Гетерогенные каталитические процессы

В гетерогенно-каталитических процессах реагенты и катализатор находятся в разных фазах. Наиболее распространенными видами гетерогенного катализа являются реакции, происходящие на поверхности раздела двух фаз. Например: твердая фаза (кО-жидкая фаза (реагенты) или твердая фаза (kt) -газообразная фаза (реагенты). Например, дегидратация спиртов (kt - твердая фаза, реагенты - жидкая фаза); в синтезе карбонильных соединений по реакции Кучерова (kt - соли ртути - твердая фаза, реагенты С2Н2 - газ и Н20).

Преимущества гетерогенного катализа:

  • - высокая экономичность процессов, обусловленная легкостью отделения исходных и целевых продуктов от катализатора, что дает возможность организации непрерывных процессов;
  • - достаточная простота регенерации катализатора (часто путем простого сжигания продуктов, осевших на катализаторе).

Недостатки гетерогенного катализа:

  • - невысокая эффективность процессов, т.к. реакция идет на границе раздела фаз;
  • - сложность изучения механизма катализа обычными физикохимическими методами;
  • - низкая селективность процессов.

В зависимости от механизма действия катализаторов различают окислительно-восстановительный (или катализ с электронными переходами) и кислотно-основной (или ионный) гетерогенный катализ.

Окислительно-восстановительный катализ осуществляется на твердых телах - проводниках электрического тока (металлах и полупроводниках). Эти тела обладают рядом общих физико-химических свойств, связанных с наличием в них подвижных электронов. Механизм действия катализатора сводится к облегчению электронных переходов в реагирующих молекулах за счет собственных электронов катализатора.

Катализаторы, под влиянием которых протекают реакции с электронным механизмом, называют электронными:

  • - переходные металлы (Си, Ag, Fe, Ni, Со, Pt, Pd);
  • - окислы металлов (MgO, ZnO, CuO), сульфиды (WS3, MoS3);
  • - сложные окисные и сульфидные катализаторы (CuOCr203, CoOW03, NiS MoS3).

Примеры гетерогенных окислительно-восстановительных реакций:

1) окисление алканов

2) дегидрирование алканов

Ионный катализ протекает на твердых телах, не имеющих свободных носителей тока в объеме, т.е. на изоляторах.

Катализаторы, под влиянием которых протекают реакции с ионным механизмом, называют ионными:

  • - кислотно-основные катализаторы:
    • а) окислы некоторых металлов (А123, W203, Th02);
    • б) нейтральные и кислые соли (Са3(Р04)2, СаНР04, MgHP04);
    • в) протонные и апротонные кислоты на носителях (НР04 на А1203 или кизельгуре, BF3 на А1203).
  • - комплексообразующие соли переходных металлов на носителях (Си2С12, HgCl2, PdCl2).

Примеры гетерогенных кислотно-основных реакций:

1) гидролиз галогеналканов

2) изомеризация углеводородов (бутилен-1 в бутилен-2)

Катализаторы, под влиянием которых протекают реакции, совмещающие ионный и электронный механизмы, называют бифункциональными.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >