Катализаторы окисления

КАТАЛИЗАТОРЫ ОКИСЛЕНИЯ, ускоряют р-ции окисления мол. кислородом. Используются в процессах парциального (неполного) и глубокого окисления хим. соединений. Катализаторами парциального окисления орг. соед. обычно являются оксиды. Из металлич. катализаторов окисления используют лишь Ag. Оксидные катализаторы окисления, как правило, - сложные многокомпонентные системы, состоящие из простых или сложных оксидов металлов V-VIII групп. наиб. активны катализаторы окисления, обладающие высокой энергией связи металл - кислород, такие, как оксиды Mo, Bi, Co, Fe, К и др. Соединение этих оксидов в многокомпонентный катализатор окисления увеличивает его селективность. В пром-сти на катализаторах неполного окисления проводят ряд след. многотоннажных процессов. 1. Окисление этилена до этиленоксида с использованием металлич. Ag (10-15%), нанесенного на a-Al₂О₃, обладающий малой уд. пов-стью; частичное отравление катализатора хлорсодержащими добавками увеличивает селективность катализатора. 2. Окисление СН₃ОН в формальдегид; для смесей с соотношением СН₃ОН : воздух = 1:1 используют проволочную сетку из Ag или Ag на a-Al₂О₃, для смесей с содержанием СН₃ОН < 9% - Fe(MoO₄)₃ + MoO₃. 3. Окисление пропилена в акролеин, изобутилена в метакролеин и окислит. аммонолиз пропилена в акрилонитрил в присут. молибдена Bi с добавками СоМоО₄ и молибдатов Fe, а также в присут. оксидных олово- и урансурьмяных катализаторов окисления. Послед. окисление акролеина и метакролеина в акриловую и метакриловую к-ты происходит на оксидах V и Мо. 4. Окислит. дегидрирование бутилена в бутадиен, изопентана в изопрен, этилбензола в стирол в присут. молибдата Bi или ферритных шпинелей, содержащих наряду с оксидами Fe оксиды Mn, Zr, Cr. 5. Окисление бензола в малеиновый ангидрид проводят на V₂O₅ + MoO₃, нафталина во фталевый ангидрид - на V₂O₅ + K₂SO₄, нанесенных на SiO₂, о-ксилола во фталевый ангидрид - на ванадиевотитановом катализаторе окисления. 6. Окисление бутана в малеиновый ангидрид в присут. ванадийфосфорных катализаторов окисления, модифицированных оксидами Ti, Zn, Те и др. Для неполного окисления СН₄, С₂Н₆ и С₃Н₈селективные катализаторы окисления в пром-сти не применяют.

Важнейший процесс окисления неорг. соед. - превращ. SO₂в SO₃ при получении H₂SO₄. Для этого процесса используют металлич. катализаторы окисления - Pt на Al₂О₃ или более активные и устойчивые ванадийоксидные катализаторы окисления, напр., бариево-алюмованадиевый V₂O₅ • 12SiO₂ • 0,5Al₂О₃ • 2К₂О • 3ВаО • КСl. Катализаторы глубокого окисления - металлы платиновой группы Pt, Pd, Rh, реже Ni и Со, а также простые и сложные оксиды металлов VI-VIII групп. Металлич. катализаторы окисления отличаются высокой активностью при разл. т-рах. Их используют при дожигании примесей углеводородов, Н₂и СО, содержащихся в воздухе производств. помещений и выхлопных газах автомобилей. Для увеличения уд. пов-сти Pt и Pd наносят на Al₂О₃, находящийся на пов-сти спец. огнеупорного керамич. носителя; подобные катализаторы окисления имеют вид шариков или блоков со сквозными каналами. Среди оксидных катализаторов окисления наиб. активны соед. с низкой энергией связи металл-кислород. Они обычно эффективны в процессах, протекающих при комнатной т-ре. наиб. активные катализаторы глубокого окисления - сложные оксиды типа шпинелей, такие, как хроматы(III) и кобальтаты(III) Fe, Mn, Co, Сr, а также Со₃О₄ и оксиды типа перовскитов, напр. LaCoO₃. При окислении СО в замкнутых системах жизнеобеспечения и в каталитич. обогревателях применяют смешанный катализатор СоСr₂О₄ + Со₃О₄. В противогазах для защиты от СО используют гопкалитовые патроны, содержащие катализаторы окисления состава: 50% МnО₂, 30% СuО, 15% Со₂О₃, 5% Ag₂O; такой катализатор окисления катализирует р-цию окисления СО до СО₂и активен выше 0°С в отсутствие паров воды. Окисление углеводородов до СО₂ и Н₂О проводят в осн. на оксидных катализаторах окисления. При окислении СН₄ наиб. активны Со₃О₄, Cr₂O₃, MnO, CuO и NiO. Окисление С₂Н₄ при 250-400°С селективно проводят на Сr₂О₃, при 450-600 °С - на Со₃О₄или СuО. Пропан обычно окисляют в присут. Сr₂О₃, NiO, МоО или V₂O₅. Общих закономерностей в подборе катализаторов окисления углеводородов не существует. К глубокому окислению относят также превращ. NH₃ в NO в произ-ве HNO₃; катализатор - сетка из сплавов Pt с Rh (см. Азотная кислота).

Мapгoлис Л. Я., Окисление углеводородов на гетерогенных катализаторах, М., 1977; Голодец Г. И., Гетерогенно-каталитическое окисление органических веществ, Киев, 1978; Проблемы кинетики и катализа, т. 18. под. ред. О. В. Крылова и Н. Д. Шибановой, М., 1981; там же, т. 19, 1985;

Сеттерфилд Ч., Практический курс гетерогенного катализа, пер. с англ., М., 1984; Chemical and physical aspects of catalytic oxidation, ed. by J. L. Portefaix and F. Figueras, P., 1980. О. В. Крылов.

Ещё по теме

Катализаторы в промышленности — виды, свойства и применение

Окислительно-восстановительный катализ — механизмы и применение

Нанесённые катализаторы — состав и применение

Каталитические яды — влияние на катализаторы и методы предотвращения

Яды каталитические — влияние на катализаторы и методы регенерации

Антиокислители — механизмы действия и применение

Окислители — свойства и применение

Промоторы в химии — типы и влияние на катализаторы

Катализ в химии и биологии — основные принципы и применение

Катализ в химии — принципы и применение