Động học xúc tác

Động học xúc tác tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vực kinh tế, ki...

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 1 ĐỘNG HỌC XÚC TÁC 8/30/2012 Động học Xúc tác KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 8/30/2012 Động học Xúc tác 2 Ưu điểm của quá trình có sử dụng xúc tác Tạo được nhiều sản phẩm và kinh tế hơn: Tăng vận tốc của phản ứng. Đơn giản hóa các bước phản ứng – giảm chi phí đầu tư. Phản ứng tiến hành ở điệu kiện trung bình ( T, P thấp) giảm năng lượng tiêu thụ. Giảm lượng chất thải: Nâng cao độ chọn lọc ra sản phẩm mong muốn - làm giảm lượng nguyên liệu lượng chất thải không mong muốn. Thay thế các nguyên liệu nguy hiểm và độc hại. KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 8/30/2012 Động học Xúc tác 3 Sản xuất ra các sản phẩm mà nếu không có xúc tác thì không thể sản xuất được. Kiểm soát quá trình tốt hơn (an toàn và linh hoạt hơn). Thúc đẩy sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ. Do có các ưu điểm đó nên: 27 % của GNP và 90 % của ngành công nghiệp hóa chất có sử dụng chất xúc tác. Ước tính mỗi năm lượng chất xúc tác tiêu thụ có giá trị khoảng 2 tỉ usd. Chất xúc tác chiếm 2% tổng vốn đầu tư trong quá trình hóa học. Các hóa chất được tạo ra bởi các quá trình chuyển hóa có sử dụng xúc tác có giá trị khoảng 200 tỉ usd. KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 8/30/2012 Động học Xúc tác 4 Ví dụ: – Công nghiệp Hydrogen (coal, NH 3 , methanol, FT, hydrogen hóa /HDT, fuel cell). – Lọc dầu (Petroleum refining): FCC, HDW,HDT,HCr, REF. – Hóa dầu (Petrochemicals): monomers, bulk chemicals. – Hóa chất tinh khiết (Fine Chem). – Thực phẩm (Food): Magarine, butter,… – Dược phẩm; Nông nghiệp; Dệt nhuộm. – Xúc tác môi trường (Environmental Catalysis): autoexhaust, deNOx, KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 5 Khái niệm về chất xúc tác và quá trình xúc tác. Cơ chế hoạt động và Các thuộc tính của chất xúc tác. Thành phần của chất xúc tác. Phân loại chất xúc tác Ứng dụng của chất xúc tác Định tính và định lượng họat tính xúc tác. Quá trình phản ứng sử dụng xúc tác. Sản xuất chất xúc tác. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính năng của xúc tác. Sự giảm họat tính của xúc tác. Tái sinh xúc tác. Các yêu cầu của chất xúc tác công nghiệp. Một vài quá trình trong tiến trình phát triển của xúc tác công nghiệp NHẬP MÔN 8/30/2012 Động học Xúc tác KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 8/30/2012 Động học Xúc tác 6 Chất xúc tác (Catalyst) ? Sự xúc tác (Catalysis) ? KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 7 Về bản chất Chất xúc tác làm thay đổi cơ chế phản ứng dẫn đến làm giảm năng lượng họat hóa của phản ứng.  Về mặt lý thuyết, Chất xúc tác không thay đổi sau phản ứng.  Chất xúc tác không làm thay đổi đặc tính nhiệt động của phản ứng.  Đối với một phản ứng thuận nghịch, Chất xúc tác làm tăng tốc độ cả chiều thuận và chiều nghịch, dẫn đến phản ứng đạt cân bằng nhanh hơn. 8 – Ví dụ: CH 4 (g) + CO 2 (g) = 2CO(g) + 2H 2 (g) D G° 373 =151 kJ/mol (100 °C) D G° 973 =-16 kJ/mol (700 °C) • Tại 100°C, D G° 373 =151 kJ/mol > 0. Phản úng này sẽ không xảy ra dù có hay không có xúc tác. • Tại 700°C, D G° 973 = -16 kJ/mol < 0. Phản ứng có xả ra nhưng với vận tốc rất nhỏ. Khi có sự hiện diện của Pt/ZrO 2 hay Ni/Al 2 O 3 thì tốc độ của phản ứng xảy ra rất mãnh liệt . KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Cơ chế hoạt động 9 8/30/2012 Động học Xúc tác • A, B: Chất phản ứng. • Bonding: liên kết. • Separation: sự tách. • Catalyst: chất xúc tác. • Reaction: phản ứng. • P: sản phẩm. KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 8/30/2012 Động học Xúc tác 10 Free energy: năng lượng hoạt hóa. Energy barrier: hàng rào năng lượng Reactants : các chất phản ứng Catalyzed reaction : Phản ứng xúc tác. Products : các sản phẩm Uncatalyzed reaction : phản ứng không xúc tác Course of reaction: tiến trình phản ứng E a : năng lượng hoạt hóa [...]... xúc tác dị thể thường có: 8/30/2012 Động học Xúc tác 18 KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Phân loại xúc tác Chất xúc tác (Catalysts) Chất xúc tác đồng thể (Homogeneous catalysts) Chất xúc tác axit/bazơ (Acid/Base catalysts) 8/30/2012 Chất xúc tác của hợp chât các kim loại chuyển tiếp (Transtion metal compouds) Chất xúc tác Dị thể (Heterogeneous catalysts) Chất xúc tác khối (Bulk catalysts) Chất xúc. .. 8/30/2012 Động học Xúc tác 30 KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Ví dụ: CN Hóa dầu, CN năng lượng, CN phân bón 8/30/2012 Động học Xúc tác 31 KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM 8/30/2012 Động học Xúc tác 32 KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Ví dụ: trong CN thực phẩm Hydrogen hóa với xúc tác Nickel để tạo ra margarine (giống như Bơ, nhưng được làm từ dầu thực vật) 8/30/2012 Động học Xúc tác 33 KHOA HĨA HỌC... là men zima C6H12O6 -> 2 C2H5OH + 2 CO2 8/30/2012 Động học Xúc tác 25 KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Ví dụ: Chất xúc tác điện tử Phản ứng oxi hóa methanol trên xúc tác Pt 8/30/2012 Động học Xúc tác 26 KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Ví dụ: Chất xúc tác Quang semiconductor A + D  A - + D+  h  E bg 8/30/2012 Động học Xúc tác 27 KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Ví dụ: Phản ứng phân hủy... 8/30/2012 Động học Xúc tác 17 KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Thành phần của chất xúc tác Tùy thuộc vào loại xúc tác mà thành phần của một chất xúc tác (hệ xúc tác) có thể là: Ngun tử, phân tử, đơn chất, hợp chất Thơng thường, một hệ xúc tác có thể có các thành phần sau: Pha họat động: tâm hoạt động chính, chất cải tiến (phụ gia) Pha nền (chất mang): để phân tán tâm họat động, bổ trợ tính năng xúc tác. .. 8/30/2012 Động học Xúc tác 14 KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Độ chọn lọc (The Selectivity) Chọn lọc Hóa học Chọn lọc lập thể 8/30/2012 X Số mol sản phẩm mong muốn Số mol chất phản ứng đã chuyển hóa Động học Xúc tác 15 KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM 8/30/2012 Động học Xúc tác 16 KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Độ bền (The Stability) Số năm sử dụng Lượng sản phẩm tạo ra / Lượng xúc tác sử...  2H 2  + O2   H2 -xúc tác (H2-cat) thường được sử dụng là Pt, O2 xúc tác (O2-cat) thường dùng là RuO hoặc khơng sử dụng Chất cảm biến ánh sáng bán dẫn là SrTiO3 8/30/2012 Động học Xúc tác 28 KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Ví dụ: Xúc tác chuyển pha (Phase Transfer Catalyst) 8/30/2012 Động học Xúc tác 29 KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Ứng dụng của chất xúc tác Trong cơng nghiệp: Hầu... 8/30/2012 Động học Xúc tác 20 KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Dựa vào cách thức hoạt động, chất xúc tác có hai loại: Đồng thể, Homogeneous – cả chất xúc tác và tất cả các tác chất, sản phẩm là cùng pha (khí hay rắn) Dị thể, Heterogeneous – hệ phản ứng gồm nhiều pha (chất xúc tác + tác chất, chất phản ứng) Dựa vào chức năng, chất xúc tác có các loại: Axít – Bazơ (Acid-base catalysts) Xúc tác Enzymatic... catalysts) Chất xúc tác sinh học (Biocatalysts) Chất xúc tác đồng thể được dị thể hóa (Heterogenized homogeneous catalysts) Chất xúc tác chuyển pha (Phase Transfer catalysts) Chất xúc tác giá mang (Supported catalysts) Động học Xúc tác 19 KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Cụ thể: Dựa vào trạng thái vật lý, chất xúc tác có ba loại: Khí, gas Lỏng, liquid Rắn, solid Dựa vào chất cấu tạo, chất xúc tác có hai... Xúc tác quang (Photocatalysis) Xúc tác điện tử (Electrocatalysis), 8/30/2012 Động học Xúc tác 21 KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Ví dụ: Xúc tác đồng thể  Phản ứng phân hủy tầng ozone O3 + O  2O2 Khi có Cl: Cl + O3  ClO3 ClO3  ClO + O2 ClO + O  Cl + O2 Ví dụ: Chất xúc tác đồng thể : transition metal catalyst Mn2+ 2 MnO4- + 16 H+ + 5 C2O42- → 2 Mn2+ + 8 H2O + 10 CO2 8/30/2012 Động học Xúc tác. .. HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Ví dụ: Chất xúc tác đồng thể: xúc tác axit trong phản ứng ester hóa CH3COOH(l) + CH3OH(l)  CH3COOCH3(l) + H2O(l) O R C OH O Khơng có chất xúc tác H+ giai đoạn nà diễn ra chậm H R + H O O OH + -H R C OH Có chất xúc tác H+ giai đoạn này diễn ra nhanh hơn 8/30/2012 R C OH O R C O R H R Động học Xúc tác 23 KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Ví dụ: Chất xúc tác sinh học . xúc tác (Catalysts) Chất xúc tác đồng thể (Homogeneous catalysts) Chất xúc tác axit/bazơ (Acid/Base catalysts) Chất xúc tác của hợp chât các kim loại chuyển tiếp (Transtion metal. chất xúc tác có ba loại: Khí, gas Lỏng, liquid Rắn, solid Dựa vào chất cấu tạo, chất xúc tác có hai loại: Vô cơ, Inorganic (gases, metals, metal oxides, inorganic acids, bases, ) Hữu cơ,. CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 8/30/2012 Động học Xúc tác 10 Free energy: năng lượng hoạt hóa. Energy barrier: hàng rào năng lượng Reactants : các chất phản ứng Catalyzed reaction : Phản ứng xúc tác.