Аж үйлдвэрийн хурдацтай өсөлтийн улмаас химийн үйлдвэрлэл, механик инженерчлэл, металлургийн салбарт катализаторын урвал улам бүр эрэлт хэрэгцээтэй болж байна. Катализаторын ачаар бага агуулгатай түүхий эдийг үнэ цэнэтэй бүтээгдэхүүн болгох боломжтой.
Ач холбогдол
Катализаторын урвалууд нь ашигласан олон төрлийн бодисоор ялгагдана. Органик синтезийн хувьд тэдгээр нь усгүйжүүлэх, устөрөгчжүүлэх, усжуулах, исэлдүүлэх, полимержих үйл явцыг ихээхэн хурдасгахад хувь нэмэр оруулдаг. Катализаторыг түүхий эдийг утас, эм, химийн бодис, бордоо, түлш, хуванцар зэрэг эцсийн бүтээгдэхүүн болгон хувиргадаг "философийн чулуу" гэж үзэж болно.
Катализаторын урвал нь олон тооны бүтээгдэхүүнийг олж авах боломжийг олгодог бөгөөд үүнгүйгээр хүний хэвийн амьдрал, үйл ажиллагаа боломжгүй юм.
Катализ нь үйл явцыг хурдасгах боломжийг танд олгономянга, сая удаа, ийм учраас одоогоор химийн янз бүрийн үйлдвэрлэлийн 91% -д ашиглаж байна.
Сонирхолтой баримтууд
Хүхрийн хүчлийн синтез гэх мэт орчин үеийн үйлдвэрлэлийн олон процессыг зөвхөн катализатор ашиглан хийх боломжтой. Олон төрлийн каталитик бодисууд нь автомашины үйлдвэрлэлд зориулсан мотор тосыг бий болгох боломжийг олгодог. 1900 онд үйлдвэрийн хэмжээнд анх удаа ургамлын гаралтай түүхий эдээс маргарины каталитик нийлэгжилтийг (устөрөгчжүүлэлтийн аргаар) хийжээ.
1920 оноос хойш утас, хуванцар үйлдвэрлэхэд каталитик урвалын механизмыг боловсруулсан. Полимер нэгдлүүдийг үйлдвэрлэхэд зориулсан эфир, олефин, карбоксилын хүчил, түүнчлэн бусад эхлэлийн материалыг катализатороор үйлдвэрлэх нь чухал үйл явдал байв.
Газрын тос боловсруулах
Өнгөрсөн зууны дунд үеэс газрын тос боловсруулахад катализаторын урвалыг ашиглаж эхэлсэн. Энэхүү үнэ цэнэтэй байгалийн нөөцийг боловсруулахад нэгэн зэрэг хэд хэдэн катализаторын үйл явц орно:
- шинэчлэх;
- хагарал;
- гидросульфонжуулалт;
- полимержилт;
- hydrocracking;
- алкилизаци.
Өнгөрсөн зууны сүүлчээс агаар мандалд ялгарах утааг багасгахын тулд катализатор хувиргагчийг бүтээх боломжтой болсон.
Катализ болон холбогдох салбарт ажилласан хэд хэдэн Нобелийн шагнал хүртсэн.
Практик хамааралтай
Катализаторын урвал нь хурдасгуур (катализатор) ашиглахтай холбоотой аливаа процесс юм. Ийм харилцан үйлчлэлийн практик ач холбогдлыг үнэлэхийн тулд азот ба түүний нэгдлүүдтэй холбоотой урвалуудыг жишээ болгон дурдаж болно. Энэ хэмжээ нь маш хязгаарлагдмал шинж чанартай байдаг тул синтетик аммиак ашиглахгүйгээр хүнсний уураг үүсгэх нь маш их асуудалтай байдаг. Хабер-Бош катализаторын процессыг хөгжүүлснээр асуудлыг шийдсэн. Катализаторын хэрэглээ байнга өргөжиж байгаа нь олон технологийн үр ашгийг нэмэгдүүлэх боломжийг олгож байна.
Аммиакийн үйлдвэрлэл
Зарим каталитик урвалуудыг авч үзье. Органик бус химийн жишээг хамгийн түгээмэл үйлдвэрүүдийн үндсэн дээр өгсөн болно. Аммиакийн нийлэгжилт нь хийн бодисын эзэлхүүний бууралтаар тодорхойлогддог экзотермик, урвуу урвал юм. Уг процесс нь хөнгөн цагаан исэл, кальци, кали, цахиур нэмсэн сүвэрхэг төмөр болох катализатор дээр явагддаг. Ийм катализатор нь 650-830К температурт идэвхтэй бөгөөд тогтвортой байдаг.
Түүнд хүхрийн нэгдлүүдийг, ялангуяа нүүрстөрөгчийн дутуу ислийг (CO) эргэлт буцалтгүй илгээдэг. Сүүлийн хэдэн арван жилийн хугацаанд шинэлэг технологи нэвтрүүлсний ачаар дарамт ихээхэн буурсан. Жишээлбэл, даралтын үзүүлэлтийг 8106 - 15106 Па хүртэл бууруулах боломжийг олгодог хөрвүүлэгч хийгдсэн.
Урд хэлхээг шинэчилснээр түүний доторх катализаторын хорт бодисууд болох хүхрийн нэгдлүүд,хлор. Катализаторт тавигдах шаардлага ч эрс нэмэгдсэн. Хэрэв өмнө нь төмрийн исэл (масштаб) хайлуулж, магни, кальцийн исэл нэмж гаргаж авдаг байсан бол одоо кобальт исэл шинэ идэвхжүүлэгчийн үүрэг гүйцэтгэж байна.
Амиакийн исэлдэлт
Катализатор болон каталитик бус урвалын онцлог нь юу вэ? Аммиакийн исэлдэлт дээр үндэслэн тодорхой бодис нэмэхээс хамаарах үйл явцын жишээг авч үзэж болно:
4NH3+ 5O2=4NO+ 6H2O.
Энэ процессыг 800°C орчим температурт, түүнчлэн сонгомол катализаторт хийх боломжтой. Харилцааг хурдасгахын тулд цагаан алт ба түүний хайлшийг манган, төмөр, хром, кобальт ашиглана. Одоогийн байдлаар үйлдвэрлэлийн гол катализатор нь цагаан алтны родий ба палладий хольц юм. Энэ арга нь үйл явцын зардлыг мэдэгдэхүйц бууруулах боломжийг олгосон.
Усны задрал
Каталитик урвалын тэгшитгэлийг авч үзвэл усны электролизээр хийн хүчилтөрөгч ба устөрөгчийг олж авах урвалыг үл тоомсорлож болохгүй. Уг процесс нь эрчим хүчний ихээхэн зардал шаарддаг тул үйлдвэрлэлийн хэмжээнд ховор хэрэглэгддэг.
Ойролцоогоор 5-10 нм (нанокластер) ширхэгийн хэмжээтэй металл цагаан алт нь ийм үйл явцын оновчтой хурдасгагч болдог. Ийм бодисыг нэвтрүүлэх нь усны задралыг 20-30 хувиар хурдасгадаг. Бусад давуу тал нь цагаан алтны нүүрстөрөгчийн дутуу ислийн катализаторын тогтвортой байдал юм.
2010 ондАмерикийн эрдэмтдийн баг усны электролизийн эрчим хүчний зарцуулалтыг бууруулдаг хямд катализатор авчээ. Тэд никель, борын нэгдэл болсон бөгөөд өртөг нь цагаан алтнаас хамаагүй бага юм. Аж үйлдвэрийн устөрөгчийн үйлдвэрлэлд бор-никель катализаторыг үнэлдэг.
Хөнгөн цагааны иодидын синтез
Хөнгөн цагааны нунтагыг иодтой урвалд оруулснаар энэ давсыг аваарай. Нэг дусал ус химийн урвалыг эхлүүлэхийн тулд катализаторын үүрэг гүйцэтгэхэд хангалттай.
Нэгдүгээрт, хөнгөн цагаан ислийн хальс нь үйл явцыг хурдасгагч үүрэг гүйцэтгэдэг. Усанд уусдаг иод нь гидроиод ба иодын хүчлүүдийн холимог үүсгэдэг. Хүчил нь эргээд хөнгөн цагаан ислийн хальсыг уусгаж, химийн процесст катализаторын үүрэг гүйцэтгэдэг.
Дүгнэлт
Орчин үеийн үйлдвэрлэлийн янз бүрийн салбарт катализаторын үйл явцын хэрэглээний цар хүрээ жил бүр нэмэгдэж байна. Хүрээлэн буй орчинд аюултай бодисыг саармагжуулах боломжийг олгодог катализаторууд эрэлт хэрэгцээтэй байдаг. Нүүрс, хийнээс нийлэг нүүрсустөрөгч үйлдвэрлэхэд шаардлагатай нэгдлүүдийн үүрэг мөн нэмэгдэж байна. Шинэ технологи нь янз бүрийн бодисыг үйлдвэрлэлийн үйлдвэрлэлийн эрчим хүчний зардлыг бууруулахад тусалдаг.
Катализийн ачаар полимер нэгдлүүд, үнэ цэнэтэй шинж чанартай бүтээгдэхүүн гаргаж авах, түлшийг цахилгаан энерги болгон хувиргах технологийг шинэчлэх, шаардлагатай бодисыг нэгтгэх боломжтой.хүний амьдрал, үйл ажиллагаа.
