Disattivazione dei catalizzatori



































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Disattivazione dei catalizzatori

Categoria:Cinetica chimica

La disattivazione (o deattivazione o decadimento) di un catalizzatore è un processo di degradazione nel tempo di un catalizzatore, a cui è associata una perdita di attività o selettività del catalizzatore stesso.




Indice






  • 1 Cause e conseguenze


  • 2 Rimedi


  • 3 Esempi di veleni per catalizzatori


  • 4 Note


  • 5 Bibliografia


  • 6 Voci correlate


  • 7 Collegamenti esterni





Cause e conseguenze |


La disattivazione di un catalizzatore può avvenire per:[1][2]




  • degradazione termica

    • sinterizzazione (sintering): agglomerazione di più particelle di catalizzatore, che comporta una diminuzione irreversibile della superficie disponibile allo scambio di materia. Questo fenomeno viene accentuato all'aumentare della temperatura;[3]



  • invecchiamento (ageing)[4]


  • avvelenamento (poisoning): consiste nell'adsorbimento chimico o fisico indesiderato di un composto chimico (detto "veleno"[5]), che in questa maniera diminuisce irreversibilmente (nel caso dell'avvelenamento chimico) o reversibilmente (nel caso dell'avvelenamento fisico) il numero di siti disponibili. L'entità di questo fenomeno dipende dalla quantità e dalla natura delle impurezze presenti nella corrente alimentata al reattore chimico (detta anche "carica"). Sebbene in genere è indesiderato, talvolta l'avvelenamento viene effettuato di proposito al fine di aumentare la selettività del catalizzatore (a discapito della sua attività).[6]


  • sporcamento (fouling): ricoprimento della superficie del catalizzatore da polveri, che diminuiscono l'attività del catalizzatore.

    • coking: è un caso particolare di sporcamento, in cui la superficie subisce un ricoprimento di particelle carboniose (coke);[7] nel caso del coking, le particelle carboniose possono essere rimosse per ossidazione.



  • volatilizzazione dei componenti attivi.


Oltre alla perdita dell'efficienza, un altro svantaggio del fenomeno della disattivazione è associato alla complicazione delle equazioni cinetiche, per cui la modellazione risulta più difficoltosa a causa di questo fenomeno.



Rimedi |


I fenomeni di disattivazione del catalizzatore possono essere smorzati utilizzando le seguenti tipologie di reattore:[1]




  • reattori a letto mobile (moving-bed reactor)


  • reattori a trasporto (straight-through transport reactor o STTR).


Una volta che il catalizzatore è stato disattivato, si può ricorrere alla sua rigenerazione o alla sua sostituzione.[8]



Esempi di veleni per catalizzatori |


Viene presentata di seguito una tabella non esaustiva di alcuni catalizzatori, i relativi veleni e i processi industriali in cui è possibile che avvenga l'avvelenamento in questione.[2][9]











































Catalizzatore Veleno Processo industriale
Nichel Raney acciaio dolce

Alluminosilicati (catalizzatori a base di silice-allumina)
carbonio
cracking del petrolio
Catalizzatori metallici dei gruppi 10-11 (Ni, Pd, Pt,[10]Cu) Elementi dei gruppi 15 e 16 (S, Se, Te, P, As), alogeni, composti del piombo, composti del mercurio, ossigeno, piridina, chinolina

idrogenazione o deidrogenazione
Catalizzatori a base di Fe
Elementi dei gruppi 15 e 16 (S, Se, Te, P, As), alogeni, acqua, ossigeno, NO, CO
sintesi dell'ammoniaca
Catalizzatori a base di Co
Elementi dei gruppi 15 e 16 (S, Se, Te, P, As), CO

Catalizzatori a base di Pt-Rh

P, As, composti dell'antimonio, Pb, Zn, Cd, Bi, ossidi alcalini

idrogenazione

Zeoliti acide

ammoniaca, ammine, alcoli, acqua



Note |




  1. ^ ab http://studenti.dicamp.units.it/Reattori%20Chimici%20II/Slides/23_Catalisi.ppt


  2. ^ ab Ullmann's, cap. 9.1


  3. ^ Il meccanismo di sinterizzazione, che non è voluto nel caso della catalisi, trova invece utilizzo in altri settori che riguardano la scienza dei materiali.


  4. ^ (EN) IUPAC Gold Book, "catalyst ageing"


  5. ^ (EN) IUPAC Gold Book, "poison (in catalysis)"


  6. ^ Wen-Teng Chang, "Selective growth of carbon nanotubes using catalyst poisoning and geometric trench"


  7. ^ (EN) IUPAC Gold Book, "coking"


  8. ^ Copia archiviata (PDF), su arpa.fvg.it. URL consultato il 22 giugno 2009 (archiviato dall'url originale il 17 aprile 2012). p.158


  9. ^ catalyst poison (chemistry) - Britannica Online Encyclopedia


  10. ^ Ad esempio catalizzatore di Adam (PtO2)



Bibliografia |



  • Calvin H. Bartholomew, Gustavo A. Fuentes "Catalyst Deactivation 1997", Elsevier.

  • (EN) Helmut Knözinger, Karl Kochloefl, Heterogeneous catalysis and solid catalysts .mw-parser-output .chiarimento{background:#ffeaea;color:#444444}.mw-parser-output .chiarimento-apice{color:red}
    [collegamento interrotto], in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, vol. 9, 2002, DOI:10.1002/14356007.a05_313.



Voci correlate |



  • Catalisi

  • Catalizzatore

  • Attività catalitica

  • Stabilità (chimica)



  • Open book nae 02.svg Questa voce è inclusa nel libro di Wikipedia Cinetica chimica.


Collegamenti esterni |



  • (EN) Meccanismi di disattivazione dei catalizzatori, su herkules.oulu.fi.

  • (EN) Avvelenamento del catalizzatore da zolfo (PDF), su platinummetalsreview.com.

  • Invecchiamento e avvelenamento dei catalizzatori (PDF), su chimicando.it.



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