ОПТ
Честные
82% от LME
X

Ваше сообщение успешно отправлено!

Заказать звонок

Типы катализаторов

Типы катализаторов

Типы катализаторов
Катализаторы могут быть гетерогенными или гомогенными в зависимости от того, существует ли катализатор в той же фазе, что и подложка . Биокатализаторы (ферменты) часто рассматриваются как отдельная группа.

Неоднородные катализаторы

Микропористая молекулярная структура цеолита ZSM-5 используется в катализаторах, используемых на нефтеперерабатывающих заводах

Цеолиты экструдируют в виде гранул для удобной обработки в каталитических реакторах.Гетерогенные катализаторы действуют в другой фазе, чем реагенты . Большинство гетерогенных катализаторов представляют собой твердые вещества, которые действуют на подложки в жидкой или газообразной реакционной смеси . Известны разнообразные механизмы реакций на поверхностях в зависимости от того, как происходит адсорбция ( Ленгмюр-Хиншельвуд , Эли-Ридеаль и Марс-ван Кревелен). Общая площадь поверхности твердого тела оказывает важное влияние на скорость реакции. Чем меньше размер частиц катализатора, тем больше площадь поверхности для заданной массы частиц.

Неоднородный катализатор имеет активные участки , которые представляют собой поверхности атомов или кристаллов, где реакция действительно происходит. В зависимости от механизма активным участком может быть либо плоская открытая металлическая поверхность, край кристалла с несовершенной металлической валентностью, либо сложная комбинация двух. Таким образом, не только большая часть объема, но и большая часть поверхности гетерогенного катализатора могут быть каталитически неактивными. Для выяснения характера активного сайта требуются технически сложные исследования. Таким образом, эмпирическое исследование для выяснения новых комбинаций металлов для катализа продолжается.

Например, в процессе Хабера тонкоизмельченное железо служит катализатором синтеза аммиака из азота и водорода . Реакционные газы адсорбируются на активных участках на частицах железа. После физического адсорбции реагенты подвергаются хемосорбции, что приводит к диссоциации в адсорбированные атомные виды, а новые связи между полученными фрагментами частично объясняются
их непосредственной близостью. Таким образом, особенно сильная тройная связьВ азоте, что было бы крайне необычным в газовой фазе из-за его высокой энергии активации. Таким образом, энергия активации общей реакции снижается и скорость реакции возрастает. Другое место, где применяется гетерогенный катализатор, заключается в окислении диоксида серы на оксиде ванадия (V)
для получения серной кислоты .

Гетерогенные катализаторы обычно « поддерживаются », что означает, что катализатор диспергируется на втором материале, который повышает эффективность или минимизирует их стоимость. Поддерживает предотвращение или уменьшение агломерации и спекания небольших частиц катализатора, подвергая большую площадь поверхности, таким образом, катализаторы имеют более высокую удельную активность (на грамм) на носителе. Иногда носитель представляет собой просто поверхность, на которой катализатор распространяется, чтобы увеличить площадь поверхности. Чаще всего носитель и катализатор взаимодействуют, влияя на каталитическую реакцию. Опорами являются пористые материалы с высокой площадью поверхности, чаще всего оксид алюминия , цеолиты или различные виды активированного угля . Специализированные опоры включают двуокись кремния, Диоксид титана , карбонат кальция и сульфат бария .

Электрокатализаторы

В контексте электрохимии , в частности, в разработке топливных элементов , различные металлосодержащие катализаторы используются для повышения скорости полуреакций, которые содержат топливный элемент. Один из распространенных типов топливных элементов электрокатализатора основан на наночастицы из платины , которые поддерживаются на несколько крупных углеродные частицах. При контакте с одним из электродов в топливном элементе эта платина увеличивает скорость восстановления кислорода либо до воды, либо до гидроксида или перекиси водорода .

Однородные катализаторы

Однородные катализаторы функционируют в той же фазе, что и реагенты, но механические принципы, используемые в гетерогенном катализе, обычно применимы. Обычно гомогенные катализаторы растворяют в растворителе с субстратами. Один пример гомогенного катализа включает влияние H + на этерификацию карбоновых кислот, такое как образование метилацетата из уксусной кислоты и метанола . Для неорганических химиков гомогенный катализ часто является синонимом металлоорганических катализаторов .

Органокатализ

В то время как переходные металлы иногда привлекают наибольшее внимание при изучении катализа, небольшие органические молекулы без металлов также могут проявлять каталитические свойства, что видно из того факта, что многие ферменты не имеют переходных металлов. Обычно органические катализаторы требуют более высокой загрузки (количество катализатора на единицу количества реагента, выраженное в мол.% Количества вещества ), чем катализаторы на основе переходного металла (на основе), но эти катализаторы обычно коммерчески доступны навалом, что помогает уменьшить расходы. В начале 2000-х годов эти органокатализаторы считались «новым поколением» и были конкурентоспособны по сравнению с традиционными металлами(-ион) -содержащих катализаторов.
Предполагается, что органокатализаторы действуют как свободные от металлов ферменты, использующие, например, нековалентные взаимодействия, такие как водородная связь . Дислокационный органокатализ делится на применение ковалентных (например, пролина , DMAP ) и нековалентных (например, тиомочевинных органокаталитических ) органокатализаторов, относящихся к предпочтительному связыванию катализатора и субстрата , соответственно.

Фотокатализаторы
Фотокатализ - это явление, при котором катализатор может получать свет (например, видимый свет), продвигаться в возбужденное состояние, а затем подвергаться межсистемному пересечению с исходным материалом, возвращаясь в основное состояние без потребления. Возбужденное состояние исходного материала будет подвергаться реакциям, которые обычно не могут быть непосредственно освещены. Например, синглетный кислород обычно получают путем фотокатализа. Фотокатализаторы также являются основным компонентом солнечных элементов, чувствительных к красителю .

Ферменты и биокатализаторы
В биологии ферменты являются белковыми катализаторами метаболизма и катаболизма . Большинство биокатализаторов являются ферментами, но другие классы биомолекул, не содержащие белок, также обладают каталитическими свойствами, включая рибозимы и синтетические дезоксирибозимы .

Биокатализаторы можно рассматривать как промежуточные между гомогенными и гетерогенными катализаторами, хотя, строго говоря, растворимые ферменты являются гомогенными катализаторами, а мембранные ферменты гетерогенны. Несколько факторов влияют на активность ферментов (и других катализаторов), включая температуру, рН, концентрацию фермента, субстрата и продуктов. Особенно важным реагентом в ферментативных реакциях является вода, которая является продуктом многих связывающих реакций и реагента во многих процессах разрыва связей.

В биокатализе ферменты используются для подготовки многих товарных химических веществ, включая кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы и акриламид .

Некоторые моноклональные антитела , связывающая мишень которых является стабильной молекулой, которая напоминает переходное состояние химической реакции, может функционировать как слабые катализаторы для этой химической реакции, уменьшая ее энергию активации. Такие каталитические антитела иногда называют « абзимами ».

Нанокатализаторы

Нанокатализаторы представляют собой наноматериалы с каталитической активностью. Они широко изучены для широкого спектра применений. Среди них нанокатализаторы с ферментной имитирующей активностью в совокупности называются нанозимами .

Тандемный катализ
В тандемном катализе два или более разных катализатора соединяются в реакции с одним горшком.

Автокатализ

В автокатализе катализатор является продуктом общей реакции, в отличие от всех других типов катализа,  рассмотренных в этой статье. Простейшим примером автокатализа является реакция типа A + B > 2 B на одном или нескольких этапах. Общая реакция просто A > B, так что B является продуктом. Но так как B также является реагентом, он может присутствовать в уравнении скорости и влияет на скорость реакции. По мере протекания реакции концентрация В возрастает и может ускорить реакцию в качестве катализатора. По сути, реакция ускоряется или автокатализируется.

Реальный пример - гидролиз сложного эфира, такого как аспирин, в карбоновую кислоту и спирт . В отсутствие добавленных кислотных катализаторов продукт карбоновой кислоты катализирует гидролиз.

Возврат к списку


111222