Что такое «катализ»?
Термин «катализ» предложил в 1835 г. Йёнс Якоб Берцелиус, шведский академик и почетный иностранный член Санкт-Петербургской академии наук. Он образовал его из двух греческих слов: «káto» (вниз) и «λύειν» (отпускать), которые образуют греческое же слово «καταλύειν» – разрушение. Берцелиус писал, что «… катализатор производит на другие тела действие, весьма отличающегося от химического сродства. Катализатор производит разрушение в веществах и создает новые, в состав которых он сам не входит».
4 интересных факта о катализе
- Одним из первых неорганических катализаторов была серная кислота, которую использовал в 1552 г. Валериус Кордус (1514-1554 гг.) для конвертации спирта в эфир. Серная кислота и сегодня широко используется в качестве катализатора в нефтепереработке.
- Нобелевскую премию по химии в 2010 г. получили Ричард Хек, Эйичи Негиси и Акира Судзуки за разработку реакции палладиевого катализа. В отличие от традиционных реакций, она не разрушает молекулу, но способствует образованию одинарных связей между атомами углерода в молекулах. Именно эти трое ученых сыграли важнейшую роль в массовом распространении светодиодов, которые освещают сегодня наши дома и украшают вечером город. Также они сыграли роль в удешевлении противораковых средств, цена которых обычно заоблачна. Реакция Судзуки легла в основу производства фунгицидов – консервантов для продуктов и новых антибиотиков. Методы, примененные этими учеными, позволяют получить органическую молекулу любой сложности, подобную натуральной.
- Катализ меняет скорость реакции не только в сторону увеличения (положительный катализ). Отрицательный катализ (ингибирование) замедляет скорость течения химической реакции.
- Процесс исследования источников энергии на основе водорода получил новый толчок при открытии учеными из группы Даниеля Носера (Daniel Nocera) в 2010 г. дешевых катализаторов расщепления воды, на основе распространенных в природе и дешевых (относительно драгметаллов) соединений никеля и бора. Водород является наиболее чистым в природоохранном отношении источником получения энергии.
Платина и катализ: история и современные тенденции в промышленном применении
Использование платины в качестве катализатора берет свое начало от 1820 г., когда Иоганн Дёберайнер продемонстрировал окисление водорода в присутствии катализатора. В 1831 г. Перегрин Филипс изобрел «процесс свинцовой камеры» для получения концентрированной серной кислоты каталитическим окислением оксида серы с помощью платинового катализатора. Это дало толчок развитию химической промышленности.
Платина – настоящий «мастер на все руки» в мире каталитиза. Она используется и для расщепления нефти на качественные топливные фракции (каталитический риформинг), и для удаления продуктов горения из воздуха доокислением. В автомобильной промышленности тройной катализатор из родия, платины и палладия используется для практически полного удаления продуктов сжигания углеводородов. Сначала на восстановительном катализаторе на платиновой основе осуществляется расщепление оксидов азота на кислород и азот, затем высвободившимся кислородом угарный газ (CO) доокисляется до относительно безвредного углекислого газа (СО2). Впервые каталитический конвертер был применен в автомобильной промышленности в 1975 г., что позволило убрать кислородные аппараты с улиц Токио, задыхавшегося от смога.
Известна проблема металлической ртути в дымовых газах, которая не может быть уловлена в мокром скруббере – основном оборудовании очистки дымовых газов. Каталитическое окисление на углеродном катализаторе в присутствии галогенов переводит ртуть в форму растворимого оксида, который удаляется вместе со стоками. Степень очистки от ртути данной технологией достигает 100 %. Проблемы: в до сих пор недостаточном понимании механизма окисления ртути и, как следствие, – нестабильности и относительно невысокой эффективности каталитического процесса.
Эмиссии ЛОС (летучих органических соединений) являются основным путем загрязнения атмосферы. Главные источники ЛОС – нефтехимические производства, автомобильный транспорт, разложение биокомпонентов, фармацевтика, производство тканей и пр. Наиболее распространенные ЛОС – это галогенные соединения, альдегиды, спирты, кетоны, ароматические углеводороды. Высокие концентрации ЛОС приводят к раздражениям слизистых, тошноте, головокружению и головным болям. Многие ЛОС канцерогенны для человека и животных. Некоторые ядовиты и даже смертельно опасны.
Наиболее распространенной технологией борьбы с выбросами ЛОС является каталитическое окисление, отличающееся широким спектром эффективности и относительно мягкими рабочими условиями. Недостатки каталитического окисления – дорогие и высокотехнологичные компоненты, использование драгоценных или дорогостоящих металлов: платины, золота, серебра, рутения, палладия, иридия и пр., и падение эффективности процесса в случае изменения условий его протекания – легко окупаются высокой степенью очистки и общей экономической эффективностью.
Недавняя совместная работа исследовательских групп Йонг Вана из Вашингтонского Университета, Школы химической инженерии и биоинженерии им. Джина и Линды Войланд и группы катализа Абхай К. Датье из Университета Нью-Мексико позволила получить катализатор, работающий в супершироком диапазоне температур от 150 до 750 °С, путем интеграции отдельных атомов платины в материал из оксида церия. Это позволит как справиться с пиковыми нагрузками, так и решить известную проблему «холодного старта», то есть большого количества загрязнителей, выбрасываемого при низкой температуре не разогретого процесса. Атомы платины при высокой температуре имеют тенденцию «сбиваться» в кластеры, тем самым уменьшая эффективность катализатора. Именно поэтому платиновые катализаторы следует периодически тестировать на эффективность удаления загрязнителей. Удержание атомов платины в оксиде церия противодействует процессу слипания атомов платины.
Ознакомиться с модельным рядом и заказать газоочистное оборудование можно в Каталоге каталитических установок SC. Специалисты компании ЗАО «БТ» ответят на все вопросы, касающиеся утилизации газовых выбросов, и помогут подобрать оптимальное технологическое решение, адаптированное под нужды конкретного объекта.
При использовании материала/любой его части (медиаконтента) ссылка на авторство и сайт (https://safecat.ru) обязательна.
