Heterogén katalízis

Heterogén katalízis egy szemléletes példája: olefinek hidrogénezése Zn katalizátoron (A belső ábra a reakció szabadenergia-változását mutatja /kcal/mol) Forrás: Tianjin University, Collaborative Innovation Center of Chemical Science, 2015

A heterogén katalízis olyan katalitikus folyamat, amely az egymással érintkező, különböző fázisú katalizátor és reagáló anyag határán zajlik le. A gáz- vagy folyadékfázisú, esetleg oldott anyagok katalízise a szilárd halmazállapotú katalizátor teljes felületén (kontakt katalízis) vagy csupán egy részén, az ún. aktív centrumon megy végbe. A katalizátor és a reagáló anyag kölcsönhatása következményeként az aktiválási energia és a reakcióút egyaránt csökken, ezáltal a kémiai reakció felgyorsul. Egyes esetekben a szilárd fázisú katalizátor stabilizálhatja is a kevésbé reakcióképes molekulákat, azaz negatív katalízis lép fel.

Mechanizmusa

A heterogén katalízis elemi folyamatok egész sorából épül fel, melyek közül a legfontosabbak:

  1. a reagáló anyag molekuláinak diffúziója a katalizátor felületére;
  2. a felületre jutó molekulák adszorpciója, a molekulák kémiai kötéseinek fellazulása vagy felbomlása;
  3. a voltaképpeni felületi reakció, amelynek eredményeként egy további reakcióra hajlamos felszíni vegyület, átmeneti köztitermék jön létre;
  4. a köztitermék deszorpciója;
  5. a termék távozása a katalizátor felületéről.
Rutil (TiO2) alapú fotokatalízis, szén-monoxid abszorpciója (Forrás: Fujishima, Honda)[1]

A teljes folyamat sebességét a leglassabban lezajló részfolyamat – a diffúzió vagy a felületi reakció, a köztitermék bomlási sebessége – szabja meg. A katalízis aktivitása, a reakciósebesség megnövekedése függ továbbá a katalizátor kémiai és fizikai minőségétől is, kivételesen jó katalizátoroknak számítanak egyes fémek (pl. platina), fém-oxidok és keverékeik. A katalizátoranyagot gyakran egy a kémiai reakció szempontjából közömbös hordozó (promotor) felületére viszik fel, így aktívabb hatást fejt ki a katalitikus reakcióra, mint tömör állapotában.

Alkalmazási területe

A heterogén katalízist az ipar számos területén alkalmazzák a folyamatok felgyorsítására, így például jelentős szerepe van a kénsav-, az ammónia-, a salétromsavgyártásban és a szerves vegyiparban[2][3][4][5][6].

Jegyzetek

  1. ↑ http://spie.org/newsroom/3336-probing-uv-photo-oxidation-on-oxide-surfaces?highlight=x2358&ArticleID=x43651#B2
  2. ↑ Surface chemistry of phase-pure M1 MoVTeNb oxide during operation in selective oxidation of propane to acrylic acid. Journal of Catalysis, 285, 48-60, 2012, https://pure.mpg.de/rest/items/item_1108560_8/component/file_1402724/content
  3. ↑ Kinetic studies of propane oxidation on Mo and V based mixed oxide catalysts. PhD Thesis, Technische Universität Berlin, https://pure.mpg.de/rest/items/item_1199619_5/component/file_1199618/content
  4. ↑ «Recent advances in catalytic conversion of biomass to 5-hydroxymethylfurfural and 2, 5-dimethylfuran». Renewable and Sustainable Energy Reviews 103: 227-247https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364032118308050
  5. ↑ Chavan, Monika Sujit, Arjun (2023. augusztus 1.). „Bio-waste originated, heterogeneous catalysts based on pomegranate peel for Knoevenagel condensation: a green approach” (angol nyelven). Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis 136 (4), 2167–2180. o. DOI:10.1007/s11144-023-02425-9. ISSN 1878-5204.  
  6. ↑ Sun, Yuzhi, Yang (2024. február 1.). „An efficient and recyclable palygorskite-supported palladium catalyst for Suzuki–Miyaura coupling reactions in water at room-temperature” (angol nyelven). Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis 137 (1), 163–176. o. DOI:10.1007/s11144-023-02533-6. ISSN 1878-5204.  

Források

  • Természettudományi lexikon III. (Gy–K). Főszerk. Erdey-Grúz Tibor. Budapest: Akadémiai. 1966. 162–163. o.
  • Magyar nagylexikon IX. (Gyer–Iq). Főszerk. Bárány Lászlóné. Budapest: Magyar Nagylexikon. 1999. 424. o. ISBN 963-9257-00-1