การคัดเลือกและการปิดใช้งานสาเหตุของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต่างกัน

ขึ้นอยู่กับส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่ที่แตกต่างกัน ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต่างกันสามารถแบ่งออกเป็นโลหะและเกลือของมัน ออกไซด์ของโลหะ และตัวเร่งปฏิกิริยาของโลหะออกไซด์คอมโพสิต ขึ้นอยู่กับรูปร่างของพวกมัน พวกมันสามารถแบ่งออกเป็นทรงกลม เรียงเป็นแนวสั้น และรูปทรงรวงผึ้ง ขึ้นอยู่กับขั้นตอนการเตรียมการ แบ่งได้เป็น ที่ใช้เครื่องช่วยและไม่ใช้เครื่องช่วย

ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต่างกันในสถานะของแข็ง-ส่วนใหญ่จะป้องกันการสูญเสียตัวเร่งปฏิกิริยา สามารถแยกออกจากน้ำเสียได้ง่ายกว่า และมีข้อได้เปรียบ เช่น กิจกรรมที่ดี ความเสถียรที่ดี และกระบวนการบำบัดที่สั้น

อย่างไรก็ตาม มีการถ่ายโอนมวลระหว่างเฟสของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต่างกัน และของแข็งแขวนลอยในน้ำเสียและตัวกลางของปฏิกิริยาอาจทำให้อนุภาคของตัวเร่งปฏิกิริยาถูกเคลือบหรือปิดกั้น ซึ่งนำไปสู่การปิดใช้งาน

(1) โลหะ/ตัวเร่งปฏิกิริยาที่รองรับ

ในเทคโนโลยีการออกซิเดชันของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต่างกัน ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะมีตระกูลถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีกิจกรรมสูง อายุการใช้งานยาวนาน และความสามารถในการปรับตัวที่แข็งแกร่ง ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำจากโลหะมีตระกูลเช่น P, Pd และ Ru เป็นส่วนประกอบที่ออกฤทธิ์ไม่เพียงแต่มีตำแหน่งการดูดซับไฮโดรคาร์บอนที่เข้ากันได้เท่านั้น แต่ยังมีตำแหน่งการดูดซับออกซิเจนจำนวนมาก ซึ่งสามารถเกิดการกระตุ้นออกซิเจนและการดูดซับไฮโดรคาร์บอนอย่างรวดเร็วในขณะที่ปฏิกิริยาที่พื้นผิวดำเนินไป เพื่อให้เกิดการกระจายตัวที่ดีขึ้นและลดปริมาณโลหะที่ใช้ มักใช้การชุบเพื่อรองรับโลหะบนตัวพาที่มีพื้นที่ผิวจำเพาะสูง เช่น Al3O2, SiO2, ถ่านกัมมันต์, TiO2, CeO2 และ ZrO2

(2) โลหะออกไซด์/ตัวเร่งปฏิกิริยาที่รองรับ

การเลือกตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการออกซิเดชันของตัวเร่งปฏิกิริยาจำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยหลายประการ เช่น คุณสมบัติของสารละลาย ความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาของตัวเร่งปฏิกิริยา และความเสถียรทางความร้อนในน้ำ ในบรรดาโลหะออกไซด์เหล่านี้มีมูลค่าสูงเนื่องจากมีความเสถียรสูงและมีฤทธิ์ที่ดี

ขึ้นอยู่กับความเสถียร ตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถจำแนกได้ดังต่อไปนี้: 1. ออกไซด์ที่เสถียรที่สุดภายใต้สภาวะออกซิเดชั่นสูง เช่น ไทเทเนียมออกไซด์, วาเนเดียมออกไซด์, โครเมียมออกไซด์, แมกนีเซียมออกไซด์, ซิงค์ออกไซด์ และอลูมิเนียมออกไซด์; 2. ออกไซด์ที่มีความคงตัวปานกลาง เช่น เหล็กออกไซด์ โคบอลต์ออกไซด์ นิกเกิลออกไซด์ และตะกั่วออกไซด์ 3. ออกไซด์ที่มีสถานะ-ออกซิเดชัน-สูงและโลหะมีตระกูลสูงไม่เสถียร เช่น แพลตตินัม แพลเลเดียม รูทีเนียม และทองคำ

(3) คอมโพสิตออกไซด์/ตัวเร่งปฏิกิริยาที่รองรับ

ตามหลักการเสริมของการควบคุมกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยาคอมโพสิตออกไซด์คาดว่าจะบรรลุกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาที่สูงขึ้น ผลเสริมฤทธิ์กันสามารถเพิ่มกิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยาและยับยั้งการละลายของส่วนประกอบออกฤทธิ์ได้ ตัวอย่างเช่น การรวมกันของ CoO, CuO หรือ NiO กับออกไซด์ของ Fe(III), Pt หรือ Ru เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันที่มีประสิทธิภาพ

(1) การเลือกตัวเร่งปฏิกิริยา

เมื่อเลือกตัวเร่งปฏิกิริยา โดยทั่วไปควรใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีลักษณะดังต่อไปนี้:

1. อัตราการเกิดออกซิเดชันที่รวดเร็วและการสัมผัสเฟสที่ดีขึ้น จึงเร่งปฏิกิริยา

2. ไม่-คัดเลือก ทำให้สามารถออกซิเดชั่นได้อย่างสมบูรณ์

3. คุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ที่เสถียรในสารละลายที่เป็นกรดร้อน

4. กิจกรรมสูงและอายุการใช้งานยาวนานที่อุณหภูมิสูง และไม่ไวต่อสารพิษ

5. ความแข็งแรงทางกลสูงและทนต่อการสึกหรอ

(2) การเลือกตัวรองรับตัวเร่งปฏิกิริยา

ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของอนุภาครองรับตัวเร่งปฏิกิริยา มันสามารถแบ่งคร่าวๆ ได้เป็นสามประเภท: ส่วนรองรับอนุภาค, ส่วนรองรับที่มีเกรนหยาบ- และซับสเตรต

เมื่อใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา โดยทั่วไปจะพิจารณาประเด็นต่อไปนี้:

1. องค์ประกอบทางเคมีและการกระจายตัว

2. คุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของพื้นผิว-ความพรุน การดูดซับ คุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้าและทางกล

3. ความหนาและปริมาณของวัสดุออกฤทธิ์ที่สามารถบรรทุกได้

4. ความแข็งแกร่งและความมั่นคงเฉพาะ

5. ความเสถียรทางเคมี

6. ความต้านทานการขัดถู ความแข็ง และแรงอัด

7. การมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา

นอกจากกิจกรรมที่สูงและการเลือกสรรที่ดีแล้ว ตัวเร่งปฏิกิริยาจะต้องมีความแข็งแรงเชิงกลและความเสถียรที่ดีด้วย โดยความเสถียรส่งผลต่อความสามารถในการย่อยสลายกิจกรรม

หลังจากใช้งานไประยะหนึ่ง ตัวเร่งปฏิกิริยาจะเกิดการหยุดทำงาน สาเหตุหลักมาจากการสูญเสียวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาและถ่านโค้ก

การสูญเสียตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นสาเหตุสำคัญของการปิดใช้งาน การสูญเสียนี้ส่วนใหญ่ได้รับผลกระทบจากค่า pH ซึ่งทำให้ส่วนประกอบออกฤทธิ์ละลาย การศึกษาเชิงทดลองแสดงให้เห็นว่าค่า pH ของน้ำเสียมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการเกิดออกซิเดชันของอินทรียวัตถุในสถานะของเหลว

ตัวอย่างเช่น ตัวเร่งปฏิกิริยาโอโซนต่างกันมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาต่ำและอัตราการปิดใช้งานสูงภายใต้สภาวะที่เป็นกรด การสูญเสียตัวเร่งปฏิกิริยาจะน้อยที่สุดที่ pH 7 เมื่อ pH มากกว่า 7 แต่น้อยกว่า 9 จะไม่เกิดการสูญเสียตัวเร่งปฏิกิริยา อย่างไรก็ตาม เมื่อ pH มากกว่า 10 อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะยังคงต่ำ ดังนั้นการปรับค่า pH สามารถลดหรือป้องกันการสูญเสียตัวเร่งปฏิกิริยาได้

ตัวเร่งปฏิกิริยาถ่านโค้กเป็นอีกสาเหตุสำคัญของการปิดใช้งาน หรือที่เรียกว่าการปิดใช้งานตัวเร่งปฏิกิริยาที่ปนเปื้อน สาเหตุหลักเกิดจากการสะสมของคาร์บอน ไนโตรเจน และสารอื่นๆ ที่เกิดขึ้นระหว่างการทำปฏิกิริยาบนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยา การใช้งานทางวิศวกรรมได้ตรวจสอบแล้วว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต่างกันบางตัวมีอัตราการย่อยสลายสูงภายในกรอบเวลาที่กำหนด ตามด้วยการปิดใช้งาน การวิเคราะห์โครมาโทกราฟีด้วยพลังงานโฟโตอิเล็กโทรเคมีเคมี (ESCA) ของพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยาเผยให้เห็นการสะสมของคาร์บอน ซึ่งเป็นอุปสรรคต่อการสัมผัสระหว่างสารตั้งต้นในเฟสของเหลวและพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งนำไปสู่การปิดใช้งาน