Teollisuuden nopean kasvun vuoksi katalyyttisillä reaktioilla on yhä enemmän kysyntää kemianteollisuudessa, koneenrakennuksessa ja metallurgiassa. Katalyyttien käytön ansiosta on mahdollista tehdä huonolaatuisista raaka-aineista arvokas tuote.
Merkitys
Katalyyttiset reaktiot erottuvat käytettävien aineiden moninaisuudesta. Orgaanisessa synteesissä ne edistävät merkittävää dehydraation, hydrauksen, hydraation, hapettumisen ja polymeroitumisen kiihtymistä. Katalyyttiä voidaan pitää "filosofin kivenä", joka muuttaa raaka-aineet valmiiksi tuotteiksi: kuidut, lääkkeet, kemikaalit, lannoitteet, polttoaineet, muovit.
Katalyyttisten reaktioiden avulla on mahdollista saada lukuisia tuotteita, joita ilman normaali elämä ja ihmisen toiminta ovat mahdottomia.
Katalyysin avulla voit nopeuttaa prosessejatuhansia ja miljoonia kertoja, minkä vuoksi sitä käytetään tällä hetkellä 91 %:ssa eri kemianteollisuudesta.
Mielenkiintoisia faktoja
Monet nykyaikaiset teolliset prosessit, kuten rikkihapon synteesi, voidaan suorittaa vain käyttämällä katalyyttiä. Laaja valikoima katalyyttisiä aineita varmistaa moottoriöljyjen luomisen autoteollisuudelle. Vuonna 1900 suoritettiin ensimmäistä kertaa teollisessa mittakaavassa margariinin katalyyttinen synteesi kasviraaka-aineista (hydraamalla).
Vuodesta 1920 lähtien on kehitetty mekanismi katalyyttisiä reaktioita varten kuitujen ja muovien tuotannossa. Merkittävä tapahtuma oli esterien, olefiinien, karboksyylihappojen sekä muiden polymeeriyhdisteiden valmistukseen käytettävien lähtöaineiden katalyyttinen tuotanto.
Öljynjalostus
Viime vuosisadan puolivälistä lähtien katalyyttisiä reaktioita on käytetty öljynjalostuksessa. Tämän arvokkaan luonnonvaran käsittely sisältää useita katalyyttisiä prosesseja kerralla:
- uudistetaan;
- halkeileva;
- hydrosulfonointi;
- polymerointi;
- vesikrakkaus;
- alkylointi.
Viime vuosisadan lopusta lähtien on ollut mahdollista kehittää katalysaattori, joka vähentää pakokaasupäästöjä ilmakehään.
Useita Nobel-palkintoja on myönnetty työstä katalyysin ja siihen liittyvien alojen parissa.
Käytännöllinen merkitys
Katalyyttinen reaktio on mikä tahansa prosessi, jossa käytetään kiihdyttimiä (katalyyttejä). Tällaisten vuorovaikutusten käytännön merkityksen arvioimiseksi voidaan mainita esimerkkinä typpeen ja sen yhdisteisiin liittyvät reaktiot. Koska tämä määrä on luonteeltaan hyvin rajallinen, ruokaproteiinin luominen ilman synteettistä ammoniakkia on erittäin ongelmallista. Ongelma ratkaistiin Haber-Boschin katalyyttiprosessin kehittämisellä. Katalyyttien käyttö laajenee jatkuvasti, mikä mahdollistaa monien teknologioiden tehokkuuden lisäämisen.
Ammoniakin tuotanto
Katsotaanpa joitain katalyyttisiä reaktioita. Esimerkkejä epäorgaanisesta kemiasta on annettu yleisimpien teollisuudenalojen perusteella. Ammoniakin synteesi on eksoterminen, palautuva reaktio, jolle on ominaista kaasumaisen aineen tilavuuden väheneminen. Prosessi tapahtuu katalyytillä, joka on huokoista rautaa, johon on lisätty alumiinioksidia, kalsiumia, kaliumia, piitä. Tällainen katalyytti on aktiivinen ja stabiili lämpötila-alueella 650-830K.
Lähetä sille peruuttamattomasti rikkiyhdisteitä, erityisesti hiilimonoksidia (CO). Viime vuosikymmeninä innovatiivisten teknologioiden käyttöönoton ansiosta paine on vähentynyt merkittävästi. Esimerkiksi tehtiin muuntaja, jonka avulla voit laskea paineilmaisimen arvoon 8106 - 15106 Pa.
Etupiirin modernisointi on vähentänyt merkittävästi todennäköisyyttä löytää siitä katalyyttisiä myrkkyjä - rikkiyhdisteitä,kloori. Myös katalysaattorin vaatimukset ovat lisääntyneet merkittävästi. Jos aiemmin sitä valmistettiin sulattamalla rautaoksideja (skaala), lisäämällä magnesium- ja kalsiumoksideja, niin nyt kobolttioksidilla on uuden aktivaattorin rooli.
Ammoniakin hapettuminen
Mitkä ovat katalyyttisten ja ei-katalyyttisten reaktioiden ominaisuudet? Esimerkkejä prosesseista, jotka riippuvat tiettyjen aineiden lisäämisestä, voidaan harkita ammoniakin hapettumisen perusteella:
4NH3+ 5O2=4NO+ 6H2O.
Tämä prosessi on mahdollista noin 800 °C:n lämpötilassa, samoin kuin valikoiva katalyytti. Vuorovaikutuksen nopeuttamiseksi käytetään platinaa ja sen seoksia mangaanin, raudan, kromin ja koboltin kanssa. Tällä hetkellä tärkein teollinen katalyytti on platinan seos rodiumin ja palladiumin kanssa. Tämä lähestymistapa mahdollisti merkittävästi prosessin kustannusten alentamisen.
Veden hajoaminen
Katalyyttisten reaktioiden yhtälöt huomioon ottaen ei voida sivuuttaa reaktiota, jossa kaasumaista happea ja vetyä saadaan vesielektrolyysillä. Prosessi vaatii huomattavia energiakustannuksia, joten sitä käytetään harvoin teollisessa mittakaavassa.
Metalliplatina, jonka hiukkaskoko on noin 5-10 nm (nanoklusterit), toimii optimaalisena kiihdyttimenä tällaiselle prosessille. Tällaisen aineen lisääminen nopeuttaa veden hajoamista 20-30 prosenttia. Muita etuja ovat platinahiilimonoksidikatalyytin stabiilisuus.
Vuonna 2010amerikkalaisten tutkijoiden ryhmä sai halvan katalyytin, joka vähentää energiankulutusta veden elektrolyysissä. Niistä tuli nikkelin ja boorin yhdiste, jonka hinta on huomattavasti alhaisempi kuin platina. Boori-nikkelikatalyytti on arvostettu teollisen vedyn tuotannossa.
Alumiinijodidin synteesi
Hanki tämä suola antamalla alumiinijauheen reagoida jodin kanssa. Yksi pisara vettä riittää toimimaan katalysaattorina kemiallisen reaktion käynnistämiseksi.
Ensinnäkin alumiinioksidikalvo toimii prosessin kiihdyttimenä. Jodi, liukenee veteen, muodostaa jodi- ja jodihappojen seoksen. Happo puolestaan liuottaa alumiinioksidikalvon toimien kemiallisen prosessin katalysaattorina.
Yhteenveto
Joka vuosi katalyyttisten prosessien käyttö laajenee nykyaikaisen teollisuuden eri alueilla. Katalyytit ovat kysyttyjä, joiden avulla voit neutraloida ympäristölle vaarallisia aineita. Myös synteettisten hiilivetyjen valmistukseen kivihiilestä ja kaasusta tarvittavien yhdisteiden rooli kasvaa. Uudet tekniikat auttavat vähentämään energiakustannuksia eri aineiden teollisessa tuotannossa.
Katalyysin ansiosta on mahdollista saada polymeeriyhdisteitä, tuotteita, joilla on arvokkaita ominaisuuksia, modernisoida teknologioita polttoaineen muuntamiseksi sähköenergiaksi, syntetisoida tarvittavia aineitaihmiselämä ja toiminta.
