II. Động học chung của phản ứng xúc tác dị thể
2/ Tác dụng của chất kích động:
1) Bản thân chất kích động không tác dụng với xúc tác hoặc tác dụng rất ít
2) Khi cho vào một lượng rất nhỏ chất kích động có thể làm tăng hoạt tính xúc tác lên
hàng trăm lần thậm chí hàng ngàn lần.
Ví dụ1: Khi thêm 0,5% CeO2 vào xúc tác Ni cho quá trình hydro hóa thì vận tốc tăng 10 lần. Cứ 1130 nguyên tử Ni chỉ cần 1 phân tử CeO2.
3) Lượng chất kích động tối ưu cho mỗi xúc tác khác nhau thì khác nhau
Ví dụ 2: Xét phản ứng oxy hóa C8H18 thành CO2 và H2O; xúc tác là V2O5; chất kích động là NaOH.
Ví dụ 3 Xét phản ứng hydro hóa aldehyd trên xúc tác là Ni: khi cho thêm 0,01% FeCl3
thì hoạt tính của Ni tăng lên nhiều lần và lớn hơn lượng này thì hoạt tính của Ni giảm.
1% A A
[NaOH] T = 2300C
Trên hình là sự thay đổi hoạt tính xúc tác khi
cho thêm NaOH vào V2O5 ở 2 mức nhiệt độ
230oC và 170oC. Nhận thấy rằng khi thêm
NaOH thì hoạt tính xúc tác tăng lên rất
nhanh và lượng tối ưu của NaOH là 1%
không thay đổi theo nhiệt độ
T = 1700C4) Chất kích động làm giảm điều kiện khắc nghiệt của phản ứng 4) Chất kích động làm giảm điều kiện khắc nghiệt của phản ứng Ví dụ 4: phản ứng sản xuất khí tổng hợp (CO + H2) Với xúc tác là Fe3O4: áp suất làm việc ở 150 ÷ 200 at Với xúc tác là Fe3O4 + Cr2O3 : áp suất làm việc ở 35 at 5) Chất kích động làm tăng độ bền của xúc tác
• Tăng độ bền cơ học: với những xúc tác làm việc trong môi trường tầng sôi hoặc trong môi trường mà chất phản ứng và chất xúc tác đi ngược chiều nhau thì cần phải có độ bền cơ học cao nếu không sẽ bị hóa bụi hoặc bị cuốn theo dòng khí
• Tăng độ bền nhiệt: khi xúc tác làm việc trong môi trường nhiệt độ cao hoặc khi phản ứng toả nhiệt lớn sẽ xảy ra hiện tượng gradient nhiệt độ dễ làm xúc tác bị hỏng. Nếu
xúc tác không bền nhiệt có khi làm thay đổi cả bản chất xúc tác, xúc tác dễ bị nóng cục bộ dẫn đến bị vón cục (tức các phân tử nhỏ kết hợp với nhau thành những phần tử lớn), bề mặt xúc tác giảm dẫn đến hoạt tính xúc tác giảm. Việc thêm chất kích động sẽ ngăn cản quá trình thiêu kết, giúp kéo dài tuổi thọ của bề mặt tiếp xúc.
Ví dụ 5: ZnO là một xúc tác vô định hình có hoạt tính khá lớn nhưng ở 600oC thì ZnO trở thành kết tinh và hoạt tính xúc tác mất hẳn. Nếu thêm Cr2O3 thì xúc tác (ZnO + Cr2O3) vẫn ở dạng vô định hình
• Tăng độ bền hóa học, giảm ngộđộc xúc tác