Do sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp, các phản ứng xúc tác ngày càng trở nên có nhu cầu nhiều hơn trong sản xuất hóa chất, cơ khí và luyện kim. Nhờ sử dụng chất xúc tác, có thể biến những nguyên liệu thô cấp thấp thành một sản phẩm có giá trị.
Ý nghĩa
Phản ứng xúc tác được phân biệt bởi nhiều loại tác nhân được sử dụng. Trong tổng hợp hữu cơ, chúng góp phần tăng tốc đáng kể quá trình dehydro hóa, hydro hóa, hydrat hóa, oxy hóa và polyme hóa. Chất xúc tác có thể được coi là "viên đá của triết gia" biến các nguyên liệu thô thành các thành phẩm: sợi, thuốc, hóa chất, phân bón, nhiên liệu, nhựa.
Phản ứng xúc tác giúp bạn có thể thu được nhiều sản phẩm mà cuộc sống bình thường và hoạt động của con người là không thể.
Xúc tác cho phép bạn tăng tốc quá trình tronghàng nghìn và hàng triệu lần, đó là lý do tại sao nó hiện được sử dụng trong 91% các ngành công nghiệp hóa chất khác nhau.
Sự thật thú vị
Nhiều quy trình công nghiệp hiện đại, chẳng hạn như quá trình tổng hợp axit sulfuric, chỉ có thể được thực hiện bằng cách sử dụng chất xúc tác. Một loạt các tác nhân xúc tác đảm bảo tạo ra dầu động cơ cho ngành công nghiệp ô tô. Năm 1900, lần đầu tiên ở quy mô công nghiệp, một quá trình tổng hợp xúc tác bơ thực vật từ nguyên liệu thực vật (bằng cách hydro hóa) đã được thực hiện.
Từ năm 1920, một cơ chế đã được phát triển cho các phản ứng xúc tác trong sản xuất sợi và nhựa. Một sự kiện mang tính bước ngoặt là sản xuất chất xúc tác của este, olefin, axit cacboxylic, cũng như các nguyên liệu ban đầu khác để sản xuất các hợp chất polyme.
Lọc dầu
Từ giữa thế kỷ trước, phản ứng xúc tác đã được sử dụng trong quá trình lọc dầu. Quá trình xử lý tài nguyên thiên nhiên quý giá này bao gồm một số quá trình xúc tác cùng một lúc:
- cải cách;
- nứt;
- hydrosulfonation;
- trùng hợp;
- hydrocracking;
- alkyl hóa.
Từ cuối thế kỷ trước, người ta đã có thể phát triển một bộ chuyển đổi xúc tác để giảm lượng khí thải vào khí quyển.
Một số giải Nobel đã được trao cho công việc trong lĩnh vực xúc tác và các lĩnh vực liên quan.
Phù hợp thực tế
Phản ứng xúc tác là bất kỳ quá trình nào có sử dụng chất xúc tác (chất xúc tác). Để đánh giá ý nghĩa thực tế của các tương tác như vậy, người ta có thể trích dẫn như một ví dụ về các phản ứng liên quan đến nitơ và các hợp chất của nó. Vì số lượng này rất hạn chế trong tự nhiên, nên việc tạo ra protein thực phẩm mà không sử dụng amoniac tổng hợp là rất khó khăn. Vấn đề đã được giải quyết với sự phát triển của quy trình xúc tác Haber-Bosch. Việc sử dụng các chất xúc tác không ngừng được mở rộng, điều này có thể làm tăng hiệu quả của nhiều công nghệ.
Sản xuất amoniac
Chúng ta hãy xem xét một số phản ứng xúc tác. Các ví dụ từ hóa học vô cơ được đưa ra trên cơ sở các ngành công nghiệp phổ biến nhất. Quá trình tổng hợp amoniac là một phản ứng thuận nghịch tỏa nhiệt, phản ứng này được đặc trưng bởi sự giảm thể tích của chất ở thể khí. Quá trình này diễn ra trên một chất xúc tác là sắt xốp với sự bổ sung của nhôm oxit, canxi, kali, silic. Chất xúc tác như vậy hoạt động và ổn định trong khoảng nhiệt độ 650-830K.
Gửi cho nó các hợp chất lưu huỳnh, đặc biệt là carbon monoxide (CO). Trong vài thập kỷ qua, nhờ sự ra đời của các công nghệ tiên tiến, áp lực đã được giảm thiểu đáng kể. Ví dụ: một bộ chuyển đổi đã được tạo ra cho phép bạn giảm chỉ báo áp suất xuống 8106 - 15106 Pa.
Hiện đại hóa mạch trước đã làm giảm đáng kể khả năng tìm thấy chất độc xúc tác trong đó - các hợp chất lưu huỳnh,clo. Các yêu cầu đối với chất xúc tác cũng đã tăng lên đáng kể. Nếu trước đó nó được sản xuất bằng cách nấu chảy các oxit sắt (cáu cặn), thêm magie và canxi oxit thì giờ đây oxit coban đóng vai trò là một chất hoạt hóa mới.
Oxy hóa amoniac
Đặc điểm của phản ứng có xúc tác và không có xúc tác là gì? Ví dụ về các quá trình phụ thuộc vào việc bổ sung một số chất nhất định có thể được xem xét dựa trên quá trình oxy hóa amoniac:
4NH3+ 5O2=4NO + 6H2O.
Quá trình này có thể thực hiện được ở nhiệt độ khoảng 800 ° C, cũng như chất xúc tác có chọn lọc. Để tăng tốc độ tương tác, bạch kim và các hợp kim của nó với mangan, sắt, crom và coban được sử dụng. Hiện nay, chất xúc tác công nghiệp chính là hỗn hợp của bạch kim với rhodi và paladi. Cách tiếp cận này giúp giảm đáng kể chi phí của quy trình.
Phân hủy nước
Xét các phương trình phản ứng có xúc tác, không thể bỏ qua phản ứng thu được khí oxi và hiđro bằng phương pháp điện phân nước. Quá trình này liên quan đến chi phí năng lượng đáng kể, vì vậy nó không thường xuyên được sử dụng ở quy mô công nghiệp.
Bạch kim kim loại có kích thước hạt khoảng 5-10 nm (đám nano) hoạt động như một chất gia tốc tối ưu cho một quá trình như vậy. Sự ra đời của một chất như vậy làm tăng tốc độ phân hủy của nước lên 20-30 phần trăm. Các lợi ích khác bao gồm sự ổn định của chất xúc tác platin carbon monoxide.
Năm 2010một nhóm các nhà khoa học Mỹ đã nhận được một chất xúc tác rẻ tiền giúp giảm tiêu thụ năng lượng cho quá trình điện phân nước. Chúng trở thành một hợp chất của niken và bo, giá thành của chúng thấp hơn đáng kể so với bạch kim. Chất xúc tác bo-niken đã được đánh giá cao trong sản xuất hydro công nghiệp.
Tổng hợp nhôm iotua
Lấy muối này bằng cách cho bột nhôm phản ứng với iốt. Một giọt nước là đủ để đóng vai trò như một chất xúc tác để bắt đầu một phản ứng hóa học.
Đầu tiên, màng oxit nhôm hoạt động như một chất xúc tiến của quá trình. Iốt, hòa tan trong nước, tạo thành hỗn hợp của axit hydroiod và iodic. Đến lượt mình, axit sẽ hòa tan màng nhôm oxit, đóng vai trò như một chất xúc tác cho quá trình hóa học.
Tổng kết
Hàng năm, quy mô ứng dụng các quá trình xúc tác trong các lĩnh vực khác nhau của ngành công nghiệp hiện đại ngày càng tăng. Chất xúc tác đang được yêu cầu cho phép bạn trung hòa các chất độc hại cho môi trường. Vai trò của các hợp chất cần thiết để sản xuất hydrocacbon tổng hợp từ than và khí cũng ngày càng lớn. Công nghệ mới giúp giảm chi phí năng lượng trong sản xuất công nghiệp của các chất khác nhau.
Nhờ xúc tác có thể thu được các hợp chất polyme, các sản phẩm có tính chất quý, hiện đại hoá công nghệ biến nhiên liệu thành năng lượng điện, tổng hợp các chất cần thiết chocuộc sống và hoạt động của con người.
