1. Xúc tác dị thể của quá trình oxy hóa:
Có nhiều dạng xúc tác khác nhau, cụ thể là 3 dạng chính: - Kim loại: Ag, Cu
- Oxyt kim loại chuyển tiếp: CuO, Cu2O, V2O5,...
- Hỗn hợp oxyt và muối của các kim loại chuyển tiếp đặc biệt như Vanadat, Molipdat, Vonframat... của Zn, Co, Bi...
Các xúc tác được sử dụng ở dạng phoi hay lưới (Cu), hạt muối (V2O5) hay phủ lên chất mang xốp (Ag, CuO, muối) và thông thường có thêm chất kích động.
2. Cơ chế phản ứng 30 30 CH2=CH - CH3 + O2 CH2=CH - CHO + H2O RCH3 + NH3 + 3/2 O2 RCN + 3H2O + 9/2 O2 HC HC CO CO O + 2CO2 + 2H2O CH2= CH2 + 1/2O2 CH2 - CH2 O
Ag - O - O* Ví dụ: Ag + O2 +Ag Ag - O* Ag - O - O* Ví dụ: Ag + O2 + Ag - O* Ag - O - O* + CH2 = CH2 CH2 - CH2 O
Trong cơ chế của phản ứng oxy hóa xúc tác dị thể, sự hấp phụ các chất phản ứng (O2, hydrocacbon) lên bề mặt xúc tác giữ vai trò rất quan trọng, làm tăng xác suất va chạm tại trung tâm hoạt động, do đó làm tăng tốc độ phản ứng.
- Đối với O2: O2 nhanh chóng được hấp phụ lên trên bề mặt kim loại, sau đó nó di chuyển vào bên trong với vận tốc chậm hơn. Kết quả của sự hấp phụ này là các phân tử O2 chuyển thành trạng thái ion gốc và nó có thể bị phân hủy.
Tương tự như vậy, đối với xúc tác muối và oxyt kim loại thì các ion kim loại sẽ chuyển từ trạng thái hóa trị thấp sang trạng thái hóa trị cao.
- Đối với hydrocacbon: quá trình hấp phụ của các hydrocacbon lên xúc tác kim loại là một quá trình thuận nghịch và yếu hơn khi hấp phụ lên muối hoặc oxyt kim loại. Khi đó điện tử cần thiết cho sự tạo liên kết nằm ở liên kết đôi
M(n+1)+ + CH2=CH - CH3 → Mn+ - CH2 - CH* - CH3
Ngược lại với quá trình trên thì trong trường hợp này thì các ion kim loại sẽ chuyển từ trạng thái hóa trị cao sang trạng thái hóa trị thấp.
Như vậy khi phản ứng xảy ra thì kim loại tồn tại ở nhiều hóa trị khác nhau.
* Có 2 cơ chế cho quá trình này như sau:
+ Cơ chế 1: O2 sẽ hấp phụ lên xúc tác kim loại trước sau đó nó sẽ tương tác với hydrocacbon tạo thành sản phẩm.
+ Cơ chế 2: hydrocacbon sẽ hấp phụ lên bề mặt kim loại trước và nó tương tác với các nguyên tử O có trong cấu trúc mạng tinh thể của xúc tác để tạo ra sản phẩm và kim loại. Sau đó kim loại kết hợp với phân tử O2 để trở về trạng thái đầu tiên.
Ví dụ: 2KO + CH2= CH - CH3 2K + CH2= CH - CHO + H2O
3. Công nghệ quá trình :
• Chế độ công nghệ:
- tiến hành ở pha khí, xúc tác ở dạng rắn - áp suất p = 0,3 ÷ 2 MPa
- nhiệt độ t = 250 ÷ 300 đến 450 ÷ 500oC tùy thuộc các quá trình khác nhau
- do tính nổ hỗn hợp hydrocacbon với oxy, cần có biện pháp tránh vùng nồng độ nguy hiểm.
4. Thiết bị phản ứng: