ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Сложные катализаторы и каталитические системы из "Инженерная химия гетерогенного катализа" Промышленные катализаторы большей частью представляют собой многокомпонентные и многофазные системы. К такого рода составам пришли эмпирически, часто в результате длительного поиска и последующего усовершенствования катализаторов. Одним из оснований для создания сложных катализаторов были наблюдения, что каталитическая активность двух пли нескольких соединений часто не аддитивна, а принимает экстремальные значения. Теоретические основы механизма действия и подбора сложных катализаторов серьезно стали разрабатываться сравнительно недавно и иока еще полностью не ясны. Здесь будут рассмотрены некоторые вопросы теории сложных катализаторов, непосредственно связанные с общей теорией катализа. [c.44] Сложность состава катализаторов может быть следствием трех причин промотирования или, точное, модифицирования применения в качестве катализаторов смеси нескольких веществ применения катализаторов на носителях. На практике при приготовлении катализаторов весьма часто применяют сразу все три приема. [c.44] Модифицированные катализаторы. Промотированием называют добавку к катализатору небольшого количества другого вещества (веществ) с целью повышения его активности. Хотя этот термин укоренился в литературе по катализу, часто правильнее применять более общий термин — модифицирование. Этот термин лучше передает механизм действия добавок, поскольку одна и та же добавка в разных количествах часто может как повышать, так и понижать активность катализатора. Влияние добавок на селективность достаточно сложно и обычно связано с уменьшением активности катализатора в одном направлении и увеличением в другом. Наконец существуют добавки, влияющие па стабильность катализаторов. Поэтому под модифицированием катализаторов мы будем понимать введение в пих небольших количеств добавок, изменяющих свойства катализаторов в нужную сторону. Сами эти добавки мы будем называть модификаторами. [c.44] Фазовые модификаторы — это такие добавки, которые способствуют образованию или сохранению в катализаторе фазы, обладающей наибольшей активностью. Согласно Жермену [17], так действует СгОд в медно-хромовых катализаторах Адкинса, где окись хрома препятствует полному восстановлению окиси меди в неактивную медь. [c.45] Смешанные катализаторы отличаются от модифицированных тем, что добавки к основному компоненту вводят не в малых, а в соизмеримых количествах, вплоть до случаев, когда нет оснований считать один из компонентов основным. Естественно, что граница между смешанными и модифицированными катализаторами весьма условна, так же как и граница между смешанными катализаторами и катализаторами на носителях. [c.45] Теоретически возможен ряд причин, по которым смешанные катализаторы могут обладать большей активностью и лучшими свойствами, чем однокомпонентные. Мы изложим две наиболее обоснованные из них. [c.45] Во-первых, компоненты смешанного катализатора в процессе его формирования могут реагировать между собой с образованием нового, более активного соединения. В этом случае катализатор фактически не является смешанным (например, висмут-молибдено-вый катализатор в реакции синтеза нитрилакриловой кислоты окислительным аммонолизом пропилена [851). [c.45] Катализаторы на носителях, вероятно, являются наиболее распространенным типом сложных катализаторов. Они получили широкое распространение благодаря удобству их практического применения (подробнее см. главу V). В этих катализаторах активную часть наносят на инертную подкладку — носитель. Таким образом, эти катализаторы как минимум, двухфазны. Возможно троякого рода влияние носителя на каталитический процесс 1) увеличение поверхности катализатора 2) влияние пористой структуры носителя на активность и избирательность (эта проблема целиком относится к вопросам, связанным с диффузионными явлениями) и 3) специфическое действие носителя. [c.46] До сравнительно недавнего времени носитель рассматривали как инертную составляющую катализатора. Обычно как доказательство инертности носителей приводится отсутствие у них каталитической активности. Однако, как указывалось несколько выше, и у других типов сложных катализаторов один из компонентов может не обладать каталитической активностью. Шваб [87] показал, что при варьировании носителей для одного и того же активного компонента изменяется не только удельная каталитическая активность последнего, но и электрические свойства получаемого катализатора (электропроводность). Следовательно, влияние носителя может иметь электронную природу, что должно также вытекать из теории явлений в пограничных слоях металлов и полупроводников. [c.46] Некоторые исследователи, например Кобозев и его сотрудники [88], придавали большое значение вопросу концентрации активного компонента на носителе. Во многих случаях установлено, что удельная активность катализатора растет по мере понижения концентрации активного компонента на носителе, а в некоторых случаях удалось установить и точки максимума для этой зависимости [89]. При оценке результатов экспериментов по сравнительной активности катализаторов на носителях надо иметь в виду, что, как показали электронно-микроскопические исследования [90], активные компоненты (металлы или окислы) часто образуют на носителе скопления кристаллов или сферолитов. [c.46] Еще в 1946 г. Наумовым [91 ], вероятно, впервые было строго доказано на примере реакции изомеризации окиси этилена, что механическая смесь двух компонентов (силикагеля и окиси алюминия) в условиях, исключающих их взаимодействие (температура 200° С), обладает значительно более высокой активностью, чем каждый из компонентов в отдельности. В 1958 г. метод механического смешивания платинированного угля с алюмосиликагелем был предложен для получения активных катализаторов гидродеалкили-рования [92]. В 1964 г. Никс и Вейз показали эффективность такого приема при проведении ароматизации парафинов на смеси алюмосиликатного и дегидрирующего платинового катализаторов [93]. В настоящее время полифункциональные катализаторы широко применяют в основном в процессах превращения углеводородов [94, 95]. Чтобы провести сложное превращение веществ, приходится иметь дело с многоступенчатым процессом, протекающим в виде серии последовательных и параллельных реакций. В этом случае часто недостаточно эффективно применять один катализатор, так как при этом ускоряется лишь одна ступень процесса. [c.47] наряду с двумя твердыми катализаторами в виде механической смеси, в каталитическую систему входит и хлористый водород, который играет в данном случае роль гомогенного катали- затора. [c.48] Вернуться к основной статье