سموم کاتالیزور

سموم کاتالیزور

سموم کاتالیزور موادی هستند که کاتالیزورها را از فعالیت باز می‌دارند. مثلا مقدار کمی آرسنیک توانایی پلاتین را که کاتالیزور تبدیل سولفور دی‌اکسید ،به سولفور تری‌اکسید است، از بین می‌برد.

(SO2(g)----------->SO3(g

احتمالا در این عمل بر سطح پلاتین ، پلاتینم ارسیند تشکیل می‌شود و فعالیت کاتالیزوری از میان می‌رود. جذب اتیلن ، کاتالیزور را موقتا مسموم می‌کند، درحالیکه جذب پلاتین ، کاتالیزور را بطور دائم مسموم می‌کند.

اختصاصی بودن فعالیت کاتالیزور

فعالیت کاتالیزورها عمدتا بسیار اختصاصی است. در پاره‌ای موارد ، کاتالیزور معین موجب سنتز نوعی محصولات خاص از بعضی مواد می‌شود، حال آنکه کاتالیزور دیگر موجب سنتز محصولات کاملا متفاوت دیگری از همان مواد می‌شود. البته در این موارد امکان وقوع هر دو واکنش از لحاظ ترمودینامیکی میسر است. مثلاکربن مونوکسید و هیدروژن بر هم اثر می‌کنند و بسته به شرایط واکنش و نوع کاتالیزور مصرف شده ، محصولات بسیار متنوعی ایجاد می‌کنند.

اگر کبالت یا نیکل بعنوان کاتالیزور بکاربرده شود، مخلوطی از هیدروکربنها بوجود می‌آورد. در این جا نیکل بعنوان یک کاتالیزور نامرغوب عمل می‌کند.

CO(g)+3H2(g)------------>CH4(g)+H2O

و اگر مخلوطی از روی و اکسید کرم بعنوان کاتالیزور مصرف شود، از واکنش متانول تولید می‌شود.

(CO(g)+2H2(g)------------>CH3OH(g

برای این واکنش ، نیکل یک کاتالیزور مرغوب است.کاتالیزور مرغوب کاتالیزوری است که انتخابی عمل کند.

غیر فعال شدن کاتالیزور

معمولا تمام کاتالیزورها دارای یک عمر معین هستند که پس از سپری شدن آن فعالیت موثر آنها کاهش می‌یابد که ممکن است بطور ناگهانی یا تدریجی باشد (افت فعالیت). در چنین مواقعی معمولا بسته به نوع و مکانیسم غیر فعال شدن ، باید کاتالیروز را بازیابی یا جایگزین کرد. در این مواقع باید تصمیم بگیریم که آن را تعویض یا احیا کنیم. تصمیم بر اساس مکانیسم های غیر فعال شدن است و مهمترین و متداولترین مکانیسم غیر فعال شدن عبارت است از:

1. در کاتالیزورهای نفتی ، تجزیه هیدروکربن‌ها در دمای بالا موجب تشکیل لایه ضخیمی از کربن غیر فعال روی سطوح کاتالیزور می‌گردد که همین دوره باعث می‌شود که روی سایت کاتالیزور پوشیده و از کار می‌افتد.
2. پدیده دوم مربوط به مسموم شدن کاتالیزور می‌باشد. این پدیده زمانی اتفاق می‌افتد که ماده جذب شونده باعث تعییر آرایش کاتالیزور می‌شود. آرایش بلوری در فعالیت کاتالیزور نقش اساسی دارد. تغییر آرایش بلوری باعث غیر فعال شدن آن می‌شود. عواملی مانند سولفور این پدیده را ایجاد می‌کند.
3. عامل سوم مربوط به وجود ناخالصیهای فلزی در سطح کاتالیزور می‌باشد. این ناخالصیها در مناطق فعال ، جذب و فعالیت کاتالیزور را کاهش می‌دهند.
4. اورگانومتالیکهای فلزی معمولا به مقدار بسیار به عنوان کاتالیستها مورد استفاده قرار می‌گیرند. از تجزیه ناخواسته این کاتالیستها در دمای بالا اورگانومتالیکهای تیتانیم و وانادیم ایجاد شده، ضمن بلوکه کردن کانالهای کاتالیکی باعث کاهش فعالیت کاتالیزوری می‌شوند.
5. معمولا ساختمان کاتالیزورها یک ساختمان متخلخل و پرزدار است. حفره‌ های میکرونی در روی کاتالیزور وجود دارد که شوکهای حرارتی باعث مسدود شدن این میکرو پرزها می‌گردد. بنابراین شوکهای حراراتی ممکن است فعالیت کاتالیزورها را کاهش دهد.

بازیابی کاتالیزور

• کاتالیزور را می‌توان با عبور هوای گرم احیا کرد.
• در مکانیسم های دیگر از وجود ناخالصیها که باعث مسموم شدن کاتالیزور می شود جلوگیری کرد.

طبقه بندی سیستم های کاتالیکی

عملکرد کاتالیزورها در دو فار هموژن و هتروژن انجام می‌گردد. فاز هموژن حالتی است که مواد واکنش‌دهنده و کاتالیزور در یک فاز قرار می‌گیرند. حال آنکه اگر عملکرد کاتالیزور و مواد واکنش‌دهنده در دو فاز مختلف باشد و مرز فیزیکی بین کاتالیزور و مواد واکنش‌دهنده وجود داشته باشد، چنین فازی را هتروژن می‌گویند.

کاتالیزورهای جامد

1. جامد فلزی:
   
   مناسب واکنشهایی هستند که مواد واکنشی از هیدروژن و یا هیدرو کربن تشکیل شده‌اند. عمده کاتالیزورهای این دسته از عناصر واسطه تشکیل می‌گردد. مثل نقره ، پلاتین ، آهن و نیکل و پالادیم.
   
   معمولا ویژگی این فلزات و کاتالیزورها به گونه ای است که هم هیدروژن و هم هیدروکربن به راحتی در سطح این کاتالیزورها جذب می‌گردند. این کاتالیزورها برای واکنشهای هیدروژن و هیدروژن‌گیری مناسب است و برای واکنشهای اکسیداسیون مناسب نیست، چون احتمال اکسید شدن خود فلزات هم وجود دارد.
2. کاتالیزورهای اکسید فلزی:
   
   اکسید روی ، اکسید نیکل ، اکسید منگنز ، اکسید کروم ، اکسید بیسموت ، اکسید مولیبدن. ویژگی این کاتالیزورها در این است که می‌توانند در واکنش ، اکسیژن مبادله کنند (یعنی می‌توانند اکسیژن را دوباره به حالت اول برگردانند).
3. کاتالیزروهای اکسید فلزی _ عایق:
   
   اکسید منیزیم ، اکسید آلومینیم ، سیلیس. این کاتالیزورها بعنوان جاذبه الرطوبه مورد استفاده قرار می‌گیرند.
4. کاتالیزورهای زیگلر _ ناتا:
   
   در پلیمریزاسیون استفاده می‌شود. نسل جدیدی از کاتالیزورهای زیگلر _ ناتا در متالوسیون استفاده می‌شود.

عوامل موثر در فعالیت کاتالیزور

• سطح کاتالیزور
• قدرت و استحکام پیوند جذبی

راههای افزایش سطح کاتالیزور

• پودر کردن یعنی افزایش سطح کاتالیزور بطریق فیزیکی
• ایجاد خلل و فرج و کانالهای بسیار ظریف میکروسکوپی در بدنه کاتالیزور
• نشاندن کاتالیزور روی بستری از آلومینا و زئولیت
• متخلخل کردن کاتالیزور

کاربرد کاتالیزور

کاتالیزور در سه بخش به کار می رود:

1. صنعت اتومبیل:
   
   در این بخش کاتالیزورها بصورت مستقیم و غیرمستقیم استفاده می‌شوند. در اگزوز اتومبیلها بستری از فلزات جامد مثل پلاتین روی پایه آلومینات قرار گرفته و هیدروکربنهای مضر مثل منوکسید کربن و غیره را جذب می‌کند.
2. صنعت نفت و پالایش مواد نفتی:
   
   عمده ترین مصرف کاتالیزورها در صنعت نفت در دو پروسه کراکینگ (شکستن مولکولهای درشت به کوچک) و رفرمینگ (دوباره باز آرائی و ترکیب مولکولهایی برای تولید) می‌باشد.
   
   در صنعت نفت بیشتر کاتالیزورهای زیگلر _ ناتا، کاتالیزورهای فلزی و اورگانومتالیک مثل رودیوم استفاده می‌شود.
3. تولید مواد شیمیایی