کاتالیزور صنعتی و فرآیند تولید آن

کاتالیزورها قهرمانان واکنش های شیمیایی هستند که جامعه بشری را شگفت زده می کنند. کاتالیزور ماده ای است که واکنش های شیمیایی را سرعت می بخشد. با کمک یک کاتالیزور، مولکول هایی که ممکن است سال ها طول بکشد تا برهمکنش کنند، اکنون می توانند این کار را در چند ثانیه انجام دهند. کارخانه ها برای ساختن همه چیز از پلاستیک گرفته تا دارو به کاتالیزورها متکی هستند. کاتالیزورها به پردازش نفت و زغال سنگ به سوخت مایع کمک می کنند. آنها بازیگران کلیدی فناوری های انرژی پاک هستند. کاتالیزورهای طبیعی در بدن - معروف به آنزیم - حتی نقش مهمی در هضم و غیره دارند.

کاتالیزور صنعتی چیست؟

کاتالیز به عنوان فرآیندی گفته می شود که طی آن سرعت واکنش شیمیایی با افزودن ماده ای (کاتالیزور) که خود در طی واکنش شیمیایی تغییر نمی کند. کاتالیزورها معمولاً به گونه‌ای استفاده می‌شوند که واکنش‌های شیمیایی در دماها و فشارهای آنقدر کم رخ دهد که تولیدکنندگان بتوانند از تجهیزات با قیمت اقتصادی استفاده کنند یا اطمینان حاصل کنند که سرعت تولید محصول مورد نظر بیشتر از نرخ تولید محصولات جانبی نامطلوب است. سنتز شیمیایی مبتنی بر کاتالیز 60 درصد از محصولات شیمیایی امروزی را تشکیل می دهد و عاملی در 90 درصد از فرآیندهای شیمیایی فعلی است.

کاتالیزورها باعث می شوند که چنین شکستن و بازسازی با کارایی بیشتری انجام شود. آنها این کار را با کاهش انرژی فعال سازی برای واکنش شیمیایی انجام می دهند. انرژی فعال سازی مقدار انرژی مورد نیاز برای اجازه دادن به واکنش شیمیایی است. کاتالیزور فقط مسیر مشارکت شیمیایی جدید را تغییر می دهد.

آنزیم ها کاتالیزورهای طبیعی زیست شناسی هستند. آنها در همه چیز از کپی کردن مواد ژنتیکی گرفته تا تجزیه غذا و مواد مغذی نقش دارند. تولیدکنندگان اغلب کاتالیزورهایی برای سرعت بخشیدن به فرآیندها در صنعت ایجاد می کنند.

کاتالیزورها موادی شامل جامد، مایع و گاز هستند که سرعت واکنش های شیمیایی را افزایش می دهند و برای صنایع شیمیایی حیاتی هستند. آنها تولید کارآمد بسیاری از مواد شیمیایی را امکان پذیر می کنند و در طیف گسترده ای از کاربردهای صنعتی از جمله مواد شیمیایی خوب، عملیات پالایشگاهی، روغن های خوراکی، داروها و پلیمرها استفاده می شوند. کاربردهای خاص شامل کاهش انتشار گازهای گلخانه ای محیطی و تولید سوخت های کم گوگرد است. اروپا در فناوری کاتالیزور پیشرو است.

عوامل مهم در فرآیند کاتالیست

عوامل مهم در طراحی کاتالیست عبارتند از: گزینش پذیری و عملکرد، مسمومیت، خورندگی، قابلیت بازیافت و همچنین در دسترس بودن مواد. بهینه سازی اثرات کاتالیزوری مستلزم درک کامل طیف وسیعی از پدیده های شیمیایی است و یک علم بسیار تخصصی است.

انواع کاتالیزور

دو نوع اصلی کاتالیزور وجود دارد:

همگن

واکنش دهنده ها و کاتالیزور در یک فاز هستند، معمولاً در محلول. کاتالیزور معمولاً با فرآیندی مانند تقطیر از جریان محصول نهایی بازیابی می شود. تا زمانی که فعالیت کاتالیزوری دیگر به اندازه کافی بالا نباشد مجدداً استفاده می شود. اغلب مواد خام کاتالیزور به صورت پودر عرضه می شود و قبل از استفاده از کاتالیزور باید کاتالیزور را در یک حلال مناسب حل کرد.

ناهمگون

واکنش دهنده ها (معمولاً مایع یا گاز) و کاتالیزور (معمولاً جامد) در فازهای مختلف هستند. گلوله ها ممکن است کروی، استوانه ای یا به شکل تصادفی باشند. بسیاری از کاتالیزورهای مورد استفاده در فرآیندهای ناهمگن بسیار پیچیده هستند. معمولاً از تعدادی اجزای اصلی بر روی یک ماده نگهدارنده بی اثر مانند اکسید آلومینیوم یا سیلیس تشکیل شده اند. هنگامی که این کاتالیزورهای جامد استفاده می شوند، ممکن است گرد و غبار در هوا تولید کنند و بنابراین ممکن است هنگام استنشاق خطر ایجاد کنند.

کاتالیزورها چگونه ساخته می شوند؟

ساخت کاتالیزور فرآیند پیچیده ای است که معمولاً در تأسیسات تخصصی انجام می شود. کاتالیزورهای ناهمگن جامد با فلزات معمولاً با اشباع یا رسوب بر روی تکیه گاه به صورت مایع و به دنبال آن پردازش حرارتی تولید می شوند. جزئیات فرآیند ساخت و تولید کاتالیست را می توانید در اینجا بخوانید.

خودروهای مجهز به کاتالیزور

خودروهای امروزی به مبدل کاتالیزوری متکی هستند. چنین وسایلی به تجزیه گازهای خروجی به مواد شیمیایی (مانند آب) که برای محیط زیست سمی کمتری دارند کمک می کنند.

پلاتین در پیل‌های سوختی به خوبی کار می‌کند، زیرا با هر گاز راه‌اندازی به مقدار مناسب تعامل دارد. سطح پلاتین مولکول های گاز را جذب می کند. در واقع، آن‌ها را به هم نزدیک می‌کند تا واکنش آن‌ها را افزایش دهد.

برای سال‌ها، سایر فناوری‌ها نیز به کاتالیزورهای پلاتین متکی بودند. به عنوان مثال، برای حذف آلاینده های مضر از گازهای خروجی اگزوز، خودروها اکنون به مبدل های کاتالیزوری متکی هستند.

اما پلاتین دارای معایبی است. گران است و به دست آوردن آن آسان نیست.

برخی دیگر از کاتالیزورها شامل فلزاتی با خواص شیمیایی مشابه پلاتین هستند. از جمله آنها پالادیوم و ایریدیوم اشاره کرد. با این حال، مانند پلاتین، هر دو گران هستند و به سختی به دست می آیند. به همین دلیل است که جستجو برای کاتالیزورهای کم‌هزینه برای استفاده در سلول‌های سوختی ادامه دارد.