Гетерогенный катализ - Гомогенный и гетерогенный катализ. Промышленный катализ. Технологические приемы ускорения и замедления реакций

Гетерогенный катализ - каталитические реакции, идущие на поверхности раздела фаз, образуемых катализатором и реагирующими веществами. Механизм гетерогенно-каталитических процессов значительно более сложен, чем в случае гомогенного катализа. В каждой гетерогенно-каталитической реакции можно выделить как минимум шесть стадий: Механизм гетерогенного катализа включает пять стадий, причем все они

Обратимы.

    1. Диффузия исходных веществ к поверхности катализатора. 2. Адсорбция исходных веществ на поверхности с образованием некоторого промежуточного соединения:

А + В + К --> АВК

3. Активация адсорбированного состояния (необходимая для этого энергия есть истинная энергия активации процесса):

АВК --> АВК#

4. Распад активированного комплекса с образованием адсорбированных продуктов реакции:

АВК# --> СDК

5. Десорбция продуктов реакции с поверхности катализатора.

СDК --> С + D + К

6. Диффузия продуктов реакции от поверхности катализатора.

Специфической особенностью гетерокаталитических процессов является способность катализатора к промотированию и отравлению.

Промотирование - увеличение активности катализатора в присутствии веществ, которые сами не являются катализаторами данного процесса (промоторов). Например, для катализируемой металлическим никелем реакции.

Катализатор, замедляющий скорость химической реакции, называют ингибитором.

СО + Н2 --> СН4 + Н2О

Введение в никелевый катализатор небольшой примеси церия приводит к резкому возрастанию активности катализатора.

Отравление - резкое снижение активности катализатора в присутствии некоторых веществ (т. н. каталитических ядов). Например, для реакции синтеза аммиака (катализатор - губчатое железо), присутствие в реакционной смеси соединений кислорода или серы вызывает резкое снижение активности железного катализатора; в то же время способность катализатора адсорбировать исходные вещества снижается очень незначительно.

Для объяснения этих особенностей гетерогенно-каталитических процессов Г. Тэйлором было высказано следующее предположение: каталитически активной является не вся поверхность катализатора, а лишь некоторые ее участки - т. н. активные центры, которыми могут являться различные дефекты кристаллической структуры катализатора (например, выступы либо впадины на поверхности катализатора). В настоящее время нет единой теории гетерогенного катализа. Для металлических катализаторов была разработана теория мультиплетов. Основные положения мультиплетной теории состоят в следующем:

    1. Активный центр катализатора представляет собой совокупность определенного числа адсорбционных центров, расположенных на поверхности катализатора в геометрическом соответствии со строением молекулы, претерпевающей превращение. 2. При адсорбции реагирующих молекул на активном центре образуется мультиплетный комплекс, в результате чего происходит перераспределение связей, приводящее к образованию продуктов реакции.

Теорию мультиплетов называют иногда теорией геометрического подобия активного центра и реагирующих молекул. Для различных реакций число адсорбционных центров (каждый из которых отождествляется с атомом металла) в активном центре различно - 2, 3, 4 и т. д. Подобные активные центры называются соответственно дублет, триплет, квадруплет и т. д. (в общем случае мультиплет, чему и обязана теория своим названием).

Например, согласно теории мультиплетов, дегидрирование предельных одноатомных спиртов происходит на дублете, а дегидрирование циклогексана - на секстете (рис. 2.10 - 2.11); теория мультиплетов позволила связать каталитическую активность металлов с величиной их атомного радиуса.

дегидрирование спиртов на дублете

Рис. 1.2 Дегидрирование спиртов на дублете

Рис. 1.3 Дегидрирование циклогексана на секстете

Похожие статьи




Гетерогенный катализ - Гомогенный и гетерогенный катализ. Промышленный катализ. Технологические приемы ускорения и замедления реакций

Предыдущая | Следующая