Читайте также:
|
Каталитические процессы химической техноэкологии
Общая характеристика
Каталитические процессы распространены в природе и находят широкое применение в технике. В подавляющем большинстве современных химико-технологических процессов для управления скоростью химических реакций используют катализаторы. Катализаторы - это вещества, которые многократно вступая в промежуточное взаимодействие с исходными реагентами и продуктами, изменяют механизм реакции и увеличивают скорость достижения равновесия.
В настоящие время свыше 90% вводимых в действие многотоннажных химических процессов являются каталитическими. Ряд промышленных процессов удалось осуществить только благодаря применению катализаторов.
Каталитические реакции лежат в основе производства серной и азотной кислот, NH3, H2, гидролизных и пищевых производств. Особенно велико и разнообразно применение катализа в технологии органических веществ, прежде всего в органическом синтезе – в процессах окисления, гидрирования, дегидрирования, гидратации, дегидратации и др. Получение высокомолекулярных соединений полимеризацией и поликонденсацией мономеров осуществляется с участием катализаторов. На применении катализаторов основаны многие методы переработки нефтепродуктов и получение бензинов, а также производство жидкого моторного топлива из угля. Не менее важным является использование каталитических процессов для обезвреживания газовых выбросов и сточных вод.
Широкое применение каталитических процессов обусловлено прежде всего тем, что катализ является одним из важнейших способов интенсификации химических реакций и направления их в сторону образования необходимого продукта из нескольких возможных.
Сущность, основные положения и виды катализа
Катализомназывается изменение скорости химических реакций или их возбуждение врезультате воздействия веществ – катализаторов, которые участвуют в реакции, вступая в промежуточное химическое взаимодействие с реагентами, но восстанавливают свой химический состав по окончанию каталитического акта.
Основные положения, характеризующие механизм катализа:
1.Акт контактирования – это акт приобретения или отдачи ионов, электронов, протонов.
2.Ускорение реакции в присутствии катализатора происходит за счет уменьшения энергии активации путем изменения реакционного пути.
3.На поверхности катализатора образуются активные соединения, непрочные по времени существования, распад которых приводит к регенерации катализатора и образованию продуктов реакции.
4.Активное действие катализатора осуществляется не на всей его поверхности, а только отдельными участками, так называемыми активными центрами —это места (участки) с наиболее благоприятными условиями для ионного обмена. Активные центры— это микроструктурные дефекты поверхности: пики, ребра, трещины, углы на поверхности.
5.Не существует катализаторов, которые могут ускорять все процессы: для каждого процесса необходим свой специфический катализатор.
Катализаторами могут быть различные вещества: газы, жидкости, твердые тела.
По фазовому состоянию реагентов и катализатора каталитические процессы разделяют на две основные группы: гомогенные и гетерогенные. При гомогенном катализе катализатор и реагирующие вещества находятся в одной фазе – газе или растворе.
При гетерогенном катализе реагент и катализатор находятся в разных фазах.
Различают положительный и отрицательный катализ.
Если в присутствии катализатора реакции ускоряются, то это явление называют положительным катализом, и это понятие часто отождествляют с общим понятием «катализ».
Существуют и применяются вещества, замедляющие, тормозящие химические реакции, - антикатализаторы и ингибиторы. Это явление иногда называют отрицательным катализом. В промышленной практике положительный катализ имеет несравнимо большее значение, чем отрицательный.
Все каталитические реакции, происходящие при гомогенном катализе, делят по типу взаимодействия катализатора с реагирующими веществами на два основных класса:
–окислительно-восстановительные взаимодействия (ОВВ)
–кислотно-основные взаимодействия (КОВ)
Общий механизм электронного окислительно-восстановительного катализа заключается в обмене электронами между катализатором и реагентами, который облегчает электронные переходы в реагирующих молекулах.
Механизм обычного ионного, кислотно-основного катализа заключается в обмене протонами или ионами (катионами и анионами) между катализатором и реагирующими молекулами. Образующиеся промежуточные заряженные комплексы неустойчивы и распадаются или реагируют с другой молекулой. В обоих случаях катализатор регенерируется.
Типичными катализаторами для окислительно-восстановительных реакций являются переходные металлы или их оксиды, и сульфиды металлов: V2O5, MoO3, Cr2O3, MnO2, MoS3, WS2, СоО. Высокая каталитическая активность этих веществ обьясняется тем, что атомы переходных металлов могут существовать в различных степенях окисления, изменение которых не требует больших энергетических затрат.
Для кислотно-основных каталитических реакций типичными катализаторами являются растворенные кислоты и основания, твердые инертные вещества, пропитанные кислотами или основаниями, или твердые кислотные или основные катализаторы - ионные кристаллы, или ионные аморфные гели. В частности, протонные кислоты H2SO4, HF, апротонные BF3, AlCl3, фосфаты, сульфаты, Al2O3. Активными центрами в них является протонный центр Н+ или акцептор электронной пары, например, атом Al.
Дата добавления: 2015-02-22; просмотров: 63 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |