Quimica-Catalíse

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2. Os catalisadores

Desde os tempos antigos, o desenvolvimento eo uso de materiais Um dos objetivos básicos do nosso mundo. Eras, a Idade da Pedra, Da Idade do Bronze e da Idade do Ferro, foram nomeados Material usado pela humanidade para construir suas ferramentas. Materiais Ciência é a atividade moderna que fornece a matéria-prima para este Uma necessidade sem fim, exigida pelo progresso em todos os campos da Tecnologia, para novos materiais para o desenvolvimento da sociedade. A União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC)

Definiu um catalisador como "uma substância que aumenta a taxa de Uma reação sem modificar a energia global de Gibbs padrão Mudança na reação "[15]. O processo químico de aumentar A taxa de reacção é chamada de catálise, e o catalisador é tanto um reagente E um produto da reacção, isto é, o catalisador é restaurado apósCada ato catalítico. Além disso, o catalisador não Composição do equilíbrio termodinâmico após a cessação a reação.Os processos catalíticos mais eficientes exigem Actividade catalítica e selectividade. Ambos os aspectos podem ser melhorados Pela concepção sob medida de materiais catalíticos com o Estruturas e a desejada dispersão de sítios activos. Materiais Tais como ze�itos, AlPO, SAPO, materiais mesoporosos, PILC, MOFs, Oferecem tais possibilidades a este respeito, com grandes e Superfície acessível dos catalisadores, mas sem particulas finas. Além disso, uma das aplicações mais Destes novos catalisadores sólidos porosos é a substituição Perigosos para o ambiente, corrosivos, difíceis de separar e Eliminação de catalisadores homogéneos (a saber, mineral e Lewis Ácidos, bases orgânicas e inorgânicas e compostos metálicos tóxicos) Utilizados na síntese em fase líquida de produtos químicos a granel e finos (Vide infra) [16]. Existem muitas famílias de catalisadores de sólidos como Metais, óxidos, sulfetos, carbonos, etc. como materiais a granel ou Sobre um suporte mais ou menos cataliticamente activo tal como sílica, alumina, Zircónia, titânia, céria, carbonos, etc. Estes materiais podem possuir Propriedades químicas específicas, tais como ácido-base ou redox ou desidrogenante Ou hidrogenação ou oxidação, e propriedades físicas Como porosidade, alta área de superfície, resistência a atrito, resistência térmica e / ou Condutividade elétrica, etc. A maior família corresponde a Óxidos quaisquer zeólitos, argilas, materiais mesoporosos, mistos Óxidos como catalisadores ou como suportes. Entre eles, materiais porosos Apresentam algumas propriedades fascinantes, que são descritas abaixo.

2.1. Zeólitos

Nos campos petroquímico e de síntese orgânica, os zeólitos têm Desempenhou um papel importante no século XX. Os zeólitos são inorgânicos Aluminossilicatos cristalinos cujas estruturas consistem numa estrutura tridimensional Disposição de TO4 tetraedros (onde T é usualmente Si4 + e Al3 + átomos coordenados tetraédricamente) montados em conjunto Através da partilha de átomos de oxigénio para formar subunidades, que se repetem Para formar uma malha infinita [17], que consiste em tridimensional, Quatro tetraedros interligados TO4 ligados através de pontes T-O-T. Os ângulos T-O-T são idealmente 140-150◦ e raramente mais de 180◦. O A existência de Al em uma estrutura de Si coordenada tetraédricamente deixa um Carga-quadro negativa, que exige a existência de compensação Localizados no sistema poroso. Consequentemente, uma característica interessante dos zeólitos é a versatilidade De suas estruturas que resultam de um grande número de modificações Procedimentos que também adaptam as suas propriedades catalíticas. O Atividade catalítica está associada à presença de centros ativos no quadro. Esses centros podem ser ácidos, sua força e Número (Brønsted, Lewis) ajustado de forma controlada Durante a síntese por substituição isomórfica da região central Si em locais tetraédricos na rede de zeólitos, por exemplo, Elementos trivalentes como Al, B, Fe, Cr, Sb, As ou Ga e tetravalente Elementos como Ge, Ti, Zr ou Hf; E / ou pós-síntese, incluindo a Processo de vapor, deposição química de vapor, troca iónica de Redução de íons metálicos trocados para uma valência inferior Estado. Foi feita uma distinção entre pequenas, médias e Zeólitos de poros grandes. No caso de ze�itos de poros pequenos, tais como ze�itos A, oito tetraedros de SiO4 formam um anel de 10 membros (10MR) com Um diâmetro de 0,41 nm e no caso de zeólitos de poros grandes, tais como Como zeólito Y (Fig. 1), é formada uma cavidade com um diâmetro de 0,74 nm Por doze tetraedros SiO4. Os ze�itos de poros médios, tais como pentasil Zeolites, contêm um anel de dez membros com um tubo elipsoidal Diâmetro de 0,55 -benzóico. 0,56 nm. O sistema de canais e cavidades em Estes crivos moleculares produzem sólidos com áreas de superfície muito altas E volumes de poro, que são capazes de adsorver grandes quantidades De hidrocarbonetos. Os zeolites podem ser utilizados como sorventes e como catalisadores em Processos. A descoberta principal em catalisadores de zeolite surgiu A partir do processo de craqueamento catalítico fluido (FCC) para a transformação de óleo Combustíveis e produtos químicos. A adição de zeólitos (FAU e MFI) A argilas ácidas e catalisadores de cracking de sílica-alumina em meados da década de 1960 Resultou em um drástico aumento na conversão e na produção de gasolina Bem como em menores quantidades de coque e gás seco [18]. Os novos catalisadores Gasolina com menor índice de octanas, principalmente De sua olefinicidade inferior [19-21]. A primeira FCC que aumenta o octano Catalisadores foram introduzidos pelos fabricantes de catalisadores nos Meados dos anos setenta. Os catalisadores FCC de octano consistem em dois componentes principais, E as ze�itas podem ser utilizadas para aumentar a octano da gasolina. Chester et ai. [22] relataram que, além da MFI (ZSM-5), diferentes membros Da família MFI de zeólitos (MEL, ZSM-12, ZSM-23, ZSM-35, ZSM-38) têm capacidade de aumentar o octano. Zeolites beta (BEA) [23] E ofertatite (OFF) [24] foram relatados para produzir maior gasolina Número de octanas que os zeólitos Y convencionais (FAU) e podem ser Utilizados como aditivos que aumentam o octano. Principais marcos neste domínio são resumidos a seguir: • R. Milton (Union Carbide em 1950), D. Breck, R. Barrer e E. Flanigen Desenvolveram vias comercialmente viáveis ​​para vários zeólitos e MeAPOs. J. Rabo, trabalhando na Union Carbide, aplicou o uso de zeólitos para Refinação de petróleo (isomerização, 1959), enquanto C. Plank e E. Rosinski de Mobil Oil aplicou ze�itos ao craqueamento catal�ico