нанесенные катализаторы
НАНЕСЕННЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ
содержат активный компонент, нанесенный на дисперсное или пористое вещество-носитель. Использование Н.к. позволяет увеличить поверхность работающего катализатора, экономит дорогостоящие вещества (напр., Pt, Pd, Ag), предотвращает рекристаллизацию и спекание активного компонента при высоких температурах, удлиняет срок работы катализатора, а в ряде случаев стабилизирует его в определенной хим. форме. Носитель должен обладать необходимыми хим. свойствами и адгезией, позволяющими удерживать на своей поверхности активный компонент, обеспечивать доступ реагирующего вещества к активным центрам катализатора, быть термически и химически устойчивым в условиях катализа и регенерации Н.к. Количество активного компонента в Н.к. обычно значительно меньше количества носителя.
В качестве носителей применяют искусственные (активные угли, силикагель, Al2O3, алюмосиликат, MgO, ZrO2) и (реже) естественные (прир. глины, пемза, диатомит, асбест) твердые тела с высоко развитой уд. поверхностью и пористостью. Однако в случае многостадийных реакций, когда целевой продукт может подвергаться дальнейшим нежелат. превращениям, высокая пористость Н.к. оказывается невыгодной вследствие возможности перехода реакции во внутри-диффузионную область (см. катализ, катализаторы).
Носители, инертные для данного каталитич. процесса, вступая во взаимод. с активным компонентом, обычно сильно влияют на каталитич. свойства Н.к. Некоторые носители могут ускорять одну из стадий каталитич. процесса или вызывать др. реакцию, напр. на активных центрах платиновых Н.к. риформинга протекает дегидрирование, а на носителе (Al2O3)- изомеризация углеводородов. Примером стабилизации определенной валентной формы активной части Н.к. служат алюмохромовые катализаторы дегидрирования парафинов, где носитель g-Al2O3 стабилизирует оксид хрома в окислит. состоянии Cr3+; в Н.к. полимеризации олефинов фирмы "Филлипс" оксид хрома на поверхности алюмосиликата или SiO2 стабилизирован в состоянии Cr5+. В некоторых случаях активный компонент катализатора может вступать во взаимод. с носителем, напр. в Н.к. синтеза углеводородов из CO и H2 по Фишеру-Тропшу металлич. компонент (Со, Ni, Fe) вступает в химическую реакцию е носителем (ThO2, ZrO2, TiO2), что сопровождается частичным восстановлением последнего и т. наз. обволакиванием металла носителем (эффект "сильного взаимод. металл-носитель"). Дисперсность металлич. Н.к. сильно зависит от вида применяемого носителя.
Наиболее распространенный способ получения Н. к. — пропитка носителя раствором, содержащим активные компоненты катализатора, с послед, сушкой и прокаливанием. Для получения оксидных Н.к. обычно применяют соли, анионы которых разлагаются при нагр. (нитраты, карбонаты, формиаты и т. п.); для получения металлических необходимо восстановление катализатора, пропитанного ранее раствором соли. Применяют также пропитку с осаждением на поверхности носителя нерастворимых гидроксидов с послед. их разложением, нанесение на носитель суспензии активного вещества, совместное прокаливание носителя и вещества. Так, напр., прокаливанием смешанных формиатов Ni и Mg можно получить активный никелевый Н.к. гидрирования на носителе MgO. Мн. носители (SiO2, активные угли) имеют небольшие поры размером 1–10 нм, которые м. б. закупорены в результате отложения на них кокса во время катализа, что затрудняет диффузию компонентов каталитич. реакции к активным центрам. Поэтому часто получают бидисперсные Н.к., в которых спец. методами (напр., выжиганием добавленных орг. веществ) создают поры размером 100–1000 нм.
К наиболее распространенным пром. носителям относится силикагель, обладающий высокой уд. поверхностью и мех. прочностью. Он используется для получения пром. Н.к. окисления, полимеризации и др. Применяют в качестве носителя и др. формы SiO2-диатомит (кизельгур) и плавленый кварц. Активная форма оксида алюминия g-Al2O3 с уд. поверхностью 120–150 м2/г используется в приготовлении катализаторов процессов нефтепереработки; др. его формы-q- и a-Al2O3 — в тех случаях, когда необходим носитель с малой уд. поверхностью (0,5–1 м2/г) и пористостью, обладающий высокой термостойкостью, напр. в катализаторах селективного окисления (см. катализаторы окисления). Для той же цели применяют др. непористые носители — В4С, муллит (плавленый алюмосиликат), фаянсовые носители и др. В Н.к. дожигания пром. выбросов осн. носители-термостойкие металлич. или кремнеземные волокна, в Н.к. дожигания автомобильных газов-спец. керамич. сотовые носители, на которые наносят Al2O3, а затем Pt или Pd.
Лит.: Научные основы производства катализаторов, под ред. Р. А. Буянова, Новосиб., 1982; Технология катализаторов, под ред. И. П. Мухленова, 3 изд., Л., 1989.
О. В. Крылов
