Catalyst 지원

Catalyst support
폴리에틸렌 공업생산량의 약 절반에 사용되는 Phillips 촉매에서 크롬 촉매는 실리카에 지지된다.

화학에서 촉매 지지체란 일반적으로 표면적이 높은 고체로서 촉매가 [1]부착되어 있는 물질입니다.이종 촉매의 활성은 주로 물질의 접근 가능한 표면에 존재하는 원자에 의해 촉진됩니다.이것에 의해, 촉매의 비표면적을 최대화하기 위해서 큰 노력을 기울일 수 있다.표면적을 늘리는 일반적인 방법 중 하나는 촉매가 지지대 표면에 분포하는 것입니다.서포트가 비활성 상태이거나 촉매 반응에 관여할 수 있습니다.대표적인 지지대로는 다양한 종류의 탄소, 알루미나, [2]실리카 등이 있습니다.

서포트에 촉매 적용

지원되는 촉매의 준비에는 크게 두 가지 방법이 사용됩니다.함침방법은 고체 지지체의 현탁액을 전촉매 용액으로 처리한 후 그 후 전촉매(종종 금속염)를 보다 활성 상태로 변환하는 조건 하에서 활성화한다.이 경우 촉매 지지체는 보통 펠릿 형태로 되어 있습니다.또는 균질 용액에서 공침전법으로 지지촉매를 제조할 수 있다.예를 들어 알루미늄염과 전촉매의 산성용액을 베이스로 처리하여 혼합수산화물을 침전시키고, 그 후 [3]소성한다.

서포트는 보통 열적으로 매우 안정적이며 전촉매를 활성화하는 데 필요한 프로세스를 견뎌낸다.예를 들어, 많은 전촉매는 고온에서 수소의 흐름에 노출됨으로써 활성화된다.마찬가지로 촉매는 장시간 사용 후 오염되며, 이러한 경우 고온에서 산화 환원 사이클에 의해 재활성화되기도 한다.실리카에 지지된 산화크롬으로 구성된 Phillips 촉매는 뜨거운 [4]공기의 흐름에 의해 활성화됩니다.

스필오버

서포트는 종종 비활성 상태로 간주됩니다. 촉매 작용은 촉매 "섬"에서 발생하며 서포트는 높은 표면적을 제공하기 위해 존재합니다.다양한 실험을 통해 이 모형은 종종 지나치게 단순화된 것으로 나타났습니다.예를 들어, 수소나 산소와 같은 흡착제는 기체상에 재진입하지 않고도 지지대를 가로질러 섬과 상호작용하고 심지어 섬 사이를 이동할 수 있는 것으로 알려져 있다.흡착제가 지지대로 이동하거나 지지대로 이동하는 이 과정을 스필오버라고 합니다.예를 들어, 수소는 아마도 히드록시기로 [5]산화 지지대 위로 "분사"될 수 있을 것으로 예상된다.

촉매 침출

촉매와 서포트 사이의 상호작용이 불충분하기 때문에 서포트 대상 촉매의 장시간 사용 후 촉매의 용출이[clarification needed] 시간 경과에 따라 발생할 수 있습니다.침출수는 환경과 상업적 이유로 해롭다.친전자성 촉매의 경우 보다 기본적인 [6]지지대를 선택하여 이 문제를 해결할 수 있습니다.이 전략은 촉매 활동에 부정적인 영향을 미칠 수 있으므로 용출과 활동 간의 미묘한 균형이 필요합니다.[7]

강력한 금속과 서포트와의 상호작용

강력한 금속-지지 상호작용은 이종 촉매가 단지 불활성 물질에서 지지된다는 지나친 단순화를 강조하는 또 다른 사례입니다.백금 입자가 백금 지지 여부와 관계없이 각 표면 원자에 대해 화학량계2 PtH와 결합한다는2 연구 결과가 최초 증거를 제공했다.그러나 이산화티타늄을 지지하면 Pt는 동일한 화학량계로 더 이상 H와2 결합하지 않는다.이러한 차이는 백금에 대한 티타니아의 전자적 영향(강력한 금속-지지 상호작용)[8]에 기인합니다.

이종화 분자 촉매 작용

전이 금속 착체로 구성된 분자 촉매는 촉매 지지대에 고정되었습니다.그 결과 발생하는 재료는 원칙적으로 동종 촉매의 특징인 잘 정의된 금속 복합 구조와 이기종 촉매의 장점인 회수성 및 취급 편의성을 결합합니다.금속 복합 촉매를 서포트에 부착하기 위해 많은 양식이 개발되었습니다.그러나 이 기술은 일반적으로 이질화된 전이 금속 복합체가 [9]서포트에서 침출되거나 서포트에 의해 비활성화되기 때문에 상업적으로 실용성이 입증되지 않았습니다.

전기 촉매용 지지대

서포트는 촉매 나노 입자 또는 분말의 기계적 안정성을 제공하기 위해 사용됩니다.입자의 이동성을 줄이고 화학적 안정화를 선호하는 고정화를 지원합니다. 즉, 고체 캡핑제로 간주할 수 있습니다.또한 지지대를 통해 나노 입자를 쉽게 [10]재활용할 수 있습니다.

가장 유망한 지지대 중 하나는 다공성, 전자 특성, 열 안정성 및 활성 표면적 측면에서 그래핀입니다.

예

많은 자동차 촉매변환기에서 볼 수 있는 유형의 세라믹 코어 컨버터.

거의 모든 주요 이종 촉매가 다음 표에 나타나듯이 지원됩니다.

과정 반응물, 제품 촉매 지지하다
암모니아 합성(하버-보쉬 공정) N2 + H2, NH3 산화철 알루미나
증기 개질 수소 생산 CH4 + H2O, H2 + CO 니켈 K2O
산화 에틸렌 합성 C2H4 + O2, C2H4O 프로모터가 많은 은화 알루미나
지글러-나타 에틸렌 중합 프로필렌, 폴리프로필렌, 에틸렌, 폴리에틸렌 TiCl3 MgCl2
석유의 탈황(수소탈황) H2 + 유기황 화합물, RH + HS2 모코 알루미나

「 」를 참조해 주세요.

  • 유동층 원자로 – 상승유체에 부유된 고체입자와 다상화학반응을 일으키는 원자로

레퍼런스

  1. ^ IUPAC 골드북
  2. ^ Ma, Zhen; Zaera, Francisco(2006)."금속별 이종 촉매 작용"입력: 무기화학 백과사전, John Wiley. doi: 10.1002/0470862106.ia084
  3. ^ 를 클릭합니다Hudson, L. Keith; Misra, Chanakya; Perrotta, Anthony J.; Wefers, Karl; Williams, F. S. (2002). "Aluminum Oxide". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a01_557..
  4. ^ McDaniel, Max P. (2010). A Review of the Phillips Supported Chromium Catalyst and Its Commercial Use for Ethylene Polymerization. Advances in Catalysis. Vol. 53. pp. 123–606. doi:10.1016/S0360-0564(10)53003-7. ISBN 9780123808523.
  5. ^ Conner, W. Curtis.; Falconer, John L. (1995). "Spillover in Heterogeneous Catalysis". Chemical Reviews. 95 (3): 759–788. doi:10.1021/cr00035a014.
  6. ^ Aboelfetoh, Eman Fahmy; Fechtelkord, Michael; Pietschnig, Rudolf (2010). "Structure and catalytic properties of MgO-supported vanadium oxide in the selective oxidation of cyclohexane". Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 318 (1–2): 51–59. doi:10.1016/j.molcata.2009.11.007.
  7. ^ Aboelfetoh, Eman Fahmy; Pietschnig, Rudolf (2014). "Preparation, Characterization and Catalytic Activity of MgO/SiO2 Supported Vanadium Oxide Based Catalysts". Catalysis Letters. 144: 97–103. doi:10.1007/s10562-013-1098-z. S2CID 95557262.
  8. ^ Tauster, S. J. (1987). "Strong metal-support interactions". Accounts of Chemical Research. 20 (11): 389–394. doi:10.1021/ar00143a001.
  9. ^ Hübner, Sandra; De Vries, Johannes G.; Farina, Vittorio (2016). "Why Does Industry Not Use Immobilized Transition Metal Complexes as Catalysts?". Advanced Synthesis & Catalysis. 358: 3–25. doi:10.1002/adsc.201500846.
  10. ^ Hu, H.; Xin, J.H.; Hu, H.; Wang, X.; Miao, D.; Liu, Y. (2015). "Synthesis and stabilization of metal nanocatalysts for reduction reactions – a review". Journal of Materials Chemistry. 3 (21): 11157–11182. doi:10.1039/C5TA00753D. hdl:10397/8849.