib heterogeensed katalüsaatorid jagada metallideks ja selle sooladeks, metallioksiidideks ja komposiitmetalloksiidkatalüsaatoriteks; kuju järgi võib neid jagada kera-, lühikese sammas- ja kärjekujulisteks; Ettevalmistusprotsessi põhjal võib need jagada tuge kasutavateks ja tuge mitte kasutavateks.

Tahkis{0}}heterogeensed katalüsaatorid takistavad suures osas katalüsaatori kadu, on kergemini reoveest eraldatavad ja neil on eelised, nagu hea aktiivsus, hea stabiilsus ja lühike puhastusprotsess;

Siiski toimub massiülekanne heterogeensete katalüsaatorifaaside vahel ning reovees ja reaktsiooni vaheühendites leiduvad hõljuvad tahked ained võivad põhjustada katalüsaatoriosakeste kattumist või blokeerimist, mis viib deaktiveerumiseni.

(1) Metallist/toega katalüsaatorid

Heterogeenses katalüütilises oksüdatsioonitehnoloogias kasutatakse väärismetallkatalüsaatoreid laialdaselt nende kõrge aktiivsuse, pika eluea ja tugeva kohanemisvõime tõttu. Katalüsaatoritel, mis on valmistatud aktiivsete komponentidena väärismetallidest nagu P, Pd ja Ru, ei ole mitte ainult ühilduvaid süsivesinike adsorptsioonisaite, vaid ka palju hapniku adsorptsioonikohti, mis võivad pinnareaktsiooni edenedes kiiresti läbida hapniku aktiveerimise ja süsivesinike adsorptsiooni. Parema dispergeeritavuse saavutamiseks ja kasutatava metalli koguse vähendamiseks kasutatakse sageli immutamist, et toetada metalle suure eripinnaga kandjatel, nagu Al3O2, SiO2, aktiivsüsi, TiO2, CeO2 ja ZrO2.

(2) Metalloksiid/toetatud katalüsaatorid

Katalüsaatorite valimine katalüütilises oksüdatsiooniprotsessis nõuab paljude tegurite arvessevõtmist, nagu lahuse omadused, katalüsaatori katalüütiline võimsus ja selle termiline stabiilsus vees. Nende hulgas on metallioksiidid kõrgelt hinnatud nende kõrge stabiilsuse ja hea aktiivsuse tõttu.

Stabiilsuse alusel võib katalüsaatoreid klassifitseerida järgmiselt: 1. oksiidid, mis on kõrge oksüdatsiooni tingimustes kõige stabiilsemad, nagu titaanoksiid, vanaadiumoksiid, kroomoksiid, magneesiumoksiid, tsinkoksiid ja alumiiniumoksiid; 2. mõõduka stabiilsusega oksiidid, nagu raudoksiid, koobaltikoksiid, nikkeloksiid ja pliioksiid; 3. Ebastabiilsed kõrge -oksüdatsiooniastmega- oksiidid ja väärismetallid, nagu plaatina, pallaadium, ruteenium ja kuld.

(3) Komposiitoksiid/toetatud katalüsaatorid

Tuginedes katalüütilise aktiivsuse reguleerimise täiendavale põhimõttele, eeldatakse, et komposiitoksiidkatalüsaatorid saavutavad suurema katalüütilise aktiivsuse. Sünergistlik toime võib suurendada katalüsaatori aktiivsust ja pärssida aktiivsete komponentide lahustumist. Näiteks CoO, CuO või NiO kombinatsioon Fe(III), Pt või Ru oksiididega on tõhus oksüdatsioonikatalüsaator.

(1) Katalüsaatori valik

Katalüsaatori valimisel tuleks üldiselt kasutada järgmiste omadustega katalüsaatoreid:

1. Kiire oksüdatsioonikiirus ja parem faasikontakt, kiirendades seeläbi reaktsiooni;

2. mitte-selektiivne, võimaldades täielikku oksüdatsiooni;

3. stabiilsed füüsikalis-keemilised omadused kuumades happelistes lahustes;

4. Kõrge aktiivsus ja pikk eluiga kõrgel temperatuuril ning tundetu mürkidele;

5. Kõrge mehaaniline tugevus ja kulumiskindlus.

(2) Katalüsaatori toe valik

Katalüsaatori tugiosakeste koostise põhjal võib selle jämedalt jagada kolme tüüpi: tahkete osakeste kandjad, jämeda{0}}teralised kandjad ja substraadid.

Katalüsaatorite kasutamisel võetakse tavaliselt arvesse järgmisi punkte:

1. Keemiline koostis ja dispersioon;

2. Pinna füüsikalis-keemilised omadused -poorsus, adsorptsioon, elektrokeemilised ja mehaanilised omadused;

3. Laaditava aktiivmaterjali paksus ja kogus;

4. eritugevus ja stabiilsus;

5. keemiline stabiilsus;

6. kulumiskindlus, kõvadus ja survetugevus;

7. Osalemine katalüütilistes reaktsioonides.

Lisaks suurele aktiivsusele ja heale selektiivsusele peab katalüsaatoritel olema ka hea mehaaniline tugevus ja stabiilsus, kusjuures stabiilsus mõjutab nende võimet aktiivsust alandada.

Pärast teatud kasutusperioodi katalüsaatorid desaktiveeruvad, peamiselt katalüsaatori materjali kadumise ja koksimise tõttu.

Katalüsaatori kadu on deaktiveerimise peamine põhjus. Seda kadu mõjutab peamiselt pH, mis põhjustab aktiivsete komponentide lahustumist. Eksperimentaalsed uuringud on näidanud, et reovee pH-l on oluline mõju orgaanilise aine oksüdeerumisele vedelas faasis.

Näiteks on heterogeensetel osoonikatalüsaatoritel happelistes tingimustes madal reaktsioonikiirus ja kõrge desaktivatsioonikiirus. Katalüsaatori kadu on minimaalne pH väärtusel 7. Kui pH on suurem kui 7, kuid väiksem kui 9, siis katalüsaatori kadu ei toimu. Kui pH on aga suurem kui 10, jääb reaktsioonikiirus madalaks. Seetõttu võib pH väärtuse reguleerimine vähendada või ära hoida katalüsaatori kadu.

Katalüsaatori koksistamine on teine ​​peamine deaktiveerimise põhjus, mida tuntakse ka katalüsaatori saastumise deaktiveerimisena. Seda põhjustab peamiselt süsiniku, lämmastiku ja muude reaktsiooni käigus tekkivate ainete sadestumine katalüsaatori pinnale. Tehnikarakendused on kinnitanud, et mõnel heterogeensel katalüsaatoril on teatud aja jooksul kõrge lagunemiskiirus, millele järgneb deaktiveerimine. Katalüsaatori pinna energiafotoelektrokeemilise kromatograafia (ESCA) analüüs näitab süsiniku sadestumist, mis takistab vedelas faasis reagentide ja katalüsaatori pinna vahelist kontakti, põhjustades seega deaktiveerumist.