Đang tải... (xem toàn văn)
Phản ứng xúc tác dị thể là phản ứng mà trong đó chất xúc tác và chất phản ứng là hai pha khác nhau. Đối với phản ứng xúc tác dị thể việc chuyển chất tham gia phản ứng từ pha khí hay lỏng đến miền phản ứng đóng vai trò rất quan trọng. Hoạt tính của chất xúc tác phụ thuộc vào độ lớn, tính chất của bề mặt, cấu tạo và trạng thái của nó. Các hiện tượng này có quan hệ mật thiết với hiện tượng bề mặt, quá trình khuếch tán và hấp phụ. Phản ứng xảy ra trên bề mặt phân chia giữa 2 pha.
PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ & CÁC GIAI ĐOẠN TRONG XÚC TÁC DỊ THỂ I PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ CÁC GIAI ĐOẠN TRONG XÚC TÁC DỊ THỂ II 10/12/20 I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ KHÁI NIỆM Phản ứng xúc tác dị thể phản ứng mà chất xúc tác chất phản ứng hai pha khác Phản ứng xảy bề mặt phân chia pha I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ KHÁI NIỆM Các phản ứng xúc tác dị thể: Chất phản ứng Chất xúc tác Lỏng-Lỏng Rắn Lỏng-Khí Rắn Khí-Khí Rắn* Khí-Khí Lỏng Lỏng-Lỏng khí Hiện kỹ thuật phịng thí nghiệm ta thường gặp chất phản ứng khí chất xúc tác rắn I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ KHÁI NIỆM Ví dụ: Hydro hóa Benzen +H2 Ni, t0 Phản ứng tổng hợp Vinyl Clorua C2H2 +HCl HgCl2/C* CH2=CHCl I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ Đối với phản ứng xúc tác dị thể việc chuyển chất tham gia phản ứng từ pha khí hay lỏng đến miền phản ứng đóng vai trị quan trọng Hoạt tính chất xúc tác phụ thuộc vào độ lớn, tính chất bề mặt, cấu tạo trạng thái Các tượng có quan hệ mật thiết với tượng bề mặt, trình khuếch tán hấp phụ I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ ƯU ĐIỂM SO VỚI XÚC TÁC ĐỒNG THỂ: Công nghệ xúc tác dị thể tiến hành liên tục, nên suất thiết bị cao so với phản ứng xúc tác đồng thể Có thể tự động hóa cơng nghệ Vấn đề tách xúc tác sản phẩm dễ dàng Năng lượng hoạt hóa phản ứng xúc tác dị thể thường nhỏ lượng hoạt hóa xúc tác đồng thể I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ NÉT ĐẶC TRƯNG CỦA XÚC TÁC DỊ THỂ: Tính chất nhiều giai đoạn Chất xúc tác có lực chất phản ứng Hợp chất trung gian (phức chất hoạt động) tạo thành cần dễ dàng tương tác với chất khác phân hủy thành sản phẩm chuẩn bị để xúc tác tiếp tục tác dụng I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ NĂNG LƯỢNG HOẠT HÓA: Đối với phản ứng xúc tác dị thể, có nảy sinh phức tạp có thêm lượng khuếch tán Với xúc tác khác có đặc trưng khác nhau, song thấy rõ E có xúc tác dị thể giảm rõ rệt so với E đồng thể không xúc tác I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ 10/12/20 I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ 10 Năng lượng hoạt hoa số phản ứng 10/12/20 I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ: b Xúc tác axit - bazo Các loại xúc tác axit: Zeolites SAPOs Đất sét Nhựa trao đổi ion Oxit; X Oxit hỗn hợp, vô định hình Heteropoly acids 18 I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ:2 b Xúc tác axit - bazo Xúc tác axít bazo dựa theo chế proton hóa: + Cộng proton H+ vào olefin + H+ → + Loại ion hydrua H- từ paraffin → + H- I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ b Xúc tác axit - bazo Ví dụ: phản ứng isooctane (2,2,4-trimetyl pentan) (1) Loại H+ + 265kcal/mol (2) + 238kcal/mol (3) + 220kcal/mol 20 10/12/20 I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ: b Xúc tác axit - bazo Xúc tác axít bazo dựa theo chế proton hóa → + HA → + → + A- + + Phản ứng cracking isopropyl benzen 21 I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ: b Xúc tác axit - bazo Xúc tác axit bazo dựa theo chế proton hóa Ví dụ: phản ứng cracking parafin: CH3CH2+ + CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3 C2H6 + CH3CH+(CH2)3CH3 CH3CH+(CH2)3CH3 CH3 −CH=CH2 + C+H2−CH2−CH3 C+H2−CH2−CH3CH3−C+H−CH3 22 I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ: b Xúc tác axit - bazo Xúc tác axít bazo dựa theo quan điểm phức chất hoạt động Me(1) H-O-H(4) Axit Bronsted Me Me(1) H+OH- Bazo Bronsted Me 23 I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ b Xúc tác axit - bazo Trên bề mặt xúc tác rắn có tâm axit: + Bronsted + Lewis Ví dụ: + Tâm axit bề mặt Zeolite Silica-alumina + Tâm axit bề mặt Al2O3 24 I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ: b Xúc tác axit - bazo Ví dụ: + Tâm axit bề mặt Zeolite Silica-alumina - H2O 25 10/12/20 I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ: b Xúc tác axit - bazo Ví dụ: + Tâm axit bề mặt Al2O3 26 10/12/20 II.CÁC GIAI ĐOẠN PHẢN ỨNG TRONG XÚC TÁC DỊ THỂ Phân theo tiêu chí chính: Phân chia theo giai đoạn: • giai đoạn • giai đoạn • giai đoạn Phân chia theo lớp: • lớp Phân chia theo vùng: • vùng 27 II.CÁC GIAI ĐOẠN PHẢN ỨNG TRONG XÚC TÁC DỊ THỂ Phân chia theo giai đoạn: • giai đoạn Giai đoạn 1: Khuếch tán chất phản ứng A đến bề mặt xúc tác Giai đoạn 2: Phản ứng lên bề mặt xúc tác (A→B) Giai đoạn 3: Khuếch tán sản phẩm B môi trường phản ứng 28 II.CÁC GIAI ĐOẠN PHẢN ỨNG TRONG XÚC TÁC DỊ THỂ Phân chia theo giai đoạn: • giai đoạn Giai đoạn 1: Khuếch tán chất phản ứng A đến bề mặt xúc tác, cách bề mặt khoản l (l = dtb phân tử hấp phụ) Giai đoạn 2: Hấp phụ chất phản ứng A lên bề mặt xúc tác Giai đoạn 3: Phản ứng lên bề mặt xúc tác (A→B) Giai đoạn 4: Nhả hấp phụ lên sản phẩm B Giai đoạn 5: Khuếch tán sản phẩm B môi trường phản ứng 29 II.CÁC GIAI ĐOẠN PHẢN ỨNG TRONG XÚC TÁC DỊ THỂ Phân chia theo giai đoạn: • Giai đoạn Giai đoạn 1: Khuếch tán chất phản ứng A đến bề mặt xúc tác Giai đoạn 2: Khuếch tán chất phản ứng A vào mao quản Giai đoạn 3: Hấp phụ chất phản ứng A lên bề mặt xúc tác Giai đoạn 4: Phản ứng lên bề mặt xúc tác (A→B) Giai đoạn 5: Nhả hấp phụ sản phẩm B khỏi bề mặt xúc tác Giai đoạn 6: Khuếch tán sản phẩm B khỏi bề mặt xúc tác Giai đoạn 7: Khuếch tán sản phẩm B môi trường phản ứng 30 II.CÁC GIAI ĐOẠN PHẢN ỨNG TRONG XÚC TÁC DỊ THỂ 31 10/12/20 31 II.CÁC GIAI ĐOẠN PHẢN ỨNG TRONG XÚC TÁC DỊ THỂ Phân chia theo lớp: • lớp Phân chia theo vùng: • Vùng động học • Vùng khuếch tán • Vùng độ 32 ... đồng thể không xúc tác I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ 10/12/20 I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ 10 Năng lượng hoạt hoa số phản ứng 10/12/20 I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ: a Xúc tác. ..I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ KHÁI NIỆM Phản ứng xúc tác dị thể phản ứng mà chất xúc tác chất phản ứng hai pha khác Phản ứng xảy bề mặt phân chia pha I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ KHÁI NIỆM Các phản ứng. .. I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ: b Xúc tác axit - bazo Ví dụ: + Tâm axit bề mặt Zeolite Silica-alumina - H2O 25 10/12/20 I.PHẢN ỨNG XÚC TÁC DỊ THỂ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG XÚC TÁC