KTXT Chương 1: Tổng quan về KTXT

Kỹ thuật xúc tác – 2021 7/19/2021 CHƯƠNG 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN XÚC TÁC TỔNG QUAN VỀ XÚC TÁC Trong tự nhiên tồn chất xúc tác (xúc tác men – enzyme - trình điều chế dấm ăn, rượu etylic) 1.1 Lịch sử phát triển xúc tác 1.2 Đặc điểm chung tác dụng xúc tác 1.3 Phân loại chất xúc tác 1.4 Các công ty hàng đầu xúc tác 7/19/2021 7/19/2021 Từ kỷ 18, người ta biết sử dụng xúc tác phản ứng như:  Xúc tác H2SO4 phản ứng este hóa Năm 1835, khái niệm chất xúc tác trình xúc tác lần đưa (Berzelius): ‘sự tác dụng chất có khả làm nhanh phản ứng hóa học nhờ có lực thần bí đó’ Ngày nay, 90% ngành sản xuất công nghiệp thuộc lĩnh vực hóa học dùng xúc tác, lượng sử dụng khoảng triệu tấn/năm lĩnh vực: • Hóa dầu: phản ứng cracking, reforming, • Chất dẻo, polyme • Hóa dược • v.v… Xúc tác đất sét cho phản ứng dehydro hóa Xúc tác Pt phản ứng: • Phân huỷ H2O2 • Oxy hóa CO hydrocacbon • Chuyển hóa rượu thành axit axetic… 7/19/2021 7/19/2021 Kỹ thuật xúc tác – 2021 7/19/2021 Một số phản ứng xúc tác quan trọng Phản ứng oxi hóa khử Các q trình phức hợp đa xúc tác Sản phẩm Loại xúc tác SO2 + 1/2O2  SO3 NH3 + O2  NO H2SO4 HNO3 Pt, V2O5, Fe2O3 Pt, Pd, CoO, N2 + 3H2  2NH3 CO + 2H2  CH3OH Amoniac Methanol Fe(K2O, Al2O3, SiO2, ) ZnO + Cr2O3 + CuO + K2O 1.Oxi hóa 2.Hydro hóa 3.Dehydro hóa 1.Reforming Xăng hệ số octan cao Hydrocracking Dầu diesel, xăng Pt, Ni /Zeolit Mo,Cr/Al2O3 nt C4H10  H2 + C4H8  C4H6 Butadien Cr2O3: photphat Ni va Cr2O3 CH2=CH2 + H2O  C2H5OH Rượu ethylic H3PO4 chất mang Al2O3 Polyme hóa nC2H4  [C2H4]n Polyethylen TiCl4 + AlR3(ZieglerNatacatal) 7/19/2021 Hydrat hóa 7/19/2021 Một số phản ứng xúc tác quan trọng Một số phản ứng xúc tác quan trọng Mittasch nghiên cứu 2500 thành phần xúc tác!!! 7/19/2021 Sản xuất nguồn nguyên liệu quan trọng cho Hóa Dầu: 30 triệu tấn/năm (2000) 7/19/2021 Kỹ thuật xúc tác – 2021 7/19/2021 Một số phản ứng xúc tác quan trọng Một số phản ứng xúc tác quan trọng NO CO CxHy O2 N2 CO2 H2O Sản xuất nhiên liệu lỏng !!! 7/19/2021 7/19/2021 TỔNG HỢP NH3 Bộ kiểm sốt phát thải khí nhiễm động xe gắn máy 7/19/2021 10 11 7/19/2021 12 Kỹ thuật xúc tác – 2021 7/19/2021 1.2 ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA TÁC DỤNG XÚC TÁC 1.2.1 ĐỊNH NGHĨA Xúc tác chất làm thay đổi tốc độ phản ứng cách làm thay đổi chế thay đổi lượng hoạt hóa phản ứng A: Steam reforming B: High temperature water-gas shift C: Low temperature water-gas shift D: CO2 absorption E: Methanation F: Ammonia synthesis G: NH3 separation 7/19/2021 Xúc tác dương: làm tăng tốc độ phản ứng Xúc tác âm: làm giảm tốc độ phản ứng Phản ứng tự xúc tác: sản phẩm phản ứng chất xúc tác cho phản ứng 13 7/19/2021 14 ELEPHANT’S TOOTHPASTE 7/19/2021 15 7/19/2021 16 Kỹ thuật xúc tác – 2021 7/19/2021 1.2.2 MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CHUNG CỦA TÁC DỤNG XÚC TÁC - Chất xúc tác tham gia vào giai đoạn sơ cấp phản ứng, làm thay đổi chế phản ứng Xúc tác làm thay đổi làm thay đổi chế lượng hoạt hóa phản ứng Phản ứng khơng xúc tác:A + B  AB AB  D Phản ứng có xúc tác: A + [K] ⇌ A[K] A[K] + B  AB[K]  AB[K]   [K] + D tổng A+BD - Thành phần hóa học khơng đổi, hoàn nguyên phản ứng kết thúc - Trạng thái vật lý thay đổi 7/19/2021 18 7/19/2021 19 7/19/2021 22 Phản ứng có xúc tác: A + [K] ⇌ A[K] A[K] + B  AB[K]  AB[K]   [K] + D A+BD 7/19/2021 21 Kỹ thuật xúc tác – 2021 7/19/2021 Xúc tác làm thay đổi làm tăng tốc độ phản ứng  E ak k e kk  ok  E k k o e a RT e E RT Phản ứng Ea kcal/mol RT (2)2NH3N2+ 3H2 (3)2SO2+O2 SO3 44 78 60 Phản ứng có G > khơng tìm chất xúc tác cho phản ứng xảy Xúc Eak E E RT e tác (kcal/ (kcal/ mol) (1) 2HI  I2 + H2 Xúc tác gây nên phản ứng, khơng làm thay đổi tính chất nhiệt động Với E = Ea – Eak kok/ko = mol) Au 14 30 8,8.1010 Pt 25 19 8,4.1010 W 30 39 1,6.1014 Fe 42 36 1,3.1013 Pt 15 45 2,6.1016 Pd 22 28 1,6.1010 7/19/2021 Xúc tác khơng làm chuyển dịch vị trí cân bằng, có tác dụng làm thay đổi tốc độ phản ứng để nhanh chóng đạt tới cân Ta có: G = const Mà G = - R.T.lnKcb  Kcb = const 23 7/19/2021 Xúc tác có tính chọn lọc Mỗi chất xúc tác làm tăng tốc độ cho một vài phản ứng 24 Sự chọn lọc hình học Cu C2 H5OH   CH3CHO  H2 210  250o C Al2O3 ,ThO2 C2 H5OH   CH2  CH2  H2O 330-360oC H2 SO4 C2 H5OH   CH3CH2  O  CH2CH3 140o C ZnO ,Cr2O3 C2 H5OH   CH2  CH  CH  CH2 + H2O  H2 400  500o C Sự chọn lọc enzyme 7/19/2021 25 7/19/2021 26 Kỹ thuật xúc tác – 2021 7/19/2021 1.2.3 HOẠT ĐỘ XÚC TÁC đo biến đổi lượng tác chất tham gia phản ứng đơn vị thời gian đơn vị lượng chất xúc tác Nhiệt độ ảnh hưởng hoạt tính xúc tác SO2 + ½ O2  SO3 Chất lượng xúc tác Nhằm đánh giá Độ bền (ổn định) xúc tác 7/19/2021 27 Xúc tác Nhiệt độ phản ứng Fe2O3 6250C Pt 4200C V2O5 420 – 4500C 7/19/2021 28 7/19/2021 30 1.3 PHÂN LOẠI CHẤT XÚC TÁC Xúc tác đồng thể: chất xúc tác pha với chất phản ứng: dung dịch axit, bazơ hay muối chúng Xúc tác dị thể: chất xúc tác không pha với chất phản ứng: oxit kim loại, kim loại, zeolite, … Tốc độ phản ứng phụ thuộc nhiều vào bề mặt tiếp xúc pha 7/19/2021 29 Kỹ thuật xúc tác – 2021 7/19/2021 1.4 CÁC CÔNG TY HÀNG ĐẦU VỀ XÚC TÁC HIỆN NAY 7/19/2021 31 7/19/2021 32 Bài tập áp dụng Câu 1: Tác dụng xúc tác là: A làm tăng số va chạm chất phản ứng B làm giảm lượng hoạt hóa phản ứng C làm tăng nhiệt độ cục chất phản ứng D làm giảm nồng độ hiệu chất phản ứng Câu 2: Chọn câu SAI hệ xúc tác Pt/Pd/Rh kiểm sốt khí thải động xe ô tô: A xúc tác dị thể B làm tăng vận tốc phản ứng CO + ½ O2 CO2 C làm tăng vận tốc phản ứng 2NO  N2 + O2 D hoạt động xúc tác đồng thể nhiệt độ cao 7/19/2021 33 7/19/2021 34 ... 7/19/2021 Một số phản ứng xúc tác quan trọng Một số phản ứng xúc tác quan trọng Mittasch nghiên cứu 2500 thành phần xúc tác!!! 7/19/2021 Sản xuất nguồn nguyên liệu quan trọng cho Hóa Dầu: 30 triệu... 2021 7/19/2021 Một số phản ứng xúc tác quan trọng Một số phản ứng xúc tác quan trọng NO CO CxHy O2 N2 CO2 H2O Sản xuất nhiên liệu lỏng !!! 7/19/2021 7/19/2021 TỔNG HỢP NH3 Bộ kiểm sốt phát thải khí... 29 Kỹ thuật xúc tác – 2021 7/19/2021 1.4 CÁC CÔNG TY HÀNG ĐẦU VỀ XÚC TÁC HIỆN NAY 7/19/2021 31 7/19/2021 32 Bài tập áp dụng Câu 1: Tác dụng xúc tác là: A làm tăng số va chạm chất phản ứng B làm