Endüstrinin hızlı büyümesi nedeniyle, kimyasal üretim, makine mühendisliği ve metalurjide katalitik reaksiyonlar giderek daha fazla talep görüyor. Katalizörlerin kullanımı sayesinde düşük kaliteli hammaddeleri değerli bir ürüne dönüştürmek mümkündür.
Önem
Katalitik reaksiyonlar, kullanılan çeşitli ajanlarla ayırt edilir. Organik sentezde dehidrojenasyon, hidrojenasyon, hidrasyon, oksidasyon ve polimerizasyonun önemli bir hızlanmasına katkıda bulunurlar. Katalizör, hammaddeleri bitmiş ürünlere dönüştüren bir "filozof taşı" olarak kabul edilebilir: lifler, ilaçlar, kimyasallar, gübreler, yakıtlar, plastikler.
Katalitik reaksiyonlar, onsuz normal yaşamın ve insan aktivitesinin imkansız olduğu çok sayıda ürünün elde edilmesini mümkün kılar.
Kataliz, içindeki işlemleri hızlandırmanıza olanak tanır.binlerce ve milyonlarca kez, bu yüzden şu anda çeşitli kimya endüstrilerinin %91'inde kullanılmaktadır.
İlginç gerçekler
Sülfürik asit sentezi gibi birçok modern endüstriyel işlem yalnızca bir katalizör kullanılarak gerçekleştirilebilir. Çok çeşitli katalitik maddeler, otomotiv endüstrisi için motor yağlarının oluşturulmasını sağlar. 1900 yılında, endüstriyel ölçekte ilk kez, bitkisel hammaddelerden (hidrojenasyon yoluyla) margarinin katalitik bir sentezi gerçekleştirildi.
1920'den beri, elyaf ve plastik üretiminde katalitik reaksiyonlar için bir mekanizma geliştirilmiştir. Bir dönüm noktası olayı, esterlerin, olefinlerin, karboksilik asitlerin ve ayrıca polimer bileşiklerinin üretimi için diğer başlangıç malzemelerinin katalitik üretimiydi.
Petrol arıtma
Geçen yüzyılın ortalarından bu yana, petrol rafinasyonunda katalitik reaksiyonlar kullanılmaktadır. Bu değerli doğal kaynağın işlenmesi, aynı anda birkaç katalitik süreci içerir:
- reform;
- çatlama;
- hidrosülfonasyon;
- polimerizasyon;
- hidrokraking;
- alkilasyon.
Geçen yüzyılın sonundan bu yana, atmosfere egzoz emisyonlarını az altmak için bir katalitik konvertör geliştirmek mümkün oldu.
Kataliz ve ilgili alanlardaki çalışmalar için birçok Nobel Ödülü verildi.
Pratik alaka düzeyi
Katalitik reaksiyon, hızlandırıcıların (katalizörlerin) kullanımını içeren herhangi bir işlemdir. Bu tür etkileşimlerin pratik önemini değerlendirmek için, nitrojen ve bileşikleri ile bağlantılı reaksiyonlar örnek olarak gösterilebilir. Bu miktar doğada çok sınırlı olduğundan, sentetik amonyak kullanılmadan gıda proteini oluşturulması çok sorunludur. Sorun, Haber-Bosch katalitik sürecinin geliştirilmesiyle çözüldü. Katalizörlerin kullanımı sürekli olarak genişlemektedir, bu da birçok teknolojinin verimliliğini artırmayı mümkün kılmaktadır.
Amonyak üretimi
Bazı katalitik reaksiyonları ele alalım. İnorganik kimyadan örnekler en yaygın endüstriler bazında verilmiştir. Amonyak sentezi, gaz halindeki maddenin hacminde bir azalma ile karakterize edilen ekzotermik, geri dönüşümlü bir reaksiyondur. İşlem, alüminyum oksit, kalsiyum, potasyum, silikon ilavesiyle gözenekli demir olan bir katalizör üzerinde gerçekleşir. Böyle bir katalizör, 650-830K sıcaklık aralığında aktif ve kararlıdır.
Geri dönüşümsüz olarak kükürt bileşikleri, özellikle karbon monoksit (CO) gönderir. Son birkaç on yılda, yenilikçi teknolojilerin tanıtılması sayesinde, baskı önemli ölçüde azaldı. Örneğin, basınç göstergesini 8106 - 15106 Pa'ya düşürmenizi sağlayan bir dönüştürücü yapılmıştır.
Ön devrenin modernizasyonu, içinde katalitik zehirler bulma olasılığını önemli ölçüde az alttı - kükürt bileşikleri,klor. Katalizör için gereksinimler de önemli ölçüde artmıştır. Daha önce demir oksitlerin (kireç) eritilmesi, magnezyum ve kalsiyum oksitlerin eklenmesiyle üretilmişse, şimdi kob alt oksit yeni bir aktivatör rolü oynuyor.
Amonyak oksidasyonu
Katalitik ve katalitik olmayan reaksiyonların özellikleri nelerdir? Amonyağın oksidasyonuna dayalı olarak belirli maddelerin eklenmesine bağlı olan işlemlerin örnekleri düşünülebilir:
4NH3+ 5O2=4NA+ 6H2O.
Bu işlem, seçici bir katalizörün yanı sıra yaklaşık 800°C'lik bir sıcaklıkta mümkündür. Etkileşimi hızlandırmak için platin ve manganez, demir, krom ve kob alt içeren alaşımları kullanılır. Şu anda, ana endüstriyel katalizör, platin ile rodyum ve paladyum karışımıdır. Bu yaklaşım, sürecin maliyetini önemli ölçüde düşürmeyi mümkün kıldı.
Su ayrışması
Katalitik reaksiyonların denklemleri göz önüne alındığında, su elektrolizi ile gaz halinde oksijen ve hidrojen elde etme reaksiyonu göz ardı edilemez. İşlem önemli enerji maliyetleri içerdiğinden endüstriyel ölçekte nadiren kullanılır.
Yaklaşık 5-10 nm (nano kümeler) partikül boyutuna sahip metal platin, böyle bir işlem için en uygun hızlandırıcı görevi görür. Böyle bir maddenin eklenmesi, suyun ayrışmasını yüzde 20-30 oranında hızlandırır. Diğer faydalar arasında platin karbon monoksit katalizörünün kararlılığı yer alır.
2010'daAmerikalı bilim adamlarından oluşan bir ekip, su elektrolizi için enerji tüketimini az altan ucuz bir katalizör aldı. Maliyeti platinden önemli ölçüde daha düşük olan bir nikel ve bor bileşiği haline geldiler. Bor-nikel katalizörü endüstriyel hidrojen üretiminde takdir görmüştür.
Alüminyum iyodür sentezi
Alüminyum tozunu iyot ile reaksiyona sokarak bu tuzu elde edin. Bir kimyasal reaksiyonu başlatmak için katalizör görevi görmek için bir damla su yeterlidir.
İlk olarak, alüminyum oksit film işlemin hızlandırıcısı olarak işlev görür. Suda çözünen iyot, hidroiyodik ve iyodik asitlerin bir karışımını oluşturur. Asit ise alüminyum oksit filmini çözerek kimyasal işlem için bir katalizör görevi görür.
Özetle
Her yıl modern endüstrinin çeşitli alanlarında katalitik süreçlerin uygulama ölçeği artıyor. Çevreye zararlı maddeleri nötralize etmenizi sağlayan katalizörler talep edilmektedir. Kömür ve gazdan sentetik hidrokarbonların üretimi için gerekli bileşiklerin rolü de büyüyor. Yeni teknolojiler, çeşitli maddelerin endüstriyel üretiminde enerji maliyetlerini düşürmeye yardımcı oluyor.
Kataliz sayesinde polimer bileşikleri, değerli özelliklere sahip ürünler elde etmek, yakıtı elektrik enerjisine dönüştürmek için teknolojileri modernize etmek, bunun için gerekli maddeleri sentezlemek mümkündür.insan hayatı ve faaliyetleri.
