کاتالیزور چیست؟

کاتاليزور چيست؟

کاتاليزور ماده اي است که سرعت واکنش شيميايي را افزايش مي دهد. کاتاليزور در ابتدا با مواد اوليه تشکيل پيوند مي دهد و آنها را به محصول تبديل مي کند. سپس محصول از سطح کاتاليزور جدا مي شود و مواد واکنش نکرده براي ادامه واکنش روي سطح کاتاليزور باقي مي مانند. در حقيقت، مي توان واکنش هاي کاتاليزوري را به صورت يک سيکل بسته در نظر گرفت که در ابتدا کاتاليزور وارد واکنش مي شود سپس در انتهاي سيکل به شکل اوليه خود بازيابي مي شود.

کاتاليزور به فرم هاي مختلفي وجود دارد، فرم هاي متنوع اتمي و مولکولي تا ساختار بزرگي نظير زئوليت ها يا آنزيم ها در گستره کاتاليزور ها قرار مي گيرند. علاوه براين آنها مي توانند در محيط هاي مختلفي بکار بروند: در مايعات، گازها يادر سطح جامدات.
در يک نگاه کلي مي توان کاتاليزور ها را به سه زير مجموعه تقسيم کرد: کاتاليزور هاي همگن، کاتاليزورهاي غير همگن و کاتاليزور هاي حياتي

کاتاليزور همگن

درکاتاليزور همگن ماده اي که به عنوان کاتاليزورکار مي‌کند، با مواد واکنش‌دهنده در يک فاز گاز يا مايع باشند. واکنش هاي صنعتي مانند Hydroformylation و پليمريزاسيون اولفين ها از کاتاليزور هاي همگن استفاده مي کنند. يکي از واکنش هايي که در يک فاز انجام مي شود، سنتز اسيد استيک از متانول و مونوکسيد کربن با استفاده از يک کمپلکس RH مي باشد.

کاتاليزور ناهمگن

هنگامي که يک مرز مشترک فازي، کاتاليزور را از مواد واکنش دهنده جدا سازد، آنگاه کاتاليزور را ناهمگن مي نامند. کاتاليزور ناهمگن عمدتاً از طريقجذب سطحيشيمياييمواد واکنش دهنده روي سطح کاتاليزور صورت مي‌گيرد.

کاتاليزور هاي حياتي

بسياري ازفرايندهاي صنعتيبه اعمالي بستگي دارند که با کاتاليزور صورتمي‌گيرند. ولي کاتاليزورهايي که براي انسان مورد اهميت بيشتري دارند، کاتاليزورهايطبيعي يعني آنزيم‌ها هستند. اين مواد فوق العاده پيچيده، پروتئين هاي بزرگي هستند که فرايندهاي حياتي مانندگوارشو سنتز سلولي را کاتاليز مي‌کنند.

اجزاء مهم کاتاليزور

کاتاليزور ها مي توانند بصورت اکسيدها، نيتريدها، اسيدها، نمک ها، بکار بروند. تهيه و آماده سازي کاتاليزور ها ترکيبي از علم و هنر است اما اساس آن بر مبنا ي آزمايش مي باشد. کاتاليزور ها بر حسب نوع فرايندي که در آنها مورد استفاده قرار مي گيرند به شکل ها و اندازه هاي متفاوتي (ميکروسکوپيک، مزوسکوپيک و ماکروسکوپيک ساخته مي شوند.
کاتاليزور هاي صنعتي به ندرت از يک ترکيب درست شده اند، اما معمولاً از دو جزء و يا بيشتر و به ندرت از اجزاي بسيار زياد تشکيل مي شوند. در هر کاتاليزور مورد استفاده در صنايع مختلف، علاوه بر فاز فعال ترکيبات ديگري به منظور تغيير در خصوصيات کاتاليزور از قبيل فعاليت، گزينش پذيري، پايداري و غيره استفاده مي شود.
کاتاليزور هاي جامد از سه جزء اصلي تشکيل شده اند:
·فاز فعال
·پروموتر
·پايه
مثلاً در کاتاليزور CuO/ZnO/Al2O3، که کاتاليزور سنتز متانول از گاز سنتز مي باشد، CuO جزء فعال کاتاليزور ZnO پروموتر و Al2O3 نقش پايه کاتاليزور مي باشد.

فاز فعال
انتخاب فاز فلز در تهيه کاتاليزور مورد نظر نقش بسيار مهمي دارد. فلز بايستي طوري انتخاب شود که واکنش هاي مورد نظر را به طور کامل انجام داده و قادر به انجام واکنش هاي ناخواسته نباشد. فاکتورهاي مهم در انتخاب فاز فعال عبارتند از:
·فعاليت
·گزينش پذيري
·پايداري حرارتي و مکانيکي
·قابليت باز يابي
·قيمت
·اندازه و شکل ذرات

پروموتر يا ارتقادهنده
پروموتر به موادي گفته مي شود که به مقدار خيلي کم به کاتاليزور افزوده مي گردد، تا فعاليت بهتر، گزينش پذيري يا پايداري بيشتري را در آن ايجاد کند اين ترکيبات به دوصورت فلزي و اکسيدي در ساختار کاتاليزور مي توانند وجود داشته باشند. مکانيسم عمل پروموتر ها به اين صورت است که تقويت کننده ها با ايجاد نقص هايا بي‌نظمي هاي شبکه در سطح کاتاليزورکه باعث ناهمواري هاي سطحي (پله ها) مي شود، نقش عمده اي در کنترل فعاليت و گزينش پذيري کاتاليزور دارند.
اغلب پروموتر ها را مي توان به پروموتر هاي الياف جلوگيري از جمع شدن و انباشتگي بلورهاي فعال کاتاليزور) و پروموتر هاي ساختاري (اثرات شيميايي و الکتروني بر روي ساختار کاتاليزور) تقسيم بندي نمود. يک تقويت کننده اليافي (پايدارکننده) اثرات فيزيکي دارد اما يک تقويت کننده ساختاري (الکتروني) اثرات شيميايي به سيستم تحميل مي نمايد.
اصطلاح پايه به موادي اطلاق مي شود که قسمت بدنه کاتاليزور را تشکيل مي دهند و جزء فعال کاتاليزور و تقويت کننده ها روي آن قرار مي گيرند. پايه کاتاليزور در اغلب موارد اصلاً فعاليت کاتاليزوري ندارد. اولين خاصيتي که يک پايه کاتاليزور بايد داشته باشد، خنثي بودن آن از نظر شيميايي است.
پايه کاتاليزور باعث توزيع و پخش شدن کاتاليزورهاي گران قيمت مانند پلاتين مي گردد. در اصل پايه براي بهينه کردن بافت لازم کاتاليزور يا براي تقويت تشکيل يک فاز فعال ويژه انتخاب مي گردد. پايه به کاتاليزور مقاومت مکانيکي و حرارتي لازم را مي دهد و آن را در مقابل خرد شدن و کلوخه شدن محافظت مي کند. براي اين که بتوان کاتاليزور هاي ناهمگن را در اشل صنعتي مصرف کرد بايد کاتاليزور در شرايط واکنش واکنش فعاليت، گزينش پذيري و بالايي داشته باشد. به اين منظور در اغلب فرايند هاي کاتاليزوري براي رسيدن به کاتاليزوري با مساحت سطح ويژه بالا و حداکثر فعاليت ويژه، فاز فعال فلزي بر روي پايه پراکنده مي شود.