با توجه به رشد سریع صنعت، واکنش‌های کاتالیزوری در تولید مواد شیمیایی، مهندسی مکانیک و متالورژی بیشتر و بیشتر مورد تقاضا هستند. به لطف استفاده از کاتالیزورها، می توان مواد اولیه کم عیار را به محصولی با ارزش تبدیل کرد.
اهمیت
واکنش‌های کاتالیزوری با انواع عوامل مورد استفاده متمایز می‌شوند. در سنتز آلی، آنها به تسریع قابل توجهی در هیدروژن زدایی، هیدروژنه شدن، هیدراتاسیون، اکسیداسیون و پلیمریزاسیون کمک می کنند. این کاتالیزور را می‌توان «سنگ فیلسوف» در نظر گرفت که مواد خام را به محصولات نهایی تبدیل می‌کند: الیاف، داروها، مواد شیمیایی، کودها، سوخت‌ها، پلاستیک‌ها.
واکنش های کاتالیزوری به دست آوردن محصولات متعددی را ممکن می کند که بدون آنها زندگی عادی و فعالیت های انسانی غیرممکن است.
Catalysis به شما امکان می دهد تا فرآیندها را در داخل سرعت بخشیدهزاران و میلیون ها بار، به همین دلیل است که در حال حاضر در 91٪ از صنایع مختلف شیمیایی استفاده می شود.
حقایق جالب
بسیاری از فرآیندهای صنعتی مدرن، مانند سنتز اسید سولفوریک، تنها با استفاده از کاتالیزور قابل انجام هستند. طیف گسترده ای از عوامل کاتالیزوری تولید روغن موتور را برای صنعت خودرو تضمین می کند. در سال 1900، برای اولین بار در مقیاس صنعتی، سنتز کاتالیزوری مارگارین از مواد خام گیاهی (با هیدروژناسیون) انجام شد.
از سال 1920، مکانیزمی برای واکنش های کاتالیزوری در تولید الیاف و پلاستیک ایجاد شده است. یک رویداد برجسته تولید کاتالیزوری استرها، الفین ها، اسیدهای کربوکسیلیک و همچنین سایر مواد اولیه برای ساخت ترکیبات پلیمری بود.
تصفیه نفت
از اواسط قرن گذشته، واکنش های کاتالیزوری در پالایش نفت استفاده شده است. پردازش این منبع طبیعی ارزشمند شامل چندین فرآیند کاتالیزوری به طور همزمان است:
- اصلاح؛
- کرک;
- hydrosulfonation;
- پلیمریزاسیون؛
- هیدروکراکینگ;
- آلکیلاسیون.
از پایان قرن گذشته، امکان توسعه یک مبدل کاتالیزوری برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای در جو وجود داشته است.
چندین جایزه نوبل برای کار در کاتالیزور و زمینه های مرتبط اعطا شده است.
ارتباط عملی
واکنش کاتالیزوری هر فرآیندی است که شامل استفاده از شتاب دهنده ها (کاتالیزورها) باشد. برای ارزیابی اهمیت عملی چنین برهمکنش هایی، می توان به عنوان مثال واکنش های مرتبط با نیتروژن و ترکیبات آن را ذکر کرد. از آنجایی که این مقدار در طبیعت بسیار محدود است، ایجاد پروتئین غذایی بدون استفاده از آمونیاک مصنوعی بسیار مشکل ساز است. مشکل با توسعه فرآیند کاتالیزوری هابر-بوش حل شد. استفاده از کاتالیزورها به طور مداوم در حال گسترش است که باعث می شود کارایی بسیاری از فناوری ها افزایش یابد.
تولید آمونیاک
بیایید برخی از واکنش های کاتالیزوری را در نظر بگیریم. نمونه هایی از شیمی معدنی بر اساس رایج ترین صنایع ارائه شده است. سنتز آمونیاک یک واکنش گرمازا و برگشت پذیر است که با کاهش حجم ماده گازی مشخص می شود. این فرآیند بر روی یک کاتالیزور انجام می شود که آهن متخلخل با افزودن اکسید آلومینیوم، کلسیم، پتاسیم، سیلیکون است. چنین کاتالیزوری در محدوده دمایی 650-830K فعال و پایدار است.
به طور برگشت ناپذیر ترکیبات گوگردی، به ویژه مونوکسید کربن (CO) را برای آن ارسال کنید. در طول چند دهه گذشته، به لطف معرفی فن آوری های نوآورانه، فشار به طور قابل توجهی کاهش یافته است. به عنوان مثال، مبدلی ساخته شده است که به شما امکان می دهد نشانگر فشار را به 8106 - 15106 Pa کاهش دهید.
مدرن سازی مدار جلو به طور قابل توجهی احتمال یافتن سم کاتالیزوری را در آن کاهش داده است - ترکیبات گوگردی،کلر نیاز به کاتالیزور نیز به میزان قابل توجهی افزایش یافته است. اگر قبلاً با ذوب اکسیدهای آهن (مقیاس)، افزودن اکسیدهای منیزیم و کلسیم تولید می شد، اکنون اکسید کبالت نقش یک فعال کننده جدید را بازی می کند.
اکسیداسیون آمونیاک
ویژگی های واکنش های کاتالیزوری و غیرکاتالیستی چیست؟ نمونه‌هایی از فرآیندهایی که به افزودن مواد خاص بستگی دارند را می‌توان بر اساس اکسیداسیون آمونیاک در نظر گرفت:
4NH3+ 5O2=4NO+ 6H2O.
این فرآیند در دمای حدود 800 درجه سانتیگراد و همچنین یک کاتالیزور انتخابی امکان پذیر است. برای تسریع برهمکنش از پلاتین و آلیاژهای آن با منگنز، آهن، کروم و کبالت استفاده می شود. در حال حاضر کاتالیزور اصلی صنعتی مخلوطی از پلاتین با رودیوم و پالادیوم است. این رویکرد امکان کاهش قابل توجه هزینه فرآیند را فراهم کرد.
تجزیه آب
با در نظر گرفتن معادلات واکنش های کاتالیزوری، نمی توان واکنش به دست آوردن اکسیژن و هیدروژن گازی با الکترولیز آب را نادیده گرفت. این فرآیند مستلزم هزینه های انرژی قابل توجهی است، بنابراین به ندرت در مقیاس صنعتی استفاده می شود.
فلز پلاتین با اندازه ذرات حدود 5-10 نانومتر (نانوخوشه ها) به عنوان یک شتاب دهنده بهینه برای چنین فرآیندی عمل می کند. معرفی چنین ماده ای تجزیه آب را 20-30 درصد تسریع می کند. مزایای دیگر شامل پایداری کاتالیزور مونوکسید کربن پلاتین است.
در سال 2010تیمی از دانشمندان آمریکایی یک کاتالیزور ارزان دریافت کردند که مصرف انرژی برای الکترولیز آب را کاهش می دهد. آنها به ترکیبی از نیکل و بور تبدیل شدند که هزینه آن به طور قابل توجهی کمتر از پلاتین است. کاتالیزور بور نیکل در تولید هیدروژن صنعتی مورد توجه قرار گرفته است.
سنتز یدید آلومینیوم
این نمک را با واکنش پودر آلومینیوم با ید دریافت کنید. یک قطره آب برای شروع یک واکنش شیمیایی به عنوان کاتالیزور کافی است.
ابتدا، فیلم اکسید آلومینیوم به عنوان یک تسریع کننده فرآیند عمل می کند. ید که در آب حل می شود، مخلوطی از اسیدهای هیدرویدیک و یدیک را تشکیل می دهد. اسید، به نوبه خود، فیلم اکسید آلومینیوم را حل می کند و به عنوان یک کاتالیزور برای فرآیند شیمیایی عمل می کند.
خلاصه
هر سال، مقیاس کاربرد فرآیندهای کاتالیزوری در حوزه‌های مختلف صنعت مدرن افزایش می‌یابد. کاتالیزورهایی مورد تقاضا هستند که به شما امکان می دهند مواد خطرناک برای محیط زیست را خنثی کنید. نقش ترکیبات لازم برای ساخت هیدروکربن های مصنوعی از زغال سنگ و گاز نیز در حال رشد است. فن آوری های جدید به کاهش هزینه های انرژی در تولید صنعتی مواد مختلف کمک می کند.
به لطف کاتالیز، می توان ترکیبات پلیمری، محصولات با خواص ارزشمند، مدرنیزه کردن فن آوری برای تبدیل سوخت به انرژی الکتریکی، سنتز مواد لازم برایزندگی و فعالیت های انسانی.
