Từ thế kỷ 18, người ta đã biết sử dụng xúc tác trong các phản ứng như: Xúc tác H2SO4 trong phản ứng este hóa Xúc tác đất sétcho phản ứng dehydro hóa Xúc tác Pttrong các phản ứng: • P
Trang 1CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ XÚC TÁC
1.1 Lịch sử phát triển xúc tác
1.2 Đặc điểm chung của tác dụng xúc tác
1.3 Phân loại chất xúc tác
1.4 Các công ty hàng đầu về xúc tác hiện
nay
1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN XÚC TÁC
Trong tự nhiên luôn tồn tại chất xúc tác (xúc
tác men – enzyme - trong quá trình điều chế
dấm ăn, rượu etylic)
Từ thế kỷ 18, người ta đã biết sử dụng xúc tác trong
các phản ứng như:
Xúc tác H2SO4 trong phản ứng este hóa
Xúc tác đất sétcho phản ứng dehydro hóa
Xúc tác Pttrong các phản ứng:
• Phân huỷ H2O2
• Oxy hóa CO và hydrocacbon
Năm 1835, khái niệm về chất xúc tác và quá trình
xúc tác lần đầu tiên được đưa ra (Berzelius):
‘sự tác dụng của các chất có khả năng làm nhanh phản ứng hóa học nhờ có những lực thần bí nào đó’
Ngày nay, 90% ngành sản xuất công nghiệp thuộc
lĩnh vực hóa học dùng xúc tác, lượng sử dụng khoảng
2 triệu tấn/năm trong các lĩnh vực:
• Hóa dầu: phản ứng cracking, reforming,
• Chất dẻo, polyme
• Hóa dược
• v.v…
Trang 2Phản ứng oxi hóa khử Sản phẩm Loại xúc tác
1.Oxi hóa
SO 2 + 1/2O 2 SO 3
NH 3 + O 2 NO
2.Hydro hóa
N 2 + 3H 2 2NH 3
CO + 2H 2 CH 3 OH
3.Dehydro hóa
C 4 H 10 H 2 + C 4 H 8 C 4 H 6
4 Hydrat hóa
CH 2 =CH 2 + H 2 O C 2 H 5 OH
5 Polyme hóa
nC 2 H 4 [C 2 H 4 ]n
H2SO4 HNO3 Amoniac Methanol Butadien Rượu ethylic Polyethylen
Pt, V2O5, Fe2O3
Pt, Pd, CoO,
Fe(K2O, Al2O3, SiO2, ) ZnO + Cr2O3+ CuO + K2O
Cr2O3: photphat Ni va
Cr2O3
H3PO4trên chất mang
Al2O3 TiCl4+ AlR3 (Ziegler-Natacatal)
Một số phản ứng xúc tác quan trọng
Các quá trình phức hợp trên đa xúc tác 1.Reforming
2 Hydrocracking
Xăng hệ số octan cao Dầu diesel, xăng
Pt, Ni /Zeolit Mo,Cr/Al2O3
Một số phản ứng xúc tác quan trọng
Mittasch nghiên cứu trên
2500 thành phần xúc tác!!!
Một số phản ứng xúc tác quan trọng
Sản xuất nguồn nguyên liệu quan trọng cho Hóa Dầu:
30 triệu tấn/năm (2000)
Trang 3Một số phản ứng xúc tác quan trọng
Sản xuất nhiên liệu lỏng !!!
Một số phản ứng xúc tác quan trọng
O 2
NO CO
C x H y
N 2
CO 2
H 2 O
Bộ kiểm soát phát thải khí ô nhiễm của
động cơ xe gắn máy
TỔNG HỢP NH3
Trang 4A : Steam reforming
B : High temperature water-gas shift
C : Low temperature water-gas shift
D : CO 2 absorption
E : Methanation
F : Ammonia synthesis
G : NH 3 separation
TÁC DỤNG XÚC TÁC
1.2.1 ĐỊNH NGHĨA
Xúc tác là chấtlàm thay đổi tốc độcủa phản ứng bằng cách làmthay đổi cơ chế và thay đổi năng lượng
hoạt hóacủa phản ứng
Xúc tác dương:làm tăng tốc độ phản ứng
Xúc tác âm: làm giảm tốc độ phản ứng
Phản ứng tự xúc tác:sản phẩm của phản ứng
là chất xúc tác cho phản ứng
ELEPHANT’S TOOTHPASTE
Trang 5- Chất xúc tác tham gia vào giai đoạn sơ cấp của
phản ứng,làm thay đổi cơ chếphản ứng
- Thành phần hóa học không đổi, được hoàn
nguyên khi phản ứng kết thúc
- Trạng thái vật lý có thể thay đổi.
năng lượng hoạt hóa của phản ứng
1.2.2 MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CHUNG CỦA TÁC DỤNG XÚC TÁC
Phản ứng không xúc tác: A + B AB
AB D
Phản ứng có xúc tác: A + [K] ⇌ A[K]
A[K]+ B AB[K] AB[K] [K] + D
Phản ứng có xúc tác:A + [K]⇌ A[K]
A[K]+ B AB[K] AB[K] [K] + D
A + B D
Trang 6và k ok /k o = 1
kcal/mol
Xúc tác
E ak
( kcal/
mol)
E
( kcal/
mol)
(1) 2HI I 2 + H 2 44 Au 14 30 8,8.1010
Pt 25 19 8,4.1010
(2)2NH 3 N 2 + 3H 2 78 W 30 39 1,6.1014
Fe 42 36 1,3.1013
(3)2SO 2 +O 2 SO 3 60 Pt 15 45 2,6.1016
Pd 22 28 1,6.1010
E RT
e
ak
a
E
ok
E RT o
k e
k
e
Phản ứng có G > 0 thì không bao giờ tìm được chất xúc tác cho phản ứng xảy ra
3 Xúc tác không làm chuyển dịch vị trí cân bằng, chỉ có tác dụng làm thay đổi tốc độ phản ứng để nhanh chóng đạt tới cân bằng.
Ta có: G = const.
Mà G = - R.T.lnKcbK cb = const.
4 Xúc tác có tính chọn lọc
Mỗi chất xúc tác chỉ làm tăng tốc độ cho
một hoặc một vài phản ứng
2 3 2
2 4
2 3
2 5 210 250 3 2
,
2 5 330-360 2 2 2
2 5 140 3 2 2 3
,
2 5 400 500 2 2 + 2 2
o
o o
Cu C
Al O ThO C
H SO C ZnO Cr O C
Sự chọn lọc
của enzyme
Sự chọn lọc hình học
Trang 71.2.3 HOẠT ĐỘ XÚC TÁC
được đo bằngsự biến đổi lượng tác chất
tham gia phản ứng trongmột đơn vị thời gianvà trên
một đơn vị của lượng chất xúc tác
Nhằm đánh giá
Chất lượng xúc tác
Độ bền (ổn định) của xúc tác
Nhiệt độ ảnh hưởng hoạt tính xúc tác
Xúc tác Nhiệt độ phản ứng
Fe 2 O 3 625 0 C
V 2 O 5 420 – 450 0 C
1.3 PHÂN LOẠI CHẤT XÚC TÁC
Xúc tác đồng thể:
chất xúc tác cùng pha với các chất phản ứng:
dung dịch axit, bazơ hay muối của chúng
Xúc tác dị thể:
chất xúc tác khơng cùng pha với các chất phản ứng:
oxit kim loại, kim loại, zeolite, …
Tốc độ phản ứng phụ thuộc rất nhiều vào bề mặt
tiếp xúc pha.
Trang 8XÚC TÁC HIỆN NAY
32
Bài tập áp dụng
Câu 1: Tác dụng của xúc tác là:
A làm tăng số va chạm giữa các chất phản ứng
B làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng
C làm tăng nhiệt độ cục bộ của chất phản ứng
D làm giảm nồng độ hiệu quả của chất phản ứng
Câu 2: Chọn câu SAI về hệ xúc tác Pt/Pd/Rh trong
bộ kiểm soát khí thải của động cơ xe ô tô:
A là xúc tác dị thể
B làm tăng vận tốc phản ứng CO + ½ O2CO2
C làm tăng vận tốc phản ứng 2NO N2+ O2
D hoạt động như xúc tác đồng thể ở nhiệt độ cao
