Heterogenní katalýza

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Heterogenní katalýza"

Jiří Matějka
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Ústav fyzikální chemie Jaroslava Heyrovského AV ČR Heterogenní katalýza Blanka Wichterlová

2 Katalýza cíle Zvýšení rychlosti reakce termodynamicky schůdné Snížení aktivační bariéry tvorbou vazby s katalyzátorem aktivním centrem A B C A B C Vysoce aktivní povrchové centrum - selektivní pro danou reakci Optimalizace geometrie reakčního prostoru uvnitř pórů katalyzátoru

3 Katalýza - uplatnění Paliva štěpení uhlovodíků H + Petrochemie alkylace aromátů H + alkany isoalkany H + H + v matricích syntéza olefinů H + Farmacie přeměny uhl. derivátů H + kovy Polymery polymerace olefinů organometal. komplexy Chemie alkoholy, aldehydy, ketony, oxidy organické kyseliny kationty v matricích Likvidace škodlivin exhaláty, voda oxidy kovů kationty v matricích Biotechnologie enzymy

4 Katalýza - uplatnění Reakce katalyzované protony - kyselost - disociační energie redox centry redox potenciál Optimalizace center na atomární úrovni - nanotechnologie Průběh reakce ovlivněn vlastnostmi aktivních center reakčním prostorem v molekulární dimenzi

5 Katalýza - uplatnění Paliva štěpení uhlovodíků H+ Petrochemie alkylace aromátů H+ alkany isoalkany H+ syntéza olefinů H+ Farmacie přeměny uhlovodíků a derivátů H+ kovy Polymery polymerace olefinů organometal komplexy Selektivní oxidace alkoholy, aldehydy, ketony, oxidy kovů organické kyseliny Likvidace škodlivin exhaláty oxidy kovů Biotechnologie voda oxidy kovů enzymy

6 H+ protonová centra Proton-donorová centra kyselá Broensted centra plynná fáze kapalná fáze HBr H 2 SO 4, HF, FSO 3 H Stabilizace protonového centra aniontovou matricí pevná fáze OH skupiny vázané na oxidech amorfní Al 2 O 3, SiO 2, Al 2 O 3 -SiO 2 krystalické alumosilikáty zeolity

7 H+ protonová centra Proton-donorová centra kyselá Broensted centra plynná fáze kapalná fáze HBr H 2 SO 4, HF, FSO 3 H Stabilizace protonového centra aniontovou matricí pevná fáze OH skupiny vázané na oxidech amorfní Al 2 O 3, SiO 2, Al 2 O 3 -SiO 2 krystalické alumosilikáty zeolity

8 Zeolity - krystalické alumosilikáty Silně kyselá centra Stabilizace protonového centra aniontovou matricí Tvarově selektivní vlastnosti pro průběh katalytické reakce (a) zeolit % silikagel (b) (c) (a) dehydratovan zeolitu (b) silikagel (c) aktivní uhlí aktivní uhlí Si H O Al O Si

9 Strukturní topologie zeolitů

10 Struktura zeolitů

11 Porésní struktura Å

12 Selektivita porésní struktura Vzhledem k reaktantům Omezující přechodový stav Vzhledem k produktům

13 Katalýza - uplatnění Paliva štěpení uhlovodíků H + Petrochemie alkylace aromátů H + alkany isoalkany H + H + v matricích syntéza olefinů H + Farmacie přeměny uhl. derivátů H + kovy Polymery polymerace olefinů organometal. komplexy Chemie alkoholy, aldehydy, ketony, oxidy organické kyseliny kationty v matricích Likvidace škodlivin exhaláty, voda oxidy kovů kationty v matricích Biotechnologie enzymy

14 Výzkum struktury center Model single crystal UHV techniques reactivity molecules Real catalysts selection of one identified structure global real activity spectrum of sites R I P Real-model catalysts potential sites & environment global real activity defined inner volume metal ion complexes reaction conditions intermediates R R I P P

15 Úrovně analýzy M Si,Al composition M -O n coordination - local negative charge distribution other potential active sites M M M H distances delocalized negative charge β β α γ distances & positions of sites in pores sites accessibility to reactants and intermediates framework defects crystal size reactants transport sites at outer surface Structure analysis vs. Reaction kinetics Level of information

16 Experimentální přístupy catalytic test UV-Vis-NIR ESR in situ HT steady-state Moessbauer in situ HT FTIR transient state MAS-NMR VIS emission product analysis EXAFS XANES

17 In-situ spektrální analýza UV-Vis reactor inlet Integrating sphere UV-Vis-NIR beam NOx outlet CHx 250 mg O 2 2 O/He IR reactor inlet 7 mg/cm 2 H 2 IR beam outlet inlet NaCl or Si windows

18 Kationty v matricích zeolitů L Koordinace kationtů UV-Vis, ESR Perturbace skeletálních vazeb IČ Reaktanty vázané na kation IČ

19 Koordinace a pozice kationtů v zeolitech α β γ MOR MFI MOR MFI FER BEA* FER BEA* Department of Catalysis

20 Oxidační reakce C3H8 + O2 C3H6 + CO2 + H2O C2H6 + O2 + NH3 C2H4 + CH3CN + CO2 + H2O + N2 C3H8 + N2O C3H7OH + C3H5O + CO2 + H2O + N2 OH + N2O + N2 + CO2 + H2O N 2 N 2 O NO 2 N 2 Fe (III)-O Fe (II) Fe (III) CHx fast > 200 C CHO x CO x fast > 300 C CHx

21 Selektivní katalytická redukce NOx - SCR-NOx NOx + CxHy + O2 + H2O N2 + COx + H2O % Teplota C GHSV h -1 CxHy decan, toluen hlavní komponenty paliv Analysa reakčních kroků NO + O2 NO2 CHx + O2 COx + H2O NO/NO2 + CHx + O2 N2 + COx + H2O

22 Aktivní centra pro SCR-NOx α β γ Co Cu Fe kationty MOR MFI FER BEA*

23 Katalýza - úkoly Syntéza vysoce strukturovaných materiálů aktivních center porésní struktury Analýza na atomární úrovni struktury pevné fáze reakčních povrchových intermediátů

Podobné dokumenty

Katalýza na nanostrukturách edí

Katalýza na nanostrukturách edí a životní prostřed edí Zdeněk Sobalík Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AVČR, Praha 300 250 200 150 100 50 0 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 10000 cat 8000 6000 4000 Počet publikací ve všech