Нанесeнные катализаторы

НАНЕСEННЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ, содержат активный компонент, нанесенный на дисперсное или пористое в-во-носитель. Использование нанесенных катализаторов позволяет увеличить пов-сть работающего катализатора, экономит дорогостоящие в-ва (напр., Pt, Pd, Ag), предотвращает рекристаллизацию и спекание активного компонента при высоких т-рах, удлиняет срок работы катализатора, а в ряде случаев стабилизирует его в определенной хим. форме. Носитель должен обладать необходимыми хим. св-вами и адгезией, позволяющими удерживать на своей пов-сти активный компонент, обеспечивать доступ реагирующего в-ва к активным центрам катализатора, быть термически и химически устойчивым в условиях катализа и регенерации нанесенных катализаторов. Кол-во активного компонента в нанесенных катализаторах обычно значительно меньше кол-ва носителя.

В качестве носителей применяют искусственные (активные угли, силикагель, Аl₂О₃, алюмосиликат, MgO, ZrO₂) и (реже) естественные (прир. глины, пемза, диатомит, асбест) твердые тела с высоко развитой уд. пов-стью и пористостью. Однако в случае многостадийных р-ций, когда целевой продукт может подвергаться дальнейшим нежелат. превращениям, высокая пористость нанесенных катализаторов оказывается невыгодной вследствие возможности перехода р-ции во внутри-диффузионную область (см. Катализ, Катализаторы).

Носители, инертные для данного каталитич. процесса, вступая во взаимод. с активным компонентом, обычно сильно влияют на каталитич. св-ва нанесенных катализаторов. Нек-рые носители могут ускорять одну из стадий каталитич. процесса или вызывать др. р-цию, напр. на активных центрах платиновых нанесенных катализаторов риформинга протекает дегидрирование, а на носителе (Аl₂О₃)- изомеризация углеводородов. Примером стабилизации определенной валентной формы активной части нанесенных катализаторов служат алюмохромовые катализаторы дегидрирования парафинов, где носитель g-Аl₂О₃ стабилизирует оксид хрома в окислит. состоянии Cr³⁺; в нанесенных катализаторах полимеризации олефинов фирмы "Филлипс" оксид хрома на пов-сти алюмосиликата или SiO₂ стабилизирован в состоянии Сr⁵⁺ . В нек-рых случаях активный компонент катализатора может вступать во взаимод. с носителем, напр. в нанесенных катализаторах синтеза углеводородов из СО и Н₂ по Фишеру-Тропшу металлич. компонент (Со, Ni, Fe) вступает в хим. р-цию е носителем (ТhO₂, ZrO₂, TiO₂), что сопровождается частичным восстановлением последнего и т.наз. обволакиванием металла носителем (эффект "сильного взаимод. металл-носитель"). Дисперсность металлич. нанесенных катализаторов сильно зависит от вида применяемого носителя.

Наиб. распространенный способ получения нанесенных катализаторов-пропитка носителя р-ром, содержащим активные компоненты катализатора, с послед, сушкой и прокаливанием. Для получения оксидных нанесенных катализаторов обычно применяют соли, анионы к-рых разлагаются при нагр. (нитраты, карбонаты, формиаты и т.п.); для получения металлических необходимо восстановление катализатора, пропитанного ранее р-ром соли. Применяют также пропитку с осаждением на пов-сти носителя нерастворимых гидроксидов с послед. их разложением, нанесение на носитель суспензии активного в-ва, совместное прокаливание носителя и в-ва. Так, напр., прокаливанием смешанных формиатов Ni и Mg можно получить активный никелевый нанесенный катализатор гидрирования на носителе MgO. Мн. носители (SiO₂, активные угли) имеют небольшие поры размером 1-10 нм, к-рые м.б. закупорены в результате отложения на них кокса во время катализа, что затрудняет диффузию компонентов каталитич. р-ции к активным центрам. Поэтому часто получают бидисперсные нанесенные катализаторы, в к-рых спец. методами (напр., выжиганием добавленных орг. в-в) создают поры размером 100-1000 нм.

К наиб. распространенным пром. носителям относится силикагель, обладающий высокой уд. пов-стью и мех. прочностью. Он используется для получения пром. нанесенных катализаторов окисления, полимеризации и др. Применяют в качестве носителя и др. формы SiO₂-диатомит (кизельгур) и плавленый кварц. Активная форма оксида алюминия g-Аl₂О₃ с уд. пов-стью 120-150 м²/г используется в приготовлении катализаторов процессов нефтепереработки; др. его формы-q- и a-Аl₂О₃-в тех случаях, когда необходим носитель с малой уд. пов-стью (0,5-1 м²/г) и пористостью, обладающий высокой термостойкостью, напр. в катализаторах селективного окисления (см. Катализаторы окисления). Для той же цели применяют др. непористые носители - В₄С, муллит (плавленый алюмосиликат), фаянсовые носители и др. В нанесенных катализаторах дожигания пром. выбросов осн. носители-термостойкие металлич. или кремнеземные волокна, в нанесенных катализаторах дожигания автомобильных газов-спец. керамич. сотовые носители, на к-рые наносят Аl₂О₃, а затем Pt или Pd.

Лит.: Научные основы производства катализаторов, под ред. Р. А. Буянова, Новосиб., 1982; Технология катализаторов, под ред. И. П. Мухленова, 3 изд., Л., 1989. О. В. Крылов.