Проблема научного подбора катализаторов

Подбор катализаторов даже для таких хорошо изученных реакций, как синтез аммиака, окисление диоксида серы, метанола является эмпирическим,требует длительного поиска и усовершенствования. Прямой переход от эмпирических методов подбора к точной теории предвидения каталитического действия достаточно сложен. Имеются лишь отдельные прогнозы создания катализаторов с заданными свойствами. Так существует зависимость между положением элемента в периодической системе и каталитической активностью.

Катализатором может служить вещество, имеющее химическое сродство к одному или нескольким участникам реакции, и дающее сними нестойкие промежуточные соединения. Так, хорошими катализаторами гидрирования (дегидрирования) являются переходные металлы, образующие связи с водородом Ме-Н (Fe, Pt, Pd, Ni, Cu). Элементы, расположенные в правой верхней части периодической таблицы, образуют оксиды, хорошо ускоряющие процессы дегидратации и крекинга. Катализаторы окисления – это металлы с переменной валентностью и их оксиды: Mn, Cu, Cr, Ce. Все активные катализаторы окислительно-восстановительных процессов содержат элементы с частично незаполненными d- и f-оболочками. В целом положение металла в конце IV, VI, VIII рядов периодической системы благопроиятствует проявлению каталитической активности.

При выборе катализатора предварительно исследуют механизм реакции, особенность взаимодействия реакционной среды и катализатора, определяют лимитирующую стадию процесса. Пригодность вещества в качестве катализатора, в какой то мере, оценивается определенными термодинамическими соотношениями: теплота суммарной реакции должна распределяться примерно поровну между отдельными промежуточными стадиями. Энергетические факторы необходимо сочетать со структурными соответствиями молекул реагентов и поверхности катализатора. В реакциях окисления активность оксидов возрастает с понижением энергии связи Ме-О, то есть зависит от легкости изменения валентного состояния металла. Регулирование активности возможно путем введения добавок других оксидов, содержащих более электроотрицательный катион, образующих твердые растворы. Активные катализаторы должны обладать достаточно развитой поверхностью, дефектной структурой кристаллической решетки для повышения запаса поверхностной энергии.

Литература

1. Герасимов Я.И., Древинг В.П. и др. Курс физической химии. т.2. – М.: Химия, 1966. – 656 с.

2. Боресков Г.К. Гетерогенный катализ. – М.: Наука, 1988. – 304 с.

3. Томас Д., Томас У. Гетерогенный катализ. – М.: Наука, 1988. – 304 с.

4. Дзисько В.А Основы методов приготовления катализаторов. – Новосибирск, 1983.

5. Сеттерфильд. Практический курс гетерогенного катализа, 1984.

6. Мухленов И.П. Основы химической технологии, 1991.

7. Мухленов И.П. Технология катализаторов, 1989.