Phản ứng xúc tác dị thể 1

Giáo trình này trình bày những kiến thức cơ bản của lĩnh vực xúc tác dị thể.

Û Ứ

PHAN ƯNG

XÚC TÁC DỊ THỂ

XUC TAC DỊ THE

Ưu điểm của xúc tác dị thể

Ưu điem cua xuc tac dị the

y Dễ tách chất phản ứng và sản phẩm khỏi

chất xúc tác

Ví dụ: xúc tác

Ví dụ: xúc tác Fe Fe 33 O 44 cho phản ứng

4 CO + Fe3O4 Ỉ 3Fe + 4CO2

y Giai đoạn II: Tác dụng với hơi nước, tái sinh ï ï g , lại xúc tác

NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QUÁ

TRÌNH XÚC TÁC DỊ THỂ

TRÌNH XUC TAC DỊ THE

Tính chất nhiều giai đoạn

1 Kh á h t ù h å t ù

1. Khuech tan chuyen tac

chất tới bề mặt

2 Hấp phu hoat hóa

2. Hap phụ hoạt hoa

3. Phản ứng trên bề mặt

4 Giải hấp thu sản phẩm

4. Giai hap thụ san pham

5. Khuếch tán chuyển sản

phẩm ra khỏi bề mặt pham ra khoi be mặt

NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH XÚC TÁC DỊ THỂ

Tính chất nhiều giai đoan

1.Khuếch tán

y Khuếch tán ngoài: xảy ra ngoài mao quản của

chuyển tác chất đến bề mặt xúc tác (ngoài và trong mao quản):

y Khuech tan ngoai: xay ra ngoai mao quan cua

hạt xúc tác: Dht = D + Dkh

x Dht: hệ số khuếch tán hoạt tính

x D: hệ số khuếch tán thường (khuếch tán

h â û)

phân tử)

x D kh : hệ số khuếch tán chảy rối (hệ số khuấy

t ä ) trộn)

NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH XÚC TÁC DỊ THỂ

Tính chất nhiều giai đoạn

á

g

y Khuếch tán trong: xảy ra trong

mao quản của hạt xúc tác, phụ

thuộc:

x kích thước lỗ xốp

kí h thướ h â tử h át

x kích thước phân tử chất khuếch tán

hệ số khuếch tán D = k.exp(–E/RT), trong đó năng lượng E

không ươt q á 4 8 KJ/mol << năng lương phản ứng

khong vượt qua 4–8 KJ/mol << nang lượng phan ưng

NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH XÚC TÁC DỊ THỂ

Tính chất nhiều giai đoạn

2 Hấp phụ hoạt hóa:

tao ra liên kết (hóa hoc) trên bề mặt xúc tác

g

◦ Quá trình tỏa nhiệt

tạo ra lien ket (hoa học) tren be mặt xuc tac.

◦ Hợp chất trung gian (phức chất hoạt

động) có khả năng phản ứng cao Ỉ

phản ứng ở bề mặt phân chia pha

diễn ra nhanh ở nhiệt độ không cao

(so với không xúc tác)

(so vơi khong xuc tac)

VD: xúc tác Pt, Pd, Ni… dễ dàng hấp phu , , g p p ï

hydro tạo chất trung gian

Pt – H Ni – H Pd – H

NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH XÚC TÁC DỊ THỂ

Tính chất nhiều giai đoạn

3 Phản ứng trên bề mặt

Li â k á ù h ù â û

g

Liên kết các nhóm nguyên tử

y tạo ra phức chất

hoạt động giữa

h át h û ứ

chat phan ưng -xúc tác Ỉ sản phẩm - xúc tác

A carboxylic acid on the surface of TiO2

NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH XÚC TÁC DỊ THỂ

Tính chất nhiều giai đoạn

3 Giải hấp thụ sản phẩm

g

NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH XÚC TÁC DỊ THỂ

Tính chất nhiều giai đoạn

5 Khuếch tán chuyển sản phẩm ra khỏi

g

5 Khuech tan chuyen san pham ra khoi

bề mặt (trong và ngoài mao quản)

Năng lượng hoạt hóa

của phản ứng xúc tác dị thể

y xúc tác không gây ra quá trình hóa học (ΔG)

y Xúc tác làm thay đổi tốc độ phản ứng:

k = koe–E/RT

y Phản ứng xúc tác dị thể: có hiện tượng

khuếch tán.

khuech tan

Edị thể,biểu kiến: E Arrhenius

Edị thể, bkiến = Eđồng thể,oxt – ΔH#

hphụ

Năng lượng trong phản ứng đồng thể và xúc tác dị thể

E hấp phụ

k = k o e –E/RT

á

Nếu ko,dị thể,xt = ko,đồng thể,oxt

Δ

dthbk

h h

E

H

exp exp exp.( )

Δ

−

−

hph dthxt đthoxt dthbk

đthoxt đthoxt

H

E

RT

k = k o e –E/RT

y Thực tế, k ï , o dị thể xt o,dị the,xt có giá trị thay đổi: g ị y

chỉ có trung tâm hoạt động tham gia xúc tác