Xúc tác dị thể là xúc tác trong đó chất xúc tác ở khác pha

Xúc tác dị thể là xúc tác trong đó chất xúc tác ở khác pha với chất phản ứng. Chất xúc tác dị thể thường là chất rắn và phản ứng xảy ra trên bề mặt chất xúc tác. Thường gặp nhất là những hệ xúc tác dị thể gồm pha rắn và pha khí (các chất tham gia phản ứng và sản phẩm phản ứng)

ĐỀ TÀI:

XÚC TÁC DỊ THỂ

NỘI DUNG

I CHẤT XÚC TÁC DỊ THỂ

II ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG XÚC

TÁC DỊ THỂ

3 ĐỘ CHỌN LỌC CHẤT XÚC TÁC

4

TUỔI THỌ CHẤT XÚC TÁC

5 CHẤT XÚC TÁC

DỊ THỂ

 Xúc tác dị thể là xúc tác trong đó chất xúc tác ở khác pha với chất phản ứng

 Chất xúc tác dị thể thường là chất rắn và phản ứng xảy ra trên bề mặt chất xúc tác

 Thường gặp nhất là những hệ xúc tác dị thể gồm pha rắn

và pha khí (các chất tham gia phản ứng và sản phẩm phản ứng)

1 KHÁI NIỆM

 Là 1 đại lượng quan trọng nhất đối với một phản ứng xúc tác là hoạt độ của chất xúc tác

 Hoạt độ của xúc tác được biểu diễn bằng biểu thức :

2 HOẠT ĐỘ CHẤT

XÚC TÁC

 Độ chọn lọc – khả năng của chất xúc tác chỉ thúc đẩy một trong những hướng chuyển hóa có thể đồng thời xảy ra của hệ phản ứng – là 1 đặc trưng quan trọng nhất của chất xúc tác.

 Độ chọn lọc thường được biểu diễn bởi tỉ số của tốc độ phản ứng ( tạo ra sản phẩm ) mong muốn trên tổng tốc độ tất cả các phản ứng xảy ra với sự tham gia của các chất đầu :

3 ĐỘ CHỌN LỌC CHẤT XÚC TÁC

Trong trường hợp đơn giản nhất chỉ hình thành 1 sản phẩm oxi hóa lựa chọn CmHm+2 ta có thể viết sơ đồ phản ứng như sau :

 Tuổi thọ của chất xúc tác là đại lượng quan trọng có ảnh hưởng hầu như quyết định đến hiệu quả kinh tế của quá trình xúc tác dị thể trong công nghiệp và các quá trình có

sử dụng xúc tác

 Tuổi thọ chất xúc tác được thể hiện ở độ bền làm việc của

nó, trong đó độ bền cơ học và độ bền hóa học đều quan trọng

4 TUỔI THỌ CHẤT XÚC TÁC

 Xúc tác dị thể có thể chỉ có một thành phần hoạt động:

5 CHẤT XÚC TÁC DỊ

THỂ

động Gồm các loại: đất sét, oxit, than hoạt tính

Chức năng:

Làm nhiệm vụ như chất mang:

sắp xếp cấu trúc, hạn chế than hoạt tính , chất kích động hoạt

tính Làm nhiệm vụ như một thành phần hoạt động: về điện tử, về phân tán, chất chống độc

CÁC THÀNH PHẦN TẠO NÊN

CHẤT XÚC TÁC DỊ THỂ

Pha hoạt động có chức năng làm tăng vận tốc phản ứng, tăng độ chọn lọc của sản phẩm.

Theo ông Richardson 1989 đã đưa ra ba tính chất của

pha hoạt động:

PHA HOẠT ĐỘNG

Tính chất xúc tác

Có độ bền cơ học, bền nhiệt, bền

hóa, ít bị mài mòn

Diện tích bề mặt, có lỗ xốp, có

tính axit Hoạt tính xúc tác cao, độ chọn lọc

cao

 Chất phụ trợ xúc tác là khi thêm vào xúc tác một lượng nào đó sẽ làm cho hoạt tính và tính chất xúc tác được cải thiện.

 Chất phụ trợ xúc tác có thể chia làm ba tác dụng:

 Chất trợ xúc tác hình học ( cấu trúc ): làm chậm tốc độ tăng kích thước của vi tinh thể

 Chất trợ xúc tác điện tử : chất có thể đi vào mạng lưới cấu trúc của xúc tác và làm thay đổi độ linh động của

MỘT SỐ CHẤT

XÚC TÁC DỊ THỂ

 Đó là các phản ứng oxi hóa khử, hidro, đehidro hóa, phân hủy hợp chất chứa oxi ….

KIM LOẠI VÀ BÁN DẪN

 Đặc điểm của phản ứng loại này là có sự chuyển dời

electron từ chất phản ứng đến chất xúc tác hoặc ngược lại

 Đối với kim loại và hợp kim một quy luật quan trọng

được tổng kết là hoạt tính xúc tác đặc biệt cao ở những kim loại chuyển tiếp

 Trong một số kim loại người ta tìm thấy các mối liên

quan giữa hoạt tính xúc tác và đặc trưng của kim loại



 Chất xúc tác oxi hóa khử thường có màu cũng là hiện

tượng phổ biến

Ví dụ:

Trong phản ứng phân hủy KClO3bằng xúc tác:

 Những chất xúc tác hoạt động nhất như NiO, Co3O4,

MnO2,CuO có màu đen hoặc nâu

 Những chất xúc tác có hoạt tính trung bình như:SnO2,

PbO, ZnO, CdO có màu da cam hay vàng

 Những chất như Al O , MgO, TiO , SnO màu trắng thì

Chất xúc tác ion có tác dụng xúc tác đối với các phản ứng dị

O H

H

C2 2  2  HgSO 4,t0  3

Tuy nhiên sự nghiên cứu ở đây tập trung chủ yếu vào các axit và bazo rắn

Các phản ứng xúc tác bởi axit rắn thường là: đồng phân

hóa, cracking, trùng hợp anken, halogen hóa, hidrat hóa

hoặc kết hợp các phân tử phân cực khác vào nối đôi, ankyl hóa, aryl hóa, phản ứng ngưng tụ kèm theo sự tách nước, ammoniac, HCl hoặc phân tử phân cực khác, thủy phân, các phản ứng chuyển vị,…

Các phản ứng xúc tác bazo rắn thường là: phản ứng ngưng

tụ các chất cacbonyl, axetulenic, phản ứng peckin, Favorski,

… một số phản ứng trùng hợp, đồng phân hóa, ankyl hóa,

Theo định nghĩa của Bronsted và Lewis ta hiểu axit rắn là những chất có khả năng nhường proton hoặc nhận cặp

electron, còn bazo rắn- chất nhận proton hoặc cho cặp

electron

 Các axit rắn có tác dụng xúc tác gồm:

 Khoáng sét tự nhiên: caolinit, bentonit, zeolite

 Các axit trên chất mang: H2SO4, H3PO4, nhôm oxit

 Nhựa trao đổi cation

 Các hỗn hợp oxit: SiO2,Al2O3, Cr2O3.Al2O3, MoO3.Al2O3, ZnO2.SiO2,

 Các hợp chất vô cơ: ZnO, Al2O3, TiO2, As2O3, V2O5,

SiO2, Cr2O3

 Than nung ở 300



 Các bazo rắn có tác dụng xúc tác gồm :

 Các bazo trên chất mang: NaOH, KOH mang trên

silicagen hoặc nhôm oxit

 Nhựa trao đổi anion

 Các oxit hỗn hợp: SiO2,Al2O3, SiO2.MgO, SiO2.CaO,

 Các hợp chất vô cơ: MgO, CaO, BaO, SiO2, Al2O3, ZnO,

Na2CO3, K2CO3

 Than nung ở 900 hoặc hoạt hóa bởi N2O NH3, ZnCl2

-NH4Cl-CO2



 Qua sự thống kê trên ta thấy những chất như ZnO, Al 2 O 3 , SiO 2 vừa có tính axit vừa có tính bazo đó là những chất xúc tác 2 chức năng axit bazo

 Chất xúc tác công nghiệp thường nhiều cấu tử và nhiều pha Ngoài cấu tử chính được gọi là chất xúc tác, các cấu

tử khác thêm vào nếu với lượng nhỏ thì gọi là chất biến tính, nếu với lượng lớn ta thu được chất xúc tác hỗn hợp

 Có thể có một số nguyên nhân biến tính: biến tính

electron, biến tính pha, biến tính cấu trúc

 Chất xúc tác hỗn hợp thường có hoạt tính cao hơn so với hoạt tính từng cấu tử riêng biệt

 Chất xúc tác hỗn hợp phổ biến hơn cả là chất xúc tác trên chất mang

CHẤT MANG NHIỀU CẤU TỬ, CHẤT BIẾN TÍNH, CHẤT MANG

Hiện tượng chất xúc tác bị đầu độc trong qua trình làm việc

và rất phổ biến đầu độc là sự mất hẳn hoặc giảm hoạt tính xúc tác dưới tác dụng của những chất độc xúc tác

 Nguyên nhân:

• Đầu độc có thể gây ra do sự che phủ bề mặt hoạt động

• Đầu độc có thể gây ra do sự biến đổi cấu trúc bề mặt

• Đối với chất xúc tác axit, đầu độc có thể gây ra do sự hấp

phụ các bazo mạnh trên các tâm axit

CHẤT ĐỘC XÚC TÁC

Sự đầu độc đặc biệt nhạy cảm đối với xúc tác kim loại

Theo Maxsted chất độc đối với kim loại có thể chia thành 3 nhóm:

 Hợp chất các nguyên tố thuộc phân nhóm V và VI: N, P ,

As, O, S, Se, Fe

 Các ion kim loại

 Hợp chất có liên kết kép, ví dụ CO2, hợp chất xianua,…

 Phản ứng xảy ra ở vùng động học khi mà vận tốc động học của phản ứng nhỏ hơn rất nhiều so với vận tốc khuếch tán:

 Phản ứng xảy ra ở vùng khuếch khi mà vận tốc khuếch tán của phản ứng nhỏ hơn rất nhiều so

 Các phương pháp làm tăng vận tốc khuếch tán :

 Giảm thời gian tiếp xúc giữa chất phản ứng và xúc tác bằng cách giảm chiều cao lớp xúc tác hoặc làm tăng vận tốc dòng

 Tăng mức độ khuấy trộn hoặc số lần tuần hoàn

 Tăng nhiệt độ quá trình

 Phản ứng xảy ra ở vùng quá độ khi mà vận tốc phản ứng không phụ thuộc vào vận tốc khuếch tán hay vận tốc

 Biểu diễn vận tốc phản ứng biến đổi qua các vùng theo sự thay đổi nhiệt độ qua phương trình hằng số vận tốc của Arenius như sau:

a/ Phương trình vận tốc khuếch tán

 Định luật Fick: một lượng chất rất nhỏ được khuếch tán qua bề mặt trong thời gian dt và với một chênh lệch nồng độ gradC thì :

Vì vậy : = =

 hằng số vận tốc chung = hằng số khuếch tán



TÀI LIỆU THAM KHẢO:

Hóa lý 2 – Trần Văn Nhân

Động học và xúc tác – Đào Văn Tường

Xúc tác dị thể - Hồ Sĩ Thoảng

Thank You !!!