12.10.2 Состав катализаторов и требования к ним. Методы изготовления катализаторов

Каталитические реакции протекают в присутствии ускорителей процесса (катализаторов). Катализаторы могут ускорять химические реакции в сотни тысяч и в миллионы раз.

Благодаря их применению стало возможным проводить при очень высоких температурах такие экзотермические реакции, которые без катализатора были просто невозможны из-за того, что реакция могла бы начаться с заметной скоростью лишь при очень высоких температурах, соответствующих полному сдвигу равновесия в сторону исходных веществ, т.е. практически к нулевому выходу продукта.

Различают положительный и отрицательный катализ. Если катализатор ускоряет реакцию, то химическое явление носит название положительного катализа (или простого катализа). Отрицательным катализом называются химические процессы, скорость протекания которых замедляется (тормозится) под действием специальных веществ ингибиторов.

В химической технологии основное значение имеет положительный катализ. Катализаторы обладают избирательной способностью. Например, из этилового спирта путем избирательного действия катализатора в процессе химического превращения может быть получен один из следующих продуктов: ацетальдегид, этилен, дивинил.

Промышленные катализаторы редко являются индивидуальными веществами. Обычно они представляют собой смесь химических компонентов, дающих несколько кристаллических фаз, которую называют контактной массой. В ней одни вещества собственно катализаторы, а другие служат модификаторами, активаторами или носителями. Катализаторы называют смешанными, если они содержат в соизмеримых количествах не менее двух химических компонентов, обладающих индивидуальной каталитической активностью для данной реакции.

Катализаторами окислительно-восстановительного характера служат в основном металлы и их окислы, в качестве кислотно-основных катализаторов используют кислоты и щелочи.

Введение в состав контактной массы небольших количеств добавок, улучшающих свойства катализаторов, называется модифицированием, а сами добавки модификаторами. Модификаторы служат как правило, активаторами.

Активаторы и промоторы - такие вещества, которые сами по себе могут быть неактивными для данной реакции, но значительно улучшают свойства катализатора, поэтому деление на сложные и активированные катализаторы носит лишь ориентировочный характер.

Носители или трегеры- прочные пористые термостойкие материалы, на которые осаждением, пропитыванием или другими методами наносят катализатор. При нанесении каталитических веществ на пористый носитель достигается их тонкое диспергирование, создаются большие удельные поверхности при размерах пор, близких к оптимальным, и увеличивается термостойкость катализатора, поскольку затруднено спекание его кристалликов, разобщенных на поверхности носителя. При таком методе нанесения достигается экономия дорогих катализаторов, например платины, палладия, серебра. Носитель, как правило, влияет на активность катализатора, таким образом нет точной границы между понятием активатор и носитель. Наиболее часто в качестве носителей применяют оксид алюминия, силикагель, синтетические алюмосиликаты, каолин, пемзу, асбест, различные соли, уголь.

Катализаторы должны иметь надежную активность, избирательность, стабильность в работе, малую чувствительность к перегревам, должны легко регенерироваться, быть механиески прочными, иметь большую удельную поверхность, соответствующие размеры и т.д.