Химики случайно открыли способ превратить углекислый газ в этанол

Превращение загрязнения в ТОПЛИВО: химики случайно открывают способ превращения диоксида углерода в этанол

• Катализатор состоит из частиц меди, заключенных в углеродные штыри
• При подаче напряжения катализатор запускает сложную химическую реакцию
• Он преобразует диоксид углерода в воде непосредственно в этанол
• Его можно использовать для хранения избыточной электроэнергии от ветра и солнечной энергии

Автор: Shivali Best For Mailonline

Опубликовано: 12:09 GMT, 19 октября 2016 г. | Обновлено: 22:05 GMT, 19 октября 2016 г.

В прошлом году почти 38.2 миллиарда тонн углекислого газа было выброшено в воздух в результате сжигания ископаемого топлива, такого как уголь и нефть.

Но ученые придумали способ превратить газ в более полезный продукт — этанол.

Исследователи случайно наткнулись на простую реакцию, но если бы процесс можно было довести до промышленных масштабов, это могло бы помочь уменьшить последствия глобального потепления.

Прокрутите вниз, чтобы увидеть видео

В прошлом году почти 38,2 миллиарда тонн углекислого газа было выброшено в воздух в результате сжигания ископаемого топлива, такого как уголь и нефть (стоковое изображение).Но ученые, возможно, придумали способ превратить газ в более полезный продукт — этанол

КАТАЛИЗАТОР

Исследователи создали катализатор — вещество, которое увеличивает скорость химической реакции — из углерода, меди и азота. .

Когда было приложено напряжение, катализатор вызвал сложную химическую реакцию, которая, по сути, полностью изменила процесс горения.

С помощью катализатора раствор диоксида углерода в воде превратился в этанол с выходом 63%.

Без катализатора реакция этого типа обычно приводит к смешению нескольких различных продуктов в небольших количествах.

Что делает новый катализатор уникальным, так это его наноразмерная структура, состоящая из частиц меди, заключенных в углеродные иглы.

Эта новая текстура позволяет избежать использования дорогих или редких металлов и сделать масштабирование катализатора реальной целью.

Ученые из Национальной лаборатории Ок-Ридж при Министерстве энергетики разработали электрохимический процесс, в котором используются крошечные шипы углерода и меди для превращения двуокиси углерода, парникового газа, в этанол.

Доктор Адам Рондиноне, ведущий автор исследования, сказал: «Мы случайно обнаружили, что этот материал работает.

«Мы пытались изучить первую стадию предложенной реакции, когда мы поняли, что катализатор выполняет всю реакцию самостоятельно».

«Вы можете использовать его [этанол] в существующем автопарке прямо сейчас, без изменений», — добавил он.

Исследователи создали катализатор — вещество, которое увеличивает скорость химической реакции — из углерода, меди и азота.

Когда было приложено напряжение, катализатор вызвал сложную химическую реакцию, которая, по сути, полностью изменила процесс горения.

С помощью катализатора раствор диоксида углерода в воде превратился в этанол с выходом 63%.

Без катализатора реакция этого типа обычно приводит к смешению нескольких различных продуктов в небольших количествах.

Д-р Рондиноне сказал: «Мы берем углекислый газ, побочный продукт сгорания, и с очень высокой селективностью отодвигаем эту реакцию горения в обратном направлении в пользу полезного топлива.

«Этанол стал неожиданностью — чрезвычайно сложно сразу перейти от диоксида углерода к этанолу с одним катализатором».

Что делает новый катализатор уникальным, так это его наноразмерная структура, состоящая из частиц меди, заключенных в углеродные иглы.

Что делает новый катализатор уникальным, так это его наноразмерная структура, состоящая из частиц меди, встроенных в углеродные иглы. Эта новая текстура позволяет избежать использования дорогих или редких металлов и сделает масштабирование катализатора реалистичной целью.

Эта новая текстура позволяет избежать использования дорогих или редких металлов и сделает масштабирование катализатора реальной задачей.

Доктор Рондиноне сказал: «Используя обычные материалы, но используя нанотехнологии, мы выяснили, как ограничить побочные реакции и в итоге получить то, что нам нужно».

Комбинация недорогих материалов и возможность использовать катализатор при комнатной температуре в воде означает, что этот подход может быть расширен для промышленных применений.

Теперь исследователи планируют усовершенствовать свой подход для повышения общей производительности и дальнейшего изучения свойств и поведения катализатора.

Например, этот процесс можно использовать для хранения избыточной электроэнергии, вырабатываемой ветровыми и солнечными источниками энергии.

Г-н Рондиноне добавил: «Такой процесс позволит вам потреблять дополнительную электроэнергию, когда ее можно будет производить и хранить в виде этанола.

«Это могло бы помочь сбалансировать сеть, снабжаемую периодически возобновляемыми источниками».

Теперь исследователи планируют усовершенствовать свой подход для повышения общей производительности и дальнейшего изучения свойств и поведения катализатора.

Поделитесь или прокомментируйте эту статью:

Что представляет собой катализатор универсального типа и его отличия от оригинального

Каталитический нейтрализатор универсального типа – это подходящее для многих моделей автомобилей, обладающих схожей работоспособностью и похожими техническими свойствами, устройство. Можно привести в пример несколько подобных характеристик:

• Объем двигателя машины.
• Мощность двигателя.
• Средний показатель экологических выбросов и др.

В автомобили обычно ставят катализаторы универсального типа, так как по набору функций они чаще всего не имеют отличий от оригинальных.

Классификация моделей по экологическим стандартам выбросов является наиболее востребованной и используемой. Все европейские автомобили, выпущенные с 2005 года, имеют класс Евро 4. Такой же класс присвоен машинам из Кореи и Америки, выпущенным с 2006 года, из России и Японии – с 2010 года, из Китая – с 2012 года. Автомобили этого класса оборудованы катализаторами подходящей марки.

Отличия оригинального катализатора (предустановленного) от универсального

Распространена точка зрения, что установленные на производстве серийные катализаторы значительно отличаются характеристиками от универсальных, на которые их заменяют. Однако подтверждений у таких мыслей нет. Напротив, многие компании, занимающиеся изготовлением каталитических нейтрализаторов, поставляют их как на заводы по серийному производству, так и в розничную продажу автозапчастей. И стоит отметить, что между ними почти нет разницы по таким показателям как:

• долговечность;
• надежность;
• прочность.

Наибольшее воздействие на каталитический нейтрализатор производит состояние мотора и характеристики топлива, используемого для заправки автомобиля.

На те машины, где катализатор и коллектор составляют единый элемент, а также на те, где корпус нейтрализатора выполнен из чугуна, установить универсальную модель не получится. Однако и из этого правила есть исключения: если в корпусе есть свободное место, а коллектор сделан из нержавеющей стали.

Катализатор селективного восстановления оксидов азота АОК-78-55 успешно прошел испытания

Специалистами  СКТБ «Катализатор» проведены испытания катализатора селективного восстановления оксидов азота аммиаком марки АОК-78-55 в условиях повышенных температур.

Москва, 28 апр — ИА Neftegaz.RU. Специалистами СКТБ «Катализатор» проведены опытно-промышленные испытания катализатора селективного восстановления оксидов азота аммиаком марки АОК-78-55 в условиях повышенных температур. Результаты испытаний подтвердили лабораторные исследования, что открыло возможность клиентам СКТБ «Катализатор» применять данный катализатор в условиях работы агрегатов АК-72М и, таким образом, снизить эксплуатационные затраты.

Об этом компания сообщает 28 апреля 2018 г.

В промышленных агрегатах получения неконцентрированной азотной кислоты после стадии абсорбции оксидов азота водой сбросовый газ, предварительно подогретый, поступает на реактор каталитической очистки, где в присутствии катализатора идет процесс селективного восстановления оксидов азота до образования безвредных продуктов: азота и воды.

Крупные агрегаты получения азотной кислоты АК-72 используют дорогостоящий катализатор с содержанием благородного металла – палладия, которому требуется высокая температура для его эксплуатации и, соответственно, это отражается на эксплуатационных затратах.

В свою очередь, некоторые агрегаты АК-72 были модернизированы в АК-72М. Модернизация коснулась и реакторов каталитической очистки, где при средних температурах применяются медь-цинковые катализаторы.

Сотрудниками СКТБ «Катализатор» были проанализированы данные о работе катализаторов и условия их эксплуатации, проведены лабораторные исследования физико-химических характеристик и возможности применения алюмованадиевых катализаторов в условиях работы агрегатов АК-72М.

Результат этих исследований подтвердил возможность эксплуатации катализаторов марки АОК-78-55 при сохранении высокой прочности в условиях повышенных температур и нагрузок со следующими степенями очистки:

— 99,36 % — при температуре 350 оС;

— 99,86 % — при температуре 360 оС.

На основе данных о лабораторных исследованиях катализатора марки АОК-78-55 были проведены опытно-промышленные испытания в условиях реального производства, целью которых было определение эффективности очистки выхлопного газа и возможности использования данного катализатора для промышленной эксплуатации в агрегатах АК-72М.

По результатам опытно-промышленных испытаний в опытном реакторе была достигнута степень очистки газа от оксидов азота на уровне 99,3%, что является отличным показателем эффективности при соблюдении норм технологического режима.

Важным критерием промышленного применения алюмованадиевых катализаторов является минимизация так называемой «ванадиевой коррозии», которая возможна при наличии оксида ванадия в составе газа после реактора.

По нашим данным, унос оксидов ванадия с катализатора происходил при использовании алюмованадиевых катализаторов с недостаточной фактической прочностью на истирание, которая достигает у некоторых производителей значения 22,7%. Эти катализаторы в течение эксплуатации теряли прочность и разрушались.

Однако, катализатор марки АОК-78-55 готовится по совершенно другой технологии, обеспечивающей исключительно высокую прочность и термостабильность катализатора при промышленной эксплуатации.

При разработке катализатора АОК-78-55 специалистами СКТБ «Катализатор» упор изначально был сделан на высокую прочность при сохранении высокой каталитической активности, что исключает унос пыли катализатора и риск возникновения ванадиевой коррозии. Многолетний успешный опыт эксплуатации катализатора АОК-78-55 во многих промышленных агрегатах УКЛ-7 подтверждает высокие потребительские качества нашего продукта.

В настоящий момент Дирекция химического инжиниринга СКТБ «Катализатор» готова оперативно помочь предприятиям азотной промышленности в решении задач по переходу на катализатор селективного восстановления оксидов азота марки АОК-78-55, провести все необходимые обследования и расчеты, а также осуществить инжиниринговое сопровождение эксплуатации катализатора.

Прочитать in English

Химики создали катализатор для мгновенной дезинфекции воды — Наука

ТАСС, 1 июля. Химики создали катализатор на базе наночастиц палладия и золота, который может за полминуты очищать воду от болезнетворных микробов и органических загрязнений. Описание разработки опубликовал научный журнал Nature Catalysis.

«Мы реализовали идею, согласно которой можно мгновенно очищать воду, используя лишь катализатор, загрязненную жидкость и электричество. В этом отношении наше изобретение значительно превосходит коммерческие дезинфицирующие средства на основе хлорки или перекиси водорода», – рассказал один из авторов работы, профессор Кардиффского университета Грэм Хатчинс.

По оценкам Всемирной организации здравоохранения, около миллиарда людей на Земле лишены постоянного доступа к чистой питьевой воде, свободной от загрязнений, паразитов и болезнетворных микробов. Еще два миллиарда вынуждены периодически пить загрязненную воду. Кроме того, во многих государствах, расположенных в тропиках и у экватора, доступ к пресной воде сильно ограничен.

Ученые пытаются решить эту проблему по-разному: разрабатывают системы по извлечению влаги из воздуха, очистке морской воды от солей или обеззараживанию жидкости из загрязненных рек и озер.  Хатчинс и его коллеги сделали большой шаг в этом направлении. В ходе своего исследования они работали над катализатором, который превращает водород и кислород из воздуха в перекись водорода.

Изначально ученые предполагали, что разработанный ими катализатор можно использовать для производства перекиси водорода прямо при очистке воды. Наблюдения за его работой показали, что в процессе синтеза H₂O₂ возникает множество других молекул, содержащих кислород, которые в десятки и сотни миллионов раз активнее взаимодействуют с микробами, чем перекись и хлорка.

Столь высокий уровень бактерицидности этих соединений, как отмечают Хатчинс и его коллеги, позволяет проводить практически мгновенную очистку воды от микробов, спор и прочих органических загрязнений, способных негативно повлиять на здоровье человека.

Для этого достаточно погрузить небольшое количество наночастиц катализатора в воду и пропустить через нее ток, в результате чего через 30 секунд все следы микробов полностью исчезнут из воды. Подобная обработка воды предотвращает появление бактериальных пленок и других потенциально опасных скоплений органической материи, которые иногда возникают при очистке воды традиционными методами.

При этом, как отмечают ученые, наночастицы металлов не расходуются и остаются стабильными, что позволяет использовать подобные катализаторы для очистки воды практически неограниченное время. Поэтому Хатчинс и его коллеги надеются, что созданный ими катализатор совершит революцию в обеспечении населения Земли чистой питьевой водой уже в ближайшие годы.

Катализаторы в нефтехимии | Научные открытия и технические новинки из Германии | DW

Помнится, в школе нам говорили о том, что существуют вещества, ускоряющие химические реакции, но сами в них не участвующие и не входящие в состав конечных продуктов, и что эти вещества называются катализаторами. Правда, сегодня слово «катализатор» у большинства населения ассоциируется, как правило, с устройством, расположенным в выхлопной трубе автомобиля и предназначенным для снижения токсичности отработавших газов. Между тем, без катализаторов было бы невозможно само наше существование, потому что чуть ли не все биохимические реакции в живом организме протекают лишь в присутствии ферментов, то есть биологических катализаторов.

Современная промышленность также нуждается в катализаторах: без них производственные процессы в химической и перерабатывающей отраслях либо потребовали бы значительно более высоких энергозатрат, либо вообще были бы невозможны. Особую роль катализаторы играют в нефтехимии. Потребность промышленно развитых государств в нефти постоянно растёт – и не только потому, что она является важнейшим энергоносителем, сырьём для получения реактивного и дизельного топлива, бензина, керосина, мазута и масел. Общий ассортимент нефтепродуктов охватывает около полумиллиона наименований и включает лаки и краски, пластмассы и лекарства. Нефть представляет собой сложную смесь парафиновых, нафтеновых и реже ароматических углеводородов, то есть состоит в основном из длинных тяжёлых молекул. Чтобы получить моторные топлива и химическое сырьё, нефть подвергают переработке, протекающей с распадом этих молекул. Эта операция – она именуется крекингом – происходит при одновременном воздействии на нефть высокой температуры и катализаторов – например, алюмосиликатных. Теперь специалисты Научно-исследовательского института органического катализа в Ростоке разработали технологию, в основе которой – новый катализатор, а конечным продуктом реакции являются амины – соединения, молекулы которых наряду с атомами углерода и водорода содержат и атомы азота. Директор института, профессор Маттиас Беллер (Matthias Beller) поясняет:

В природе амины встречаются в форме аминокислот, а также входят в состав наследственного материала. В технике амины являются исходным сырьём для производства полимерных материалов, например, полиуретана, а также для получения биологически активных веществ, используемых в фармацевтике и агрохимии.

Интерес у ростокских учёных вызывают вполне определённые, относительно простые амины, и этот интерес вполне объясним: сегодня объём их производства значительно превышает миллион тонн в год. Исходным сырьём для получения этого класса веществ служат так называемые этиленовые углеводороды, или олефины, молекулы которой представляют собой «открытую», то есть не замкнутую в кольцо, линейную цепь. Профессор Беллер говорит:

Олефиновые смеси образуются в больших количествах при переработке нефти в крекинговых установках. Эти смеси служат очень важным сырьём для химической промышленности. Причём сначала производится их разделение на отдельные компоненты и фракции, а потом эти компоненты перерабатываются – например, в амины и ряд других органических соединений.

До сих пор непосредственное применение находила лишь часть олефинов – более реакционноспособных. Менее реакционноспособные олефины, – а их образуется ничуть не меньше, – приходилось сперва разделять и очищать путём весьма сложных, энерго- и трудоёмких производственных операций. Именно от этих операций и позволяет отказаться разработанная в Ростоке технология. Она предусматривает совместную переработку в амины всех олефинов сразу.

В нашей технологии в реакцию вступают и менее активные олефиновые компоненты. Они дёшевы, потому что образуются в больших количествах, но до сих пор их не удавалось напрямую преобразовывать в амины.

Разработка учёных Ростокского института позволяет существенно упростить нынешнюю технологию: из трёх производственных операций две оказываются ненужными. Это означает, что то же самое количество аминов можно получать, расходуя втрое меньше времени и энергии, чем сейчас. И всё благодаря новому катализатору. Заявка на патент уже подана, но ещё не рассмотрена, и профессор Беллер явно не готов пока вдаваться в детали, ограничиваясь фразой, что особые свойства катализатору придаёт модификация одного из его компонентов.

Опираясь на наше тесное сотрудничество с нефтеперерабатывающей отраслью, а также используя теоретические расчёты, мы так модифицировали нашу систему катализаторов, что она обеспечила нам строго определённую последовательность протекания всего комплекса реакций.

Многие из этих реакций ранее вообще не были описаны наукой, что вызвало немалый интерес у специалистов во всём мире. Но главное достоинство новой технологии всё же в том, что она позволяет получать амины более экономично и экологично. Сегодня ростокские учёные уже вступили в переговоры с ведущими нефтяными концернами относительно широкого внедрения своего катализатора.

Поиском новых катализаторов занимаются и исследователи Института имени Фрица Хабера в Берлине. Вот уже почти двадцать лет прошло с тех пор, как химики впервые узнали о существовании так называемых фуллеренов – особых кристаллических модификаций углерода, молекулы которых имеют форму полого шара, состоящего из 60-ти, 80-ти, 180-ти, 240-ка или даже 560-ти атомов и своей структурой напоминающего микроскопический футбольный мяч. Позднее были открыты – или синтезированы – молекулы углерода в форме трубок, эллипсоидов, клубков и так далее. Особый интерес к фуллеренам объясняется тем, что среди их производных – сверхпроводники, лекарственные вещества и прочие нужные и полезные вещи. А теперь Роберт Шлёгль (Robert Schlögl), научный сотрудник берлинского института, получил своего рода луковицу из углерода. И тоже с весьма необычными свойствами.

Для подавляющего большинства всё новых и новых веществ, производимых химической промышленностью, исходным сырьём служит от силы дюжина основных химикатов. Один из них – стирол, или винилбензол. Годовой объём мирового производства этой бесцветной жидкости с резким запахом достигает 20 миллионов тонн. Стирол – мономер в производстве полистирола, бутадиен-стирольных каучуков, термоэластопластов и многих других продуктов. Сам стирол получают каталитическим дегидрированием этилбензола. Функцию катализатора выполняют оксиды железа – по крайней мере, так считалось до сих пор. Но теперь Роберт Шлёгль неожиданно обнаружил, что это не так. Оказалось, что реакция идёт лишь в том случае, если оксиды железа покрыты тонким слоем углерода. Более того, присутствие оксидов железа вовсе не обязательно: достаточно одного углерода. Правда, не любого, а его вполне определённой кристаллической модификации. Роберт Шлёгль говорит:

Это алмазная пыль, которая возникает в процессе искусственного получения алмазов из графита посредством взрывной технологии. Существует целый ряд заводов по производству алмазов методом детонационного синтеза – прежде всего, в России. Так вот, при этом образуется чёрное вещество, внешне совсем не похожее на алмаз, однако имеющее его кристаллическую структуру. Можно назвать эту сажу отходом производства синтетических алмазов. Речь идёт о количествах, измеряемых сотнями граммов.

Нагревая эту алмазную сажу, Роберт Шлёгль получает миниатюрные луковицы из углерода. Эти частицы представляют собой сложные структуры, состоящие из множества расположенных в несколько слоёв вогнутых чешуек. Именно здесь берлинский учёный и обнаружил те самые структурные элементы, которые выполняют роль катализатора в производстве стирола:

Среди этих углеродных луковичных чешуек и находится в чистом виде та самая идентифицированная нами в качестве катализатора дефектная структура. То есть максимальная плотность активных центров достигается на этом самом углероде. Это позволяет нам сделать два важных вывода: во-первых, мы теперь смогли убедиться в том, что наша гипотеза о химической природе катализатора в данной реакции была верной; а во-вторых, мы получили исчерпывающее представление о том, какую структуру нам следует синтезировать. Ясно также, что получение искусственных алмазом методом детонационного синтеза не может служить промышленным источником углеродных катализаторов в количествах, измеряемых тоннами, – а потребность в этих компонентах именно такова. Тут нам нужно разработать какую-то иную технологию.

Какой метод окажется наиболее эффективным, пока сказать трудно. Однако уже сейчас очевидно: ни совсем плоские чешуйки, ни слишком сильно искривлённые не годятся на роль катализатора. Идеальной пространственной формой оказалась лёгкая вогнутость. Роберт Шлёгль говорит:

Именно эти участки нам и нужны. И мы увеличиваем их количество за счёт того, что стараемся создать в системе оптимальное внутренне напряжение. Если привнести слишком сильное напряжение, получится гомогенно замкнутое тело; такая форма не годится. Если не прикладывать никакого напряжения, то получатся плоские пластины, вообще не имеющие дефектных участков и, как следствие, активных центров, за исключением физической границы чешуйки. Если же выбрать правильное напряжение, в структуре образуется множество мелких дефектов, и это как раз то, что надо.

Луковичные чешуйки из углерода оказались весьма эффективным катализатором в производстве стирола. Они позволили почти две трети объёма исходного сырья превратить в конечный продукт, в то время как для катализатора на базе оксидов железа этот показатель не превышает 50 процентов. Но основное преимущество нового катализатора не в этом. Промышленность рассчитывает на значительную выгоду от внедрения новинки по другой причине. Роберт Шлёгль говорит:

Главный недостаток используемой сегодня стандартной промышленной технологии состоит в том, что катализатор на базе оксидов железа сам по себе не способен обеспечить протекание реакции, он требует десятикратного количества водяного пара. Значит, для производства 20 миллионов тонн стирола приходится производить 200 миллионов тонн водяного пара, совершенно нам не нужного. Достаточно подсчитать, во что обходится производство этого пара, и сразу же становится ясно, каких огромных потерь удалось бы избежать, если бы можно было отказаться от этих бессмысленных энергозатрат. Вот в этом и заключается самое главное достоинство нашей технологии: она вообще не требует водяного пара. То есть тут речь идёт не о том, чтобы несколько сократить энергоёмкость процесса, а о том, чтобы сэкономить всю энергию, которая сегодня расходуется на получение пара.

А кроме того, это означает, что стирол можно будет производить на небольших предприятиях и тем самым уменьшить объёмы транспортировки опасных грузов и связанный с этим риск – ведь стирол, напомню, ядовит.

Дальнейшая переработка стирола связана, как правило, с процессом так называемой полимеризации. Он является одним из основных процессов в производстве пластмасс и состоит в последовательном присоединении молекул мономера к активному центру на конце растущей цепи. Иногда в силу разных причин синтез таких длинных молекул нарушается, и цепи, вместо того, чтобы расти только в длину, начинают ветвиться. Вместо линейных полимеров образуются так называемые дендримеры. До сих пор технологи старались всячески подавить подобные нежелательные реакции. Однако теперь химики обнаружили, что и ветвистые молекулы могут найти широкое применение в промышленности. Группа учёных Боннского университета во главе с Фрицем Фёгтле (Fritz Vögtle) с недавних пор изучает свойства этих молекул, своей структурой напоминающих трёхмерную снежинку или развесистую древесную крону. Получение молекул-дендримеров не представляет особых трудностей, – говорит Фриц Фёгтле:

Преимущество состоит в том, что достаточно синтезировать лишь один фрагмент такого пирога – ядро макромолекулы, – а дальше она растёт сама собой. То есть весь дальнейший синтез уже не требует ни усилий, ни расходов.

Многие полезные свойства дендримеров напрямую вытекают из их структуры. Так, наличие пустот внутри молекул позволяет использовать их в качестве фильтров, пропускающих лишь те частицы, линейные размеры которых не превышают определённой предельной величины. Те же самые пустоты делают возможной и совсем иную сферу применения дендримеров: в них можно как бы «спрятать» те или иные субстанции – например, лекарственные препараты, – и таким образом «протащить» их через такие трудно преодолимые барьеры, как, скажем, оболочка клетки. Дендримеры, способные транспортировать внутрь клетки наследственный материал, уже имеются на рынке. А поскольку на такие молекулы можно навесить и частицы флуоресцентных красителей, они идеально подходят на роль биомаркеров и экосенсоров. Ведь использование именно таких красителей лежит в основе многих методов медицинской диагностики, равно как и технологий природоохранного мониторинга. Фриц Фёгтле говорит:

Внутри дендримеров можно разместить множество флуоресцентных частиц, и это обеспечивает более высокую точность измерений. Кроме того, значительно повышается чувствительность метода. Ведь чем больше частиц красителя вы можете внедрить в маркер, тем в более широких пределах он способен производить измерения.

С недавних пор особый интерес учёных вызывают молекулы не сферической, а цилиндрической формы. При диаметре всего в несколько нанометров такие макромолекулы могут достигать в длину сотен нанометров и относятся, таким образом, к самым крупным молекулам из всех, когда-либо созданных химиками.

По мнению Дитера Шлютера (Dieter Schlüter), профессора химии в Свободном университете Берлина, это открывает перед исследователями новые перспективы:

Работая с такими большими, действительно очень большими молекулами, можно попытаться перекинуть мост между биологией и материаловедением, поскольку мы как бы находимся в той области величин, к которой относятся и биологически активные молекулы или, скажем, вирусы. А это позволяет обратиться к очень интересным вопросам. Так, материаловеды могут попытаться придать какому-то веществу определённые физические свойства, выстраивая их снизу, с молекулярного уровня. Но для этого нужны молекулы такой величины, чтобы можно было использовать вполне определённые технологии и методы исследования – например, атомносиловую туннельную микроскопию.

Эта техника уже сегодня позволяет с помощью очень тонкой иглы изымать из образца отдельные молекулы и переносить их на другое место. Дитер Шлютер тоже говорит о разных сферах практического применения своих цилиндрических молекул – например, в качестве миниатюрных токопроводящих кабелей. Правда, это потребует ещё нескольких лет напряжённого труда.

Владимир Фрадкин, НЕМЕЦКАЯ ВОЛНА

зачем нужен и почему ценится?

Катализатор, он же каталитический нейтрализатор — это специализированная запчасть, предназначенная для очистки выхлопных газов. Катализатор содержит драгметаллы, поэтому ценен даже после окончания срока эксплуатации.

Представляет собой носитель, изготовленный из керамики или металлической фольги с мелкоячеистой структурой. На внутренней поверхности ячеек напылен тонкий каталитический слой, содержащий драгоценные металлы. Мельчайшие частицы платины, палладия, родия взаимодействуют с раскаленными газами, поступающими из двигателя. В этот момент происходит окисление ядовитых веществ до безопасных для окружающей среды показателей.

Несгоревшие остатки окиси углерода (СО), углеводорода (СН) задерживаются на поверхности каталитического слоя и остокисляются кислородом. Итогом реакции является выделение углекислого газа (CO2).

Управляет работой выпускной системы кислородный датчик, который определяет соотношение воздуха и бензина в горючей смеси.

В автомобиле может быть как один катализатор, так и несколько. Находятся они в выпускной системе, между двигателем и глушителем, и обычно защищены дополнительным теплоотражающим экраном.

Катализаторами оснащаются все современные автомобили, как отечественного, так и зарубежного производства. Это «расходник», который со временем выходит из строя и нуждается в замене.

Что делать с использованным катализатором?

Сдать его в переработку. ООО «Скупка Катализаторов» принимает отработавшие свой срок детали у физических и юридических лиц. Компания предлагает оптимальные условия для долгосрочного взаимовыгодного сотрудничества.

Катализаторы могут быть в любом состоянии: целыми, колотыми, а также молотыми. При приеме производится предварительная оценка стоимости. Финальная стоимость зависит от результата спектрального анализа (РФА), который проводится при помощи портативного спектрального анализатора, и текущих котировок LME.

Сдать катализатор вы можете лично (тогда деньги за него вы получите сразу после проведения анализа) или отправить почтой/транспортной компанией (в этом случае оплата осуществляется после получения посылки в день проведения анализа переводом: банковским или на электронный кошелек).

Связаться с менеджерами для сдачи катализаторов можно по тел. +7(495) 266-67-37, +7(925) 468-22-21 или заказать обратный звонок, заполнив форму на сайте.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА АРОМАТИЗАЦИИ СЫРЬЯ РИФОРМИНГА НА ЦЕОЛИТСОДЕРЖАЩЕМ КАТАЛИЗАТОРЕ | Муниров

Технический регламент «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту». Постановление Правительства Российской Федерации от 27 февраля 2008 г. № 18.

Кондрашев Д.О. Повышение выхода и качества риформата за счет совместного применения ступенчатого риформинга и процесса гидроизомеризации // Катализ в промышленности. 2017. № 1. С. 31-36.

Ахметов Т.В., Терегулова Э.И., Абдульминев К.Г. Варианты комбинированных технологий каталитического риформинга и изомеризации // Нефтепереработка и нефтехимия. 2012. № 12. С. 27-29.

Ясакова Е.А., Ситдикова А.В., Морозов А.Н., Ахметов А.Ф. Разработка вариантов производства высокооктановых бензинов в ОАО «Салаватнефеоргсинтез» // Технологии нефти и газа. 2010. № 2. С. 3-10.

Кирьянов Д.И., Смоликов М.Д., Пашков В.В., Проскура А.Г., Затолокина Е.В., Удрас И.Е., Белый А.С. Современное состояние процесса каталитического риформинга бензиновых фракций. Опыт производства и промышленной эксплуатации катализаторов риформинга серии ПР // Российский химический журнал. 2007. № 4. С. 60-69.

Плешакова Н.А., Рохманько Е.Н., Салмина И.В., Черепкова Н.Д., Бубнова О.В., Тыщенко В.А., Рудяк К.Б. Опыт эксплуатации отечественных и зарубежных катализаторов риформинга на различных типах сырья // Нефтепереработка и нефтехимия. 2013. № 6. С. 21-25.

Крылов В.А., Ходяшев Н.Б., Подвинцев И.Б., Болотова Е.С., Чиркова Н.А. Влияние характера коксовых отложений на показатели работы платино-рениевого катализатора риформинга // Нефтепереработка и нефтехимия. 2013. № 5. С. 14-18.

Гынгазова М.С., Чеканцев Н.В., Короленко М.В., Иванчина Э.Д., Кравцов А.В. Оптимизация кратности циркуляции катализатора в реакторе риформинга с движущимся зернистым слоем сочетанием натурного и вычислительного эксперимента // Катализ в промышленности. 2012. № 2. С. 35-41.

Кравцов А.В., Иванчина Э.Д., Костенко А.В., Шарова Е.С., Фалеев С.А. Анализ эффективности эксплуатации платиносодержащих катализаторов процесса риформинга бензинов с использованием компьютерной моделирующей системы // Нефтепереработка и нефтехимия. 2008. № 11. С. 18-23.

Маслянский Г.Н., Шапиро Р.Н. Каталитический риформинг бензинов: Химия и химическая технология. Л.: Химия, 1985. 224 с.

Костенко А.В., Молотов К.В., Иванчина Э.Д., Кравцов А.В., Фалеев С.А., Абрамин А.Л. Разработка и применение технологических критериев оценки активности и стабильности Pt-катализаторов риформинга бензинов методом математического моделирования // Нефтепереработка и нефтехимия. 2007. № 6. С. 18-22.

Костенко А.В., Молотов К.В., Кравцов А.В., Иванчина Э.Д., Ясюкевич О.М. Мониторинг установки ЛЧ-35-11/1000 с использованием компьютерной системы контроля работы катализаторов риформинга // Нефтепереработка и нефтехимия. 2007. № 4. С. 13-16.

Короленко М.В., Гынгазова М.С., Чеканцев Н.В., Иванчина Э.Д., Кравцов А.В. Оптимизация работы блока платформинга установки Л-35/11-1000 ОАО «Газмпромнефть-ОНПЗ» с применением расчетов на математической модели процесса // Нефтепереработка и нефтехимия. 2013. № 2. С. 10-15.

Иванчина Э.Д., Ивашкина Е.Н., Чеканцев Н.В., Францина Е.В., Шарова Е.С. Создание и применение моделирующих систем каталитических нефтехимических процессов в промышленных реакторах // Нефтепереработка и нефтехимия. 2013. № 5. С. 20-26.

Костенко А.В., Кравцов А.В., Иванчина Э.Д., Ивашкина Е.Н. Оптимизация внутренних устройств реакторов риформинга с использованием нестационарной кинетической модели // Нефтепереработка и нефтехимия. 2007. № 1. С. 18-22.

Крылов В.А. Совершенствование процессов гидроочистки дизельных топлив и каталитического риформинга бензиновых фракций для переработки вторичных дистиллятов: дисс. … канд. техн. наук. Пермь, 2007. 160 с.

Колесников С.И., Кильянов М.Ю., Икорников Д.М., Гущин П.А., Иванов Е.В. Модифицирование катализаторов для процесса каталитического риформинга низкого давления // Нефть, газ и бизнес. 2013. № 1. С. 66-67.

Колесников И.М., Винокуров В.А., Кильянов М.Ю., Колесников С.И., Чеховская О.М. Особенности риформинга бензинов на смешанных цеолит Al-Co-Mo-O катализаторах // Нефть, газ и бизнес. 2010. № 5. С. 79-84.

Кузьмина Р.И., Фролов М.П., Ливенцев В.Т., Ветрова Т.К., Ковнев А.В. Разработка цеолитсодержащего катализатора риформинга // Катализ в промышленности. 2010. № 6. С. 29-34.

Новых Уменьшенной Платиновый катализатор для каталитических нейтрализаторов

Выберите страну / regionUnited StatesCanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийского океана TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral африканского RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo, Демократической Республика ofCook IslandsCosta RicaCote D ‘ИвуарХорватияКубаКипрЧешская РеспубликаДанияДжибутиДоминикаДоминиканская РеспубликаВосточный ТиморЭквадорЭгипетЭль-СальвадорЭкваториальная ГвинеяЭритреяЭстонияЭфиопияФолклендские острова (Мальвина) Фарерские островаФиджиФинляндияФинляндияФермания Югославия Франция Франция Франция МакедонияГермания anaGibraltarGreeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard и McDonald IslandsHoly Престол (Ватикан) HondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIran (Исламская Республика) IraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJordanKazakstanKenyaKiribatiKorea, Корейские Народно-Демократической RepKorea, Республика ofKuwaitKyrgyzstanLao Народный Демократической RepLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Arab JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacauMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia, Федеративные StatesMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPanamaPapua Нового GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint HelenaSaint Китс и Невис Сент-Люсия Сен-Пьер и Микелон Самоа Сан — MarinoSao Томе и PrincipeSaudi ArabiaSenegalSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSpainSri LankaSth Georgia & Sth Sandwich Институт социальных Винсент и GrenadinesSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwan, провинция ChinaTajikistanTanzania, Объединенная Республика ofThailandTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited Арабские EmiratesUnited KingdomUruguayUS Малые отдаленные IslandsUzbekistanVanuatuVenezuelaVietnamVirgin острова (Британские) Виргинские острова ( U.S.) Острова Уоллис и Футуна Западная Сахара ЙеменЮгославия Замбия Зимбабве

Платиновый катализатор — обзор

1 ВВЕДЕНИЕ

Комбинированные рутениево-платиновые катализаторы получают с целью использования соответствующих каталитических свойств обоих металлов. Рутений, способный диссоциировать молекулы водорода, усиливает активность катализатора, а платина предотвращает чрезмерную дезактивацию катализатора. Комбинация рутения и платины особенно выгодна из-за некоторых специфических особенностей: (i) кристаллические частицы Ru-Pt образуются во всем диапазоне составов металлов, (ii) биметаллические кластеры Ru-Pt достаточно стабильны как в окислительной, так и в восстановительной атмосфере, (iii) оба металла являются эффективными катализаторами во многих интересных реакциях, (iv) Ru и Pt являются легко восстанавливаемыми металлами, и (v) оба металла демонстрируют четко определенную стехиометрию в хемосорбции водорода [1].

Диоксид циркония считается нейтральным носителем из-за его двойных поверхностных характеристик: окислительных или восстановительных и основных или кислотных. Более того, диоксид циркония является более реакционноспособным носителем, чем диоксид кремния и оксид алюминия, и, следовательно, с более сильным взаимодействием металла с носителем.

В этой конкретной работе Ru (NO) (NO ₃ ) ₃ и H ₂ PtCl ₆ ⋅ 2H ₂ O были выбраны в качестве металлических прекурсоров для их включения на носитель из диоксида циркония. В растворе присутствуют различные виды рутения в зависимости от pH: нейтральные, анионные или катионные комплексы общей формулы [Ru (NO) (H ₂ O) _x (NO ₃ ) _{5 -x} ] ^{x- 2} [2, 3].В водном растворе платинохлористоводородная кислота подвергается гидратации и гидролизу и ведет себя как слабая кислота с pK _a = 3,8 [2, 4].

Анализ TPR позволяет изучить восстанавливаемость, природу и количество или распределение различных восстанавливаемых частиц, присутствующих в образце каталитического предшественника [5–7]. Таким образом, можно изучить взаимодействие металл-носитель, состояние, в котором нанесенные металлы могут находиться в катализаторе, и взаимное влияние на их восстанавливаемость [8, 9].

Гидрогенолиз метилциклопентана (MCP) был использован для изучения каталитической поверхности из-за его чувствительности к дисперсии металлов и электронной структуре [10–14].В зависимости от условий работы и типа катализатора возможно получение продуктов реакций раскрытия цикла, крекинга, расширения кольца и ароматизации в случае кислотных центров в катализаторе [11, 12, 15].

Рутений и платина ведут себя в этой реакции по-разному. Рутений активен при 413 К и показывает высокую гидрогенолитическую способность. Однако платина не может активировать молекулу водорода так же, как рутений, и активна при 493 К. При легировании рутения платиной можно ожидать снижения активности и глубокого гидрогенолиза в пользу селективности по отношению к C ₆ [11, 12, 16 ].

Целью данной работы является определение стабилизирующего действия платины на металлическую фазу рутения при нанесении на диоксид циркония вместо более традиционных носителей, таких как SiO ₂ , Al ₂ O ₃ или TiO ₂ . Также изучается влияние предварительной обработки как для монометаллических рутениевых, так и для биметаллических рутений-платиновых катализаторов.

Катализатор и катализ | Encyclopedia.com

Катализатор — это вещество, которое инициирует или ускоряет скорость определенной химической реакции, не подвергаясь химическому воздействию.Катализатор может быть добавлен в реакцию, а затем восстановлен и повторно использован после того, как реакция протекает. Процесс или действие, посредством которого катализатор увеличивает скорость реакции, называется катализом. Кинетика — это изучение скорости реакции и ее изменения при экспериментальном воздействии.

Люди использовали процесс, известный как катализ, задолго до того, как они поняли, что происходит в этом процессе. Например, мыловарение, ферментация вина до уксуса и закваска хлеба — все это процессы, которые включают катализ.Обычные люди использовали эти процедуры в своей повседневной жизни, даже не подозревая, что это был катализ.

Термин «катализ» был предложен в 1835 году шведским химиком Йенсом Берцелиусом (1779–1848). Этот термин происходит от греческих слов «вниз», ката, и «ослабить», льеин. Берцелиус объяснил, что под термином «катализ» он понимал свойство оказывать на другие тела действие, которое сильно отличается от химического сродства. Посредством этого действия они производят разложение в телах и образуют новые соединения, в состав которых не входят.

Одним из примеров катализа, знакомых Берцелиусу, было превращение крахмала в сахар в присутствии сильных кислот. В 1812 году русский химик Готлиб Сигизмунд Константин Кирхгоф (1764–1833) изучил эту реакцию. Он обнаружил, что при кипячении водной суспензии крахмала в крахмале не происходит никаких изменений.

Однако, когда несколько капель концентрированной серной кислоты добавляются к той же суспензии перед кипячением, крахмал распадается на простой сахар, называемый глюкозой.Кислота может быть извлечена из реакции в неизменном виде. Кирххоф пришел к выводу, что он сыграл вспомогательную роль в расщеплении крахмала, но сам по себе не претерпел никаких изменений.

Берцелиус смог использовать многие другие примеры катализа. Например, английский химик сэр Хамфри Дэви (1778–1829) и немецкий химик Иоганн Вольфганг Доберейнер (1780–1849) изучали влияние металлической платины на определенные органические реакции. Они пришли к выводу, что металл увеличивает скорость, с которой происходят эти реакции, без каких-либо изменений.Самый известный протеже Дэви, английский физик и химик Майкл Фарадей (1791–1867), также продемонстрировал способность платины вызывать рекомбинацию водорода и кислорода, которая была получена при электролизе воды.

Когда Берцелиус впервые дал определение катализу, он имел в виду некую силу или силу, с помощью которой агент (катализатор) воздействует на реакцию. Он предположил, например, что платина может оказывать электрическую силу на газы, с которыми она вступает в контакт, чтобы вызвать изменение скорости реакции.

Такое объяснение хорошо работает для гетерогенного катализа, в котором катализатор и реакция находятся в разных фазах. Например, в реакции, катализируемой платиной, платина находится в твердом состоянии, а реакция — в газообразном или жидком состоянии.

Гомогенный катализ, в котором катализатор и реакция находятся в одном и том же состоянии, требует другого объяснения. Как, например, серная кислота в жидком состоянии вызывает преобразование суспензии крахмала, с которой она смешана?

Решение этой проблемы пришло в начале 1850-х годов.Британский химик-органик Александр Уильям Уильямсон (1824–1904) проводил исследования по получению эфиров из спирта. Химики знали, что концентрированная серная кислота является эффективным катализатором этой реакции, но не знали почему. Уильямсон смог продемонстрировать, что катализатор действительно разрушается на первой стадии этой реакции, но регенерируется в своей исходной форме по завершении реакции.

Роль катализаторов в живых системах была впервые признана в 1833 году.Французские химики Ансельм Пайен (1795–1871) и Жан Франсуа Персо (1805–1869) выделили из солода материал, который ускорял превращение крахмала в сахар. Пайен назвал это вещество диастазой. Полвека спустя немецкий физиолог Вилли Кюне (1837–1900) предложил название «фермент» для катализаторов, встречающихся в живых системах.

К концу девятнадцатого века катализаторы быстро стали играть важную роль в различных промышленных применениях. Синтез индиго стал коммерческой возможностью в 1897 году, когда было случайно обнаружено, что ртуть катализирует реакцию, в результате которой образуется индиго.Катализ также сделал возможным промышленное производство аммиака из его элементов (процесс Габера-Боша), азотной кислоты из аммиака (процесс Оствальда) и серной кислоты из оксидов серы (контактный процесс).

Большинство химических реакций происходит в несколько этапов. Эта последовательность шагов называется путем или механизмом. Каждый отдельный шаг называется элементарным шагом, причем самый медленный элементарный шаг в пути определяет скорость реакции. Скорость реакции — это скорость, с которой реагенты (вещества, которые подвергаются химической реакции) исчезают, а продукты появляются как конечный результат химической реакции; или, более конкретно, изменение концентрации реагентов и продуктов за определенный промежуток времени.

Проходя путь реакции, реагенты входят в переходное состояние, когда они больше не являются реагентами, но еще не являются продуктами. Во время этого переходного состояния они образуют так называемый активированный комплекс. Активированный комплекс недолговечен и имеет частичные характеристики связывания как реагентов, так и продуктов. Энергия, необходимая для достижения этого переходного состояния и образования активированного комплекса в реакции, называется энергией активации. Чтобы реакция произошла, должна быть достигнута энергия активации.

Катализатор увеличивает скорость реакции за счет снижения энергии активации, необходимой для протекания реакции. Катализатор образует активированный комплекс с меньшей энергией, чем комплекс, образованный без катализа. Это дает реагентам новый путь, требующий меньше энергии. Хотя катализатор снижает требуемую энергию активации, он не влияет на реакционное равновесие или термодинамику. Катализатор не фигурирует в общем химическом уравнении пути, потому что механизм включает элементарную стадию, на которой катализатор расходуется, и другую, на которой он регенерируется.

Металлы часто используются в качестве гетерогенных катализаторов, потому что многие реагенты адсорбируются на поверхности металла, увеличивая концентрацию реагентов и, следовательно, скорость реакции. Ионные взаимодействия между металлами и другими молекулами могут использоваться для ориентации задействованных реагентов так, чтобы они лучше реагировали друг с другом, или для стабилизации заряженных переходных состояний реакции. Металлы также могут увеличивать скорость окислительно-восстановительных реакций за счет изменения степени окисления иона металла.

Другая группа катализаторов называется ферментами. Они являются сильными катализаторами, присутствующими в биологических системах. Ферменты — это белки; следовательно, иметь сильно сложенную трехмерную конфигурацию. Эта конфигурация делает фермент особенно специфичным для определенной реакции или типа реакции. С другой стороны, синтетические катализаторы далеко не так специфичны. Они будут катализировать аналогичные реакции, в которых участвуют самые разные реагенты. Ферменты, как правило, теряют активность легче, чем синтетические катализаторы.Очень незначительные нарушения белковой структуры ферментов изменят трехмерную конфигурацию молекулы и, как следствие, ее реактивность. Ферменты, как правило, более активны; т.е. они катализируют реакции быстрее, чем синтетические катализаторы при температуре окружающей среды. Каталитическая активность реакции выражается числом оборотов. Это просто количество молекул реагента, превращенных в продукт на один участок катализатора за заданную единицу времени. При повышении температуры синтетические катализаторы становятся такими же активными, как и ферменты.При повышении температуры многие ферменты становятся неактивными из-за изменения структуры белка.

Есть бесконечное количество реакций, которые могут подвергаться катализу. Одним из примеров является разложение перекиси водорода (H ₂ O ₂ ). Без катализа перекись водорода со временем медленно разлагается с образованием воды и газообразного кислорода. 30% раствор перекиси водорода при комнатной температуре разлагается со скоростью 0,5% в год. Энергия активации этой реакции составляет 75 килоджоулей на моль (кДж / моль).Эту энергию активации можно снизить до 58 кДж / моль за счет добавления иодид-ионов (I ^— ). Эти ионы образуют промежуточный продукт, HIO ^—, который реагирует с перекисью водорода для регенерации иодид-ионов. Когда фермент каталаза (фермент, обнаруженный в большинстве клеток растений и животных, который действует как окислительный катализатор) добавляется к раствору перекиси водорода, энергия активации снижается еще больше до 4 кДж / моль. Каталаза также регенерируется в реакции и может быть выделена из раствора для повторного использования.Этот пример показывает, как катализатор может снизить энергию активации реакции, не используя себя в ходе реакции.

Другой пример катализа — автомобильный каталитический нейтрализатор. Выхлопные газы автомобиля могут содержать угарный газ и оксиды азота, которые являются ядовитыми газами. Прежде чем выхлопные газы смогут покинуть выхлопную систему, эти токсины должны быть удалены. Каталитический нейтрализатор смешивает эти газы с воздухом, а затем пропускает их через катализатор из родия и платиновых металлов.Этот катализатор ускоряет реакцию оксида углерода с кислородом и превращает его в диоксид углерода, который не токсичен. Катализатор также увеличивает скорость реакций, в которых оксиды азота распадаются на их элементы.

Хорошо известный пример катализа — естественное разрушение озонового слоя. Озон (O ₃ ) в верхних слоях атмосферы служит защитой от вредных ультрафиолетовых лучей Солнца. Озон образуется при расщеплении молекулы кислорода (O ₂ ) на два атома кислорода (O) излучением Солнца.Затем свободные атомы кислорода присоединяются к молекулам кислорода с образованием озона. Когда другой свободный атом кислорода реагирует с молекулой озона, образуются две молекулы кислорода. Это естественное разрушение озона. В нормальных условиях скорость разрушения озона такая же, как и скорость образования озона, поэтому чистого разрушения озона не происходит.

Однако, когда атомы хлора (Cl) присутствуют в атмосфере, они действуют как катализаторы разрушения озона. Атомы хлора в атмосфере происходят из соединений, содержащих хлорфторуглероды или CFC.ХФУ — это соединения, содержащие хлор, фтор и углерод. Они очень стабильны и могут дрейфовать в верхние слои атмосферы без предварительного разрушения. Попадая в верхние слои атмосферы, энергия Солнца вызывает выделение хлора. Атом хлора реагирует с озоном с образованием монооксида хлора (ClO) и молекулы кислорода. Затем монооксид хлора реагирует с другим атомом кислорода с образованием молекулы кислорода и регенерированного атома хлора. С помощью хлорного катализатора разложение озона происходит быстрее, чем его образование, что привело к чистому истощению озона в атмосфере.

Предыдущие примеры иллюстрируют некоторые из многих практических приложений катализа. Почти все химические вещества, производимые химической промышленностью, производятся с использованием катализа. Каталитические процессы, используемые в химической промышленности, снижают производственные затраты, а также создают продукты с более высокой чистотой и меньшим риском для окружающей среды. Благодаря каталитическим процессам производится широкий ассортимент продукции. Катализ используется в промышленной химии, фармацевтической химии и агрохимии, а также в специальной химической промышленности.Полезные химические вещества, такие как серная кислота, пенициллин и фруктоза, производятся более эффективно с помощью каталитических процессов. Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в химической промышленности значительно более продуктивны с использованием катализа в таких областях, как очистка топлива, нефтехимическое производство и управление окружающей средой.

В большинстве производственных процессов, используемых сегодня в химической промышленности, используются каталитические реакции. Эти реакции очень эффективны, но исследования продолжают повышать эффективность еще больше.Основное внимание в этом исследовании уделяется разделению и регенерации катализаторов с целью снижения производственных затрат при одновременном повышении чистоты продукта. Область исследований катализа быстро растет и будет продолжать расти по мере открытия новых катализаторов и каталитических процессов.

Центр производства катализаторов | Университет Рутгерса, химическая и биохимическая инженерия

Катализаторы — важные компоненты многих промышленных процессов, от каталитических нейтрализаторов и топливных элементов до производства новейших лекарств.Мировые продажи гетерогенных и гомогенных катализаторов составляют десятки миллиардов долларов в год, при этом темпы роста составляют около 5% в год. Помимо их промышленного значения, катализаторы оказывают значительное воздействие на окружающую среду. Количество энергии и сырья, необходимых для производства химикатов, значительно сокращается за счет использования катализаторов. Каталитические нейтрализаторы в значительной степени снижают загрязнение воздуха от автомобилей и, таким образом, являются важным приложением в области экологической инженерии. Дизельное топливо с низким содержанием серы и бензин невозможно рентабельно производить без катализаторов гидрообессеривания, что приводит к снижению выбросов диоксида серы (SO2) в результате использования этих видов топлива в автомобилях, грузовиках, самолетах и ​​кораблях.

Катализаторы на носителе включают распределение активного каталитического материала (который обычно представляет собой металл) через пористый твердый носитель. Современные катализаторы на носителе имеют много преимуществ, таких как большая площадь поверхности, небольшое количество часто дорогостоящего активного металлического компонента и высокая механическая и термическая стабильность. Конструкция типичного катализатора на носителе включает в себя большое количество качественных характеристик. Для гранул катализатора это может включать определенные количества активного металла (ов) в носителе, определенное распределение активного металла (ов) от центра к поверхности и заданную дисперсию.Оптимальное качество катализатора позволяет проводить химические реакции наиболее эффективным, экономичным и экологически безопасным способом и, таким образом, сокращать потребление сырья, потребность в энергии и выбросы парниковых газов. Оптимизация производственных этапов может снизить вариабельность от партии к партии и потенциально может снизить содержание металлов в катализаторах, что снижает производственные затраты. На химических и нефтехимических предприятиях высококачественные катализаторы могут снизить потребность в сырье и потребление энергии за счет повышения выхода реакции и селективности.Повышенный выход реакции позволяет использовать реакторные сосуды меньшего размера, более низкие рабочие температуры и более эффективное использование реагентов. Более высокая селективность снижает потребность в дорогостоящих и энергоемких этапах разделения. Хотя разработка и приготовление катализаторов изучались в течение многих лет, многочисленные аспекты различных стадий производства катализаторов до сих пор полностью не изучены, и в промышленности разработка и масштабирование стадий производства катализаторов часто выполняются методом проб и ошибок.

Производство промышленных катализаторов включает в себя несколько технологических этапов, таких как приготовление и смешивание растворов или суспензий, кристаллизация, фильтрация, промывка, смешивание и замешивание порошков, формовочная сушка, пропитка и прокаливание.

Перед началом любого процесса подготовки необходимо тщательно выбрать активную металлическую фазу и основу. Активный металлический компонент должен быть хорошо диспергированным, чтобы иметь большую площадь поверхности при контакте с подложкой.С другой стороны, опора должна быть из пористого и жаропрочного материала. Некоторые общие технологические этапы производства катализатора обсуждаются ниже.

Пропитка: Во время этого процесса раствор, содержащий активные металлические компоненты (т.е. прекурсоры), добавляется к пористым носителям катализатора. Капиллярное действие втягивает раствор в поры, а прекурсоры металлов адсорбируются на носителе с большой площадью поверхности. Это первый случай, когда предшественник металла контактирует с твердой подложкой.Если объем раствора меньше объема пор носителя, процесс также известен как пропитка по начальной влажности или сухая пропитка. Сухая пропитка обычно проводится во вращающемся сосуде, в то время как раствор металла распыляется на частицу носителя. Этот метод широко используется и до сих пор считается фаворитом в отрасли из-за своей простоты с практической точки зрения. В процессе сухой пропитки потенциально могут использоваться многие типы смесителей для гранулирования, включая двухконусные смесители, v-образные смесители и смесители с вращающимся барабаном.Скорость распыления, скорость вращения и положение форсунки существенно влияют на распределение раствора. Другие параметры, которые необходимо учитывать, — это концентрация раствора, объем пор носителя, а также тип и концентрация участков поглощения на поверхности. Однородность продуктов катализатора является одной из основных проблем в этом процессе. После стадии пропитки необходимо, чтобы в каждой частице / таблетке катализатора была получена аналогичная загрузка металла.

Сушка: Материалы проходят процесс сушки после пропитки для удаления растворителей с основы.Если скорость сушки низкая, соли металлов будут глубоко диффундировать в порах носителя, а если скорость сушки высокая, на внешней поверхности носителя будет происходить осаждение. Что касается распределения активного компонента в носителе, можно выделить четыре основных категории металлических профилей: однородные, яичный желток, яичная скорлупа и яичный белок. Выбор желаемого профиля металла определяется требуемой активностью и селективностью и может быть адаптирован для конкретных реакций и / или процессов.Экспериментальные работы показали, что распределение металла в носителе в основном определяется стадиями пропитки и сушки. Некоторые факторы, влияющие на процесс сушки: скорость нагрева, степень насыщения жидкостью, вязкость жидкости, объем пор и распределение пор по размерам.

Прокаливание: Прокаливание — это дополнительная термообработка после сушки. На стадии прокаливания происходят поверхностные реакции газ-твердое тело и твердое тело-твердое тело. Прокаливание приведет к разложению предшественника металла с образованием оксида и удалению газообразных продуктов и ранее введенных катионов или анионов.Во время прокаливания может происходить спекание предшественника или образовавшегося оксида и реакция оксида металла с носителем. В случае оксида алюминия в качестве носителя, если прокаливание выполняется при температурах около 500-600 ° C, оксиды двухвалентных металлов могут реагировать с оксидом алюминия на поверхности носителя, образуя алюминаты металлов, которые более стабильны, чем оксиды. Окисление уменьшает размер металлических частиц, что сильно влияет на дисперсию металла (размер и форму металлических частиц на поверхности носителя) на наномасштабе.При прокаливании катализаторов требуется тщательный контроль температуры.

Фильтрация: Фильтрация — это один из процессов разделения твердой и жидкой фаз, которые широко используются при производстве катализаторов для осажденных или кристаллизованных частиц катализатора. При фильтрации кека поток суспензии твердых частиц, управляемый давлением или вакуумом, через мембрану фильтра или фильтровальную ткань вызывает разделение, и осадок, образованный из твердых частиц, со временем накапливается на мембране фильтра или фильтровальной ткани.Как правило, фильтрующая среда (мембрана или ткань) имеет довольно большие отверстия, и более строгая фильтрация осуществляется за счет самой корки, которая представляет собой пористую среду, в которой поры представляют собой промежутки между частицами. Обычно проводится последующая промывка фильтрационной корки с целью удаления остаточных электролитов.

Центр производства катализаторов работает уже более 15 лет. Наша миссия — продвигать инновационные исследования в области производства катализаторов и обучать новое поколение исследователей теоретическим инструментам и инженерным приложениям.Конкретные цели центра:

• Создание и поддержание Центра передового опыта в области исследований в области производства катализаторов
• Для углубления фундаментального понимания операций по производству катализаторов
• Разработать новую технологию для эффективного производства катализаторов
• Предоставление ресурсов по исследованиям, разработкам и образованию для промышленности

Объединив значительный уровень знаний в области технологии частиц, оптимизации, многомасштабного моделирования, катализа и молекулярного моделирования, доступных в Rutgers, мы разрабатываем и продвигаем научно обоснованные методы для проектирования и оптимизации методов и процессов производства катализаторов, таких как пропитка, сушка, прокаливание, фильтрация и др.Это интегрировано с рядом образовательных мероприятий, включая исследовательскую подготовку студентов, аспирантов и докторантов в области производства катализаторов. Комбинация экспериментов и компьютерных моделей использовалась для улучшения понимания и эффективности операций, используемых для изготовления катализаторов. Эти знания и полученные в результате методы и практики были переданы промышленным партнерам, чтобы помочь преобразовать этот важный сегмент мировой экономики в наукоемкое предприятие.

Для получения дополнительной информации щелкните здесь, чтобы просмотреть брошюру

В настоящее время в состав входят 8 компаний, занимающихся разработкой и производством катализаторов. Размеры компаний варьируются от малых до крупных.

Бен Глассер (директор)
Билл Боргард
Фернандо Муццио
Сильвина Томассоне
Альберто Куитино

Центр производства катализаторов благодарит доктора Арта Честера за поддержку и вклад. Арт помог создать Центр производства катализаторов и много лет был приглашенным профессором в Rutgers.Арт скончался в 2015 году после продолжительной болезни. Арт был прекрасным наставником для многих преподавателей, аспирантов и студентов Рутгерса, и мы получили огромную пользу от его мудрости.

За дополнительной информацией обращайтесь:
Проф. Бен Глассер
Директор Консорциума по производству катализаторов
Химическая и биохимическая инженерия
Университет Рутгерса
98 Бретт-Роуд
Пискатауэй, штат Нью-Джерси, 08854, США

Что такое катализатор окисления дизельного топлива?

Катализаторы окисления дизельного топлива (DOC) — это каталитические нейтрализаторы, разработанные специально для дизельных двигателей и оборудования для снижения выбросов окиси углерода (CO), углеводородов (HC) и твердых частиц (PM).DOC просты, недороги, не требуют обслуживания и подходят для всех типов и применений дизельных двигателей.

Рис. 1. Как работает дизельный окислительный катализатор (DOC)

Современные каталитические нейтрализаторы состоят из монолитной сотовой подложки, покрытой катализатором из металла платиновой группы, упакованной в контейнер из нержавеющей стали. Ячеистая структура с множеством небольших параллельных каналов обеспечивает большую площадь контакта каталитического нейтрализатора с выхлопными газами. Когда горячие газы контактируют с катализатором, некоторые загрязнители выхлопных газов превращаются в безвредные вещества: углекислый газ и воду.

Катализатор окисления дизельного топлива предназначен для окисления монооксида углерода, углеводородов в газовой фазе и фракции твердых частиц дизельного топлива в SOF до CO ₂ и H ₂ O:

Выхлоп дизеля содержит достаточное количество кислорода, необходимого для вышеуказанных реакций. Концентрация O ₂ в выхлопных газах дизельного двигателя колеблется от 3 до 17% в зависимости от нагрузки двигателя.Типичные значения эффективности преобразования CO и HC в дизельном катализаторе окисления Nett ^® приведены на рисунке 2. Активность катализатора увеличивается с температурой. Для «выключения» катализатора необходима минимальная температура выхлопных газов около 200 ° C. При повышенных температурах конверсия зависит от размера и конструкции катализатора и может превышать 90%.