Katalizátorhordozók Készítette: Fehértói Judit Mester Dávid

Az előadások a következő témára: "Katalizátorhordozók Készítette: Fehértói Judit Mester Dávid"— Előadás másolata:

1 Katalizátorhordozók Készítette: Fehértói Judit Mester Dávid
Vegyészmérnök MSc Pórusos anyagok

2 Katalitikus rendszerek osztályozása
Homogén katalízis: Nincs fázishatár, gáz-és folyadék fázisban mehet végbe. Heterogén katalízis: Fázishatár választja el a katalizátort a reaktánsoktól. Számos fáziskombináció (pl:alkének polimerizációja foszforsav jelenlétében) Előnyök: könnyű elválaszthatóság, regenerálhatóság, visszaforgathatóság Hátrányok: aktív centrumok különböző aktivitása és hozzáférhetősége, rosszabb aktivitás

3 Heterogén katalizátor
Hordozós heterogén katalizátorok Hordozó + aktivitásért felelős komponens Hordozóval szemben támasztott követelmények: A hordozott komponens aktivitását ne csökkentse Ne reagálon a rekcióközeggel , reaktánssal Stabil legyen Nagy fajlagos felülettel rendelkezzen Könnyen előállítható és olcsó legyen

4 Katalizátorhordozók csoportosítása
1. Szervetlen amorf hordozók Oxidok, karbonátok, szulfátok, aktív szén, szilikagél 2. Szervetlen struktúrált szerkezetek a.) Természetes Zeolitok Agyagásványok Szilikagél, aktívszén b.) Mesterséges Zeolit típusú szilícium-dioxid szerkezetek Nanocsövek 3. Szerves amorf és struktúrált szerkezetek Polimerek, Műgyanták

5 Mezopórusos szilikátok I.
Előnyök: Oxidáló- és oldószereknek, valamint mechanikai hatásoknak ellenállnak Nagy hőstabilitás Könnyű előállítás Inertek a reaktánsokkal szemben Olcsó Gázok és folyadékok szelektív adszorpciója Mobilis K+, Na+, Ca2+, Mg2+ ionok

6 Mezopórusos szilikátok II.
Folyadékkristályos templát módszer → Változtatható felületű, struktúrájú, pórusméretű SiO2 szerkezetek Hosszú szénláncú alkilammónium-ion detergensekkel → MCM-41 és MCM-48

7 Mezopórusos szilikátok III.
MCM-41: Si-atomok lecserélése Ga3+ , Fe3+ ,Al3+ → Brönsted savas centrumok Redoxi katalizátorok: Si-atomok lecserélése: Cr3+ , Ti4+ , V4+ , Sn2+, Mn2+ ( aromások hidroszililezési reakciói, 1°és 2° alkoholok oxidációja) Amin vagy imin csoportok a szilika felületén → Fémek komplexálása, epoxidálási reakciók katalizálása

8 Mezopórusos szilikátok IV.
Pórusméret növelése Templát molekulák lánchosszának növelése Másodlagos templát molekula alkalmazása Pórusméret csökkentése Protikus oldószer adagolása a szilikátváz szintézis elegyéhez

9 Agyagásványok Előny: Felépítésük: Montmorillonit
Földfelszín gyakori elemei, nagy mennyiségben Jó szorpciós, ioncserélő, vízmegtartó képesség Nagy fajlagos felület (300 m2/ g), könnyű hozzáférés, mechanikai stabilitás Felépítésük: Tetraéderes Si és di-vagy trioktaéderes M (Mg2+ , Fe2+ , Al3+ ) kétdimenziós rétegeiből épülnek fel Montmorillonit (Clayzic: benzol+benzil-klorid → difenil-metán) (fenol+aceton → biszfenol A)

10 Aktív szén Felülete és pórus struktúrája jól változtatható
Egységes szemcseméretű hordozó kialakítása → Nagy mechanikai szilárdság

11 Katalizátorok készítése
Két fő lépés: Felvitel (diszperzió): Átalakítás: - Impregnálás - Redukció - Adszorpció oldatból - Kalcinálás - Együttlecsapás - Depozíció

12 Impregnálás Lépések: A fémsóval kitölteni a hordozó pórusait.
Az oldószer elpárologtatása. Felvitel két fajtája: A fémsó oldattal való permetezés. A hordozót keverik a fémsó oldathoz. Példák: Ni és Co aktív komponensek Al2O3 és MoO3 hordozón. Hátrány: Többkomponensű rendszerek esetén a megkötődés nem szelektív  eltérő koncentráció az egyes felületeken.

13 Adszorpció oldatból A hordozó aktív helyeire szelektív fémion bekötés. A hordozó formája: Por vagy részecske. Az adszorpció jellegét a hordozó felülete (és a pH) határozza meg. Speciális adszorpció: Ioncsere Na+ és NH4+ cseréje Ni2+ és Pt4+ ionokra. Példák: Ni- és Pd-tartalmú Y zeolitok.

14 Együttlecsapás (koprecipitáció)
Kiindulási fémsó: SO42-, NO3-, Cl- (acetát, formiát, oxalát). Szintézis lépései: A por vagy részecske alakú hordozót a fémsóhoz adják erős kevertetés mellett. Csapadékképződéshez szükséges lúgos komponens hozzáadása (Na+, K+, NH4+ - OH-, CO32-, HCO3-). Mosás, dekantálás, szűrés, szárítás. Kalcinálás. Előnyös: Alacsony c, magas T, lassú koaguláció  durvább csapadék

15 Depozíció Aktív komponens lerakódása a hordozó külső felületén. Eljárások: Porlasztás vagy oldat-fázisú. Drága katalizátorok előállítására használják (Pt – Re; Rh – Pd). Speciális depozíció: Gázfázisú leválasztás (CVD). A hordozót illékony szerves, vagy fémorganikus vegyülettel vonják be.

16 Katalizátorok jellemzése
1. Fizikai tulajdonságok 2. Kémiai tulajdonságok 3. Szerkezeti tulajdonságok

17 Fizikai tulajdonságok
Fajlagos felület: Gázadszorpciós eljárás. Pórustérfogat, pórusszélesség, pórusméter-eloszlás: Mikropórus: Pórus kitöltés (Dublin-Stoeckli elmélet). Mezopórus: Kapilláris kondenzáció (Kelvin-egyenlet). Makropórus: Hg-porozimetria. Aktív fém-eloszlás: Kemiszorpciós mérések. D=NS/NT Részecskék mérete, eloszlása, szerkezete és morfológiája: Röntgen pordiffrakció (XRD). Előny: In situ is. Egyéb módszerek: Elektronmikroszkóp módszerek (transzmissziós, nagyfelbontású, pásztázó, analitikai).

18 Kémiai tulajdonságok A felületi kémiai összetétele: Auger-elektron spektroszkópia (AES) Röntgen fotoelektron-spektroszkópia (XPS) Alacsony energiájú ionszórás (LEIS) Rutherford visszaszórás (RBS) Egyéb: Termoanalitika (TG, DSC), mikrokalorimetria, rezgési spektroszkópia, szilárd fázisú NMR.

19 Mechanikai tulajdonságok
Nyomószilárdság: Statikus módszerek. Az 1 cm-nél nagyobb gyűrű és henger alakú részecskék vizsgálata nyomóvizsgálattal történik. A szabálytalan részecskéket hidraulikus hengerben vizsgálják. Ütés és kopásállóság: Dinamikus módszerek.

20 Köszönjük a figyelmet!

21 Kérdések 1. Csoportosítsa a katalizátorhordozókat fajtájuk szerint! 2. Sorolja fel a katalizátorok készítésének fő lépéseit és azok fajtáit! 3. Mutassa be röviden (egyenként 2-3 mondatban) a diszperziós eljárásokat! 4. Ismertesse, milyen fizikai tulajdonságokat milyen módszerekkel lehet meghatározni! 5. Ismertesse, milyen kémiai tulajdonságokat milyen módszerekkel