Соотношение Бренстеда-Поляни и его применение для предвидения каталитического действия

3. КМ, полученные механическим смешением компонентов.
У всех катализаторов этого типа одной из начальных стадий производства является механическое смешивание компонентов друг с другом. В процессе приготовления катализатора возможно образование:
А) твердых растворов;
Б) химических соединений;
В) многофазных систем (механические смеси).
Существует «сухой» и «мокрый» способ смешения.
При мокром способе смешивают суспензию одних компонентов с раствором других, затем осадок отжимают от раствора на прессах, сушат и формуют. Получают достаточно однородную контактную массу.

При сухом способе компоненты смешивают с одновременным увлажнением образующейся смеси. Это необходимо для последующего формования.

Общая технология при таком способе производства КМ включает следующие операции:
1. Измельчение исходных компонентов
2. Смешение с увлажнением
3. Формовка
4. Термообработка
5. Отсев пыли.
Измельчение исходных материалов определяет однородность КМ. Высокая степень измельчения достигается в барабанных, шаровых и вибрационных мельницах. Смешение сыпучих материалов производят смесителями разных конструкций: барабанных, шнековых, лопастных и т.д. однородность КМ достигается интенсивным перемешиванием шихты.
Формовка может вестись любым способом чаще всего с использованием грануляторов тарельчатого типа.
Способом механического смешения компонентов получают:
Zn-Cr синтез метанола
СВД (Сульфованадат-диатомитовая КМ) SO_2→SO₃
Zn-Cr-Cu и НТК-4, 8 конверсия CO и др.


4. Плавленые КМ
Способ используют редко. Выпускают два типа плавленых катализаторов: металлические и оксидные.
Технология приготовления сравнительно проста и сводится к следующим операциям:
- приготовление шихты нужного состава
- расплавление шихты
- введение в расплав добавок
- формовка и охлаждение плава
- дробление массы до нужных размеров
- фракционный рассев
- активация катализатора.
Металлические катализаторы выпускают в виде сеток, спиралей, стружки, мелких кристаллов и сфер, полученных при разбрызгивании или распылении расплава в охлаждающую жидкость.
Условия проведения процесса плавления в значительной степени определяют качество получаемых КМ. Катализаторы, полученные таким способом, отличаются высокой прочностью и теплопроводностью, но имеют малую удельную поверхность.
Методом плавления получают:
Железные катализаторы синтеза аммиака например СА-1
Платиновый сетчатый катализатор окисления аммиака.


5. Скелетные КМ
Также как и плавленые КМ получают сплавлением исходных составляющих при высоких температурах.
Материалами для получения скелетных КМ служат двух- или многокомпонентные сплавы каталитически активных металлов с неактивными компонентами, которые можно затем можно удалить (Zn, Al, Mg, S, P и др.). По мере удаления из сплава неактивного компонента происходит перегруппировка атомов остающегося металла. Например, при выщелачивании алюминия из Ni-Al- сплава атомы никеля перестраиваются в кубическую решетку.
Наиболее распространены катализаторы из сплавов никеля с алюминием. Они отличаются высокой активностью, простотой приготовления, хорошей теплопроводностью и высокой механической прочностью.


6. Катализаторы на основе природных глин,
цеолитов, ионообменных смол.
В качестве природных катализаторов для ряда процессов (крекинг, полимеризация, этерификация и др.) могут быть использованы бокситы (алюминиевые руды), железная руда, различные глины. Природные катализаторы дешевы, технология их сравнительно проста. Она включает операции размола, формовки гранул и их активацию. Применяют различные способы формовки (экструзию, таблетирование, грануляцию). Активация исходного сырья заключается в удалении из него кислых или щелочных включений. При активации как правило увеличивается площадь поверхности КМ.
Наибольшее применение в промышленном катализе нашли природные глины: монтмориллонит, каолинит, бейделлит, бентонит и др. Они представляют собой смеси различных алюмосиликатов и продуктов их замещений а также содержат песок, известняк, оксиды железа, слюду и др. примеси.
Цеолитные катализаторы
Все природные и большинство синтетических цеолитов представляют собой кристаллические алюмосиликаты, содержащие оксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Они отличаются строго регулярной структурой пор, которые в обычных условиях заполнены молекулами воды. При осторожном нагревании цеолиты выделяют водяной пар, при этом сами не разрушаются.
Цеолитные катализаторы термически стабильны, устойчивы к таким контактным ядам, как сернистые и азотсодержащие соединения, металлы, не вызывают коррозии аппаратуры. В некоторых случаях они проявляют высокую активность без добавок промоторов, а в других при нанесении на них активных компонентов. Развитая поверхность (до 800 м²/г), способность к обмену катионами и высокая механическая прочность цеолитов позволяют использовать их в качестве носителей каталитически активной массы.
Для введения в полости или нанесения на поверхность кристаллов цеолитов активных компонентов используют методы ионного обмена, пропитки, соосаждения, адсорбции из газовой фазы, внесения соединений в процессе синтеза цеолитов, адсорбцию паров металлов.
Поскольку поры цеолитов имеют молекулярные размеры, они вмещают ограниченное число молекул, зависящее от природы соединения и условий его введения. Поэтому можно получать более дисперсионное распределение активных компонентов.
Органические КМ.
В промышленности нашла широкое применение пока одна группа органических, твердых катализаторов – ионообменные смолы (иониты), катализирующие химические превращения, протекающие по кислотно-основному механизму: этерификацию, алкилирование, дегидротацию, полимеризацию и другие.
Иониты представляют собой полимеры, имеющие в молекуле специфические функциональные группы, которые способны посылать в раствор, как катионы, так и анионы. В зависимости от характера генерируемых ионов смолы обладают свойствами либо полимерных твердых кислот (катиониты), или оснований (аниониты).