Что находится в катализаторе: Сколько драгметаллов в одном автомобильном катализаторе?

Содержание

сколько содержится чистого драгметалла в детали автомобиля, как извлечь платину своими руками

Платиновый катализатор сегодня используется во многих автомобилях. Он является одним из основных элементов выхлопной системы и обеспечивает снижение уровня вредных выбросов. Его корпус покрыт драгоценными металлами, которые, при наличии определенных условий, можно извлечь. Однако сложно заранее предугадать, сколько платины содержится в катализаторе автомобиля.

Конструкция катализатора

Внутренняя часть автомобильного компонента заполнена особой конструкцией, выполненной из керамики или металла. Внешне она напоминает пчелиные соты. Верхняя часть катализатора покрыта тонким слоем драгоценного металла.

Наличие такого напыления обеспечивает снижение уровня вредных выбросов. Это достигается за счет того, что выхлопные газы, контактируя с драгметаллами и другими веществами, вступают с ними в химическую реакцию. Для напыления внутренней части автокомпонента используют сочетание:

  • платины;
  • родия;
  • палладия.

Каждый из этих металлов оценивается довольно высоко. Поэтому автомобильные катализаторы привлекают многих людей, которые занимаются извлечением драгоценных материалов с целью их дальнейшей перепродажи.

Добычи указанных металлов – это довольно сложный процесс, требующий наличия соответствующих навыков и различных дорогостоящих веществ.

Существует несколько технологий, посредством которых можно извлекать драгметаллы. Они подбираются исходя из конечных целей работы.

Некоторые из указанных технологий, а также их результаты приведены в таблице.

МетодРезультат
Выщелачивание посредством окислителейПлатина и родий
Гальванический методПалладий
Воздействие «Царской водкой»Платина
ФторированиеПалладий

Выбор в пользу конкретной технологии обусловлен в основном возможностями человека, который получает платину из катализатора. Также важно понимать, что в процессе аффинажа существуют неизбежные потери извлекаемых материалов. В частности, подобные недостатки отмечаются у техники выщелачивания, которая требует многократных промывок компонентов химической реакции.

Поверхность автокатализаторов покрыта напылением драгоценных металлов. Эти материалы, при наличии соответствующих навыков и реагентов, можно извлечь.

Техника выщелачивания

В домашних условиях и в промышленности для выделения родия и палладия чаще применяют выщелачивания. Такая техника предполагает использование окисляющих растворов, состоящих из концентрированных соляной и азотной кислот. При этом выщелачивание имеет ряд существенных недостатков отчасти обусловленных особенностями конструкции автомобильного катализатора.

Последний изготавливается либо из керамики, либо из алюминия. Наличие этого металла затрудняет проведение аффинажа, так как окислители вступают с ним реакцию. В процессе выделения платины, которая извлекается в виде раствора, необходимо многократное повторение выщелачивания и промывки исходных компонентов. Более того, даже такой подход не позволяет добыть драгоценный металл в достаточном количестве: избежать потери невозможно. Соответственно, для извлечения платины потребуется несколько катализаторов.

В целях снижения потерь, возникающих во время проведения аффинажа, автокомпонент на начальном этапе смачивают в водном растворе соляной кислоты. В дальнейшем катализатор подвергается нагреву. Далее, когда под воздействием высокой температуры появились пары, на исходный компонент наносятся окислители.

Кроме того, в зависимости от состава сплава, который напылялся на поверхность катализатора, для проведения аффинажа можно применить смесь концентрированной азотной кислоты и 30-процентного раствора пероксида водорода.

В промышленных масштабах для извлечения платины используют специальную решетчатую сетку, на которую помещается деталь. На нее затем оказывают воздействие парообразного окислителя. Для этого сначала заготавливают раствор соляной кислоты, в которую помещается деталь, а затем ее доводят до кипения. По окончании этого процесса, в ходе которого пары многократно проходят через каналы и поры катализатора, последний подвергается промывке чистой водой.

Использование парообразного окислителя имеет несколько преимуществ в сравнении с жидкостными кислотами. Основное отличие между двумя приведенными выше подходами заключается в том, что газовая смесь обладает большей проникающей способностью. Поэтому она лучше «промывает» катализатор, затрагивая даже мелкодисперсные частицы.

Особенности добычи палладия

Для извлечения палладия из автомобильного катализатора можно применять техники, описанные выше. Но в таком случае полученный металл включает в себя множество примесей, что снижает его ценность. Наиболее действенным способом добычи палладия из автомобильных деталей считается электродуговое нагревание (гальванический метод).

Однако предпочтительнее использовать несколько иной подход. Он предполагает нагревание исходного компонента до 500 градусов с последующим фторированием. Эта технология позволяет получить металл с минимальным содержанием разнообразных примесей. Результатом данного процесса становится фтористый палладий, который необходимо остудить до 100 градусов. Для выделения чистого металла из раствора потребуется минеральная кислота.

Метод фторирования позволяет выделить практически весь палладий, что содержит в себе автомобильный катализатор.

Примеры выделения драгоценных металлов

Ниже приведены три примера, наглядно объясняющие процесс выделения драгоценных металлов из автомобильных компонентов.

Пример 1.
В данном примере используется катализатор с автомобиля марки Volvo. Его сплав состоит из палладия (0,08% от общей массы компонентов) и родия (0,006%). Ввиду того что в исходной детали содержится углерод в относительно большом количестве, ее предварительно обжигают, в течение 45 минут оказывая воздействие при температуре в 540 градусов. Далее смешиваются между собой 230 мл воды и 46 мл концентрированной соляной кислоты. После этого в раствор добавляются 184 мл пироксида углерода, после чего его нагревают. Аффинаж проводится на протяжении 1 часа.

Пример 2.
Для извлечения драгметаллов используется 1,2-киллорамовый катализатор, взятый с автомобиля марки Mercedes-Benz. В составе его сплава встречаются платина (0,12% от общей массы детали) и родий (0,008%).

Автокомпонент помещается во фторопластовый реактор. Далее он смачивается посредством 260 мл водного раствора соляной кислоты. После этого автокомпонет подвергается воздействию 70 мл данной кислоты, используемой в чистом виде.

Далее раствор доводится до кипения. В процессе нагрева в смесь добавляются 60 мл концентрированной азотной кислоты и 150 мл 30-процентного раствора пероксида водорода. Этот элемент вводится по частям. Аффинаж палладия занимает около 1,5 часа. По истечении указанного срока полученный раствор промывается водой (1 к 2) и осаждается.

Пример 3.
В последнем примере применяется катализатор от автомобиля Honda. В составе сплава встречаются платина (0,04% от общего веса детали), палладий (0,06%), родий (0,007%) и церий (1,4%). Подход в данном случае используется тот же, что был приведен в предыдущем примере. Разница между техниками добычи наблюдается только на конечном этапе. Достигнув точки кипения, автокомпонент обрабатывается соляно-азотной кислотой и пероксидом водорода.

Применение выщелачивания позволяет получить из автокатализаторов относительно чистые драгоценные металлы, пригодные для повторного использования.

Что ценного в катализаторе автомобиля | Скупка катализаторов

Для многих автолюбителей остается сюрпризом та информация, что автомобильные катализаторы содержат в своей структуре драгоценные металлы. Но вот в чем вопрос: на сколько реально получить из катализатора металл самому в домашних условиях и сколько можно на этом заработать?

Расскажу все по порядку. Катализатор это часть выхлопной системы автомобиля. Катализатор помогает отчищать выхлопные газы от работы двигателя, таковы требования экологов. Катализатор участвует в химическом процессе, когда наибольшее количество газов нейтрализуются. Во многом поэтому катализатор похож на соты.

Катализаторы бывают металлическими и керамическими, но объединяет их одно - наличие драгоценных металлов: родий, платина и палладий. Эти металлы обладают супер высокой стоимостью. Даже дороже серебра и золота.

Как самому извлечь драгметаллы из катализатора

Первая мысль - "Прикольно! У меня есть катализатор, сейчас я его сломаю и получу чистые металлы". Все не так просто. Извлечь металлы возможно обладая определёнными знаниями химии. Вам понадобятся сильные окисляющие жидкости, но даже растворив соты вероятнее всего столкнётесь с окисью алюминия, которая предотвратит полное растворение. Все металлы извлечь не получится.

Палладий можно добыть при нагреве металла до 500 градусов и одновременное его фторирование. В результате проведения такого процесса получается фтористый палладий, при охлаждении до температуры около 100 градусов его расщепляют с использованием минеральной кислоты.

Но все кустарные способы добыть платину, и палладий обойдутся дороже и не окупят вложенных сил и денег.

Да и самостоятельный аффинаж драгоценных металлов в России преследуется по закону.
Автомобильный катализатор

Как превратить катализатор в деньги?

Самым простым и легальным способом извлечь драгоценные металлы из катализатора - сдать катализатор в скупку. У предприятий уже есть все необходимое оборудование для анализа и извлечения драгоценных металлов их б/у катализаторов. В конечном итоге вы получите больше денег!

Так что если у вас появились автомобильные б/у катализаторы, то смело сдавайте их в скупку. Это абсолютно легальный и честный заработок. Мало того — это большой вклад в экологию, без шуток.

Выбирайте с умом куда сдавать материал! Я лишь могу говорить о своем опыте. Знаю точно, что сдавать катализатор необходимо в хорошую скупку с максимальными ценами от переработчика. Я сам лично сдаю в скупку Катутиль.

Вот их контакты:
Телефон: +7 (499) 490-71-49
Сайт: http://katutil.ru

Что такое катализатор на автомобиле, зачем он нужен и что будет, если его убрать

Автомобиль в системе выхлопа имеет каталитический нейтрализатор, который часто выходит из строя из-за некачественного топлива. Давайте разберемся, что это такое, для чего нужен и что делать в случае засора.

Что такое катализатор

Катализатор предназначен для очистки вредных выхлопов. Он расположен в системе выпуска, в процессе его работы происходят химические реакции: опасные вещества переходят в безопасные формы, после чего выбрасываются вместе с выхлопом. Пройдя этот путь выхлопные газы становятся чище. И как результат, автомобиль наносит меньший вред окружающей среде. 

Схема катализатора

Нейтрализатор работает только после нагрева до 300°C, сразу после запуска двигателя очистка не происходит.

Устройство каталитического нейтрализатора

Основой катализатора являются керамические или металлические соты. В зависимости от модели на стенки сот наносится микрослой из палладия и родия или иридия. Эти металлы обладают высокой химической активностью. Касаясь напыления, часть выхлопа входит с ним в химическую реакцию. Часть элементов, образовавшихся при сгорании топлива, связывается.

Современные катализаторы трехкомпонентные.

  • Первый элемент связывает оксиды азота.
  • Второй - удаляет часть несгоревших элементов топлива. В большей части удаляется окись углерода.
  • Третий элемент — это датчик. Он анализирует газы на выходе из катализатора, данные передаются в бортовой компьютер.

Трехкомпонетные катализаторы

Неисправности катализатора и их причины

Производители пишут, что срок службы нейтрализатора 100–150 тысяч километров. Но на практике проблемы могут возникнуть и при меньшем пробеге, особенно в больших городах, где часто приходится стоять в пробках. 

В зависимости от особенностей эксплуатации, замена каталитического нейтрализатора может производиться раз в 3–7 лет.

Основной причиной неисправности становится выгорание слоя металлов, покрывающих соты. Это естественный процесс, в результате которого качество выхлопа ухудшается. Бортовой компьютер показывает горящий «чек», а в некоторых случаях и вообще не позволяет мотору работать, выключая зажигание.

Ускоряет процесс выгорания и некачественное топливо. Зачастую у бензина увеличивают октановое число путем добавки свинца, это усиливает нагрузку на катализатор, уменьшая срок эксплуатации. В ситуации с дизельным топливом выход из строя может ускорить сам владелец, используя в зимнее время добавки-«антигель».

В некоторых случаях причиной поломки может стать неисправный двигатель. При неправильно выставленном зажигании и проблемах в системе питания (последнее особенно актуально для дизельных двигателей) выгорание каталитического слоя ускоряется.

Соты каталитического нейтрализатора

Диагностика автомобильного катализатора

Определить неисправность можно по нескольким признакам:

  • На панели приборов загорелась лампочка “Check Engine”. Она включается при любых ошибках мотора. В нашем случае, как результат нехарактерных показателей датчика, лямбда-зонд. Точно определить, что причина в катализаторе может диагностика сканером.
  • Снижение мощности двигателя. При неисправном катализаторе машина начинает троить, дергаться, хуже разгоняется. Причина в снижении пропускной способности каталитического нейтрализатора, связанной с частичным разрушением сот: они запекаются, забивают проход для выхлопных газов. В итоге мотор «задыхается».
  • Грохот под днищем. Обычно проявляется на высоких оборотах, изредка сразу после запуска. Причина в частичном разрушении керамической конструкции сот. Отпавшие частицы начинают биться о стенки катализатора под воздействием потока газов и центробежных сил.
  • Недостаточно сильный или ровный напор газов из глушителя. При исправном нейтрализаторе, поднеся руку к выхлопной трубе, можно ощутить слабую пульсацию, она возникает вследствие поочередной работы выпускных клапанов. Если поток ровный или ослабленный, вероятно проблема в разрушенных сотах катализатора.

Каталитический нейтрализатор не выходит из строя резко и неожиданно. Обычно перед отказом начинаются мелкие проблемы из списка выше.

Катализатор в разборе

Оригинал или аналог

Оригинальный катализатор - довольно дорогая вещь. Он не производится в нашей стране, все детали в автомагазинах импортные, поэтому на увеличение цены влияют пошлины.

При этом, в случае использования оригинальной детали, автомобиль сохраняет все режимы работы двигателя. Это положительно сказывается на экологии, а также на ресурсе мотора.

Все описанные ниже способы замены катализатора, носят только ознакомительный характер. Не рекомендуется пользоваться данными методами самостоятельно!

Из-за высокой цены автолюбители ищут альтернативу. Вариантов несколько:

  • универсальный катализатор;
  • пламегаситель.

Под универсальным катализатором подразумевается сразу две группы деталей. Первая — катализатор, подходящий под любой автомобиль. Довольно дорогая вещь, но работает безотказно. Второй вариант — блок с сотами. В этом случае в старый катализатор устанавливают новые соты. Недостатком данного варианта считается сложность с выбором сервиса для ремонта, не везде возьмутся за такую работу. Срок службы универсального нейтрализатора 60–90 тысяч километров.

Съём/Установка катализатора

Более дешевый и распространенный способ — пламегаситель. Он может быть готовым, просто предназначенным для установки вместо катализатора. Другой вариант — установка пламегасителя непосредственно в корпус нейтрализатора. Такой способ несколько сложнее, но позволяет скрыть факт замены детали при продаже автомобиля.

Иногда водители просто выбивают соты из корпуса. Способ дешевый, но может привести к увеличению уровня шума и урону экологии.

Особенности удаления катализатора из выхлопной системы

Ниже рассмотрим, какие нюансы удаления катализатора стоит учитывать. В первую очередь, нужно решить, как будет обходиться лямбда-зонд. После удаления нейтрализатора, датчик будет постоянно выдавать ошибку.

Чтобы обойти датчик, обычно делают обманку. Это проставка, которая отдаляет датчик от выхлопных газов, в результате он фиксирует больше кислорода. Обманку вкручивают на место датчика, и уже в нее устанавливают прибор. Такая система работает стабильно, хоть и имеет большое количество минусов. 

  • Любое вмешательство в конструкцию автомобиля приводит к снятию его с гарантии. Подумайте, что будет, если возникнет неисправность двигателя, которая попадает под гарантийный случай.
  • Невозможность пройти государственный техосмотр. Бортовой компьютер вы обманули, но вот при проверке на стенде, обман вскроется. В итоге, вы получите запрет на эксплуатацию транспортного средства. Со станции СТО, вы поедете уже на эвакуаторе.

Еще можно сделать перепрошивку ЭБУ. В результате система будет считать, имеющиеся показатели за норму. Для такой работы требуются дополнительные знания, а также программное обеспечение.

Предупреждения на приборной панели

При перепрошивке нарушаются нормальные циклы работы мотора. Он начинает работать в неправильном режиме. Это снижает ресурс силового агрегата примерно в два раза. В результате перепрошивка вместо экономии принесет вам только больше расходов.

Заключение

В случае возникновения проблем с катализатором, необходимо его заменить. Оптимальным решением будет установка оригинального нейтрализатора. Все аналоги и обманки могут привести к ускоренному выходу двигателя из строя, сделают невозможным получение диагностической карты, а также создадут дополнительную нагрузку на экологию.

Сколько стоит катализатор? Каталог катализаторов, Стоит ли доверять каталогам катализаторов?

Каждый день нам приходится отвечаем на один и тот же вопрос:

«Сколько стоит тот или иной катализатор?»

На стоимость катализатора влияет ряд факторов:

1. Цена катализатора зависит от того, на какой рынок сбыта изначально был собран конкретный автомобиль. На европейские рынки поставляются более качественные катализаторы, чем в страны третьего мира. Фактически, обман начинается прямо с автомобильного завода. Для рынков, с жескими экологическими нормами, производятся катализаторы высшего качества, а для третьих стран - "пустышки".

2. Чем выше класс автомобиля, тем качественнее катализатор. Это связано с соблюдением экологических стандартов.

3. Чем больше срок службы автомобиля, тем меньше драгметаллов остается в катализаторе. Если снять 2-3 мм асфальтового покрытия с автобана, то содержание драгметалла будет около 30% от содержания среднего катализатора.

4. Спортивная езда способствуют более быстрому «опустошению» катализатора. Если удалить катализатор, автомобиль станет примерно на 10% мощнее, но вы не пройдете техосмотр.

5. Топливо. Некоторые присадки в топливе вымывают металлы из катализатора.

6. Катализаторы бывают с разным составом драгметаллов:

  • Pt, Pd + Rh – «классический» и самый старый вид катализаторов. Среднее содержание на одну тонну керамики (ppm): Pt – 1470, Pd – 900, Rh – 270. На сегодняшний день, это уже «вымирающий» вид.
    Средняя цена на данную категорию: 60 -80 евро/кг.
  • Pt + Rh – как правило, это катализаторы от дизельных или премиум-класса автомобилей.
    В таких катализаторах отсутствует палладий, но платины порядка 2500-5500 ppm. Стоимость этой категории катализаторов 80-160 eur/кг.
  • Pd + Rh – Отсутствует платина, но палладия порядка 3000-5500 ppm. Еще лет 10 назад такие катализаторы составляют около 40% от всего количества современных катализаторов, но с резким ростом палладия, производители все больше производят катализаторов с платиной.
    Средняя цена 80-260 евро/кг.

Из вышесказанного можно сделать вывод – невозможно определить стоимость катализатора без анализа!
Купля-продажа катализаторов «на глаз» или по каталогам – риск как для покупателя, так и для продавца.

Компании, покупающие катализаторы «на глаз», не имея возможности купить оборудования для анализа, стараются скупают катализаторы по самой низкой цене в своей категории.

Сколько грамм палладия в катализаторе?

Сколько грамм палладия в автомобильном катализаторе? Точный ответ на этот вопрос дать невозможно: его количество зависит от типа и веса каталитического нейтрализатора. Обычно количество вещества варьируется от 0,005% до 3,5% массы вторсырья. Стоит отметить, что в некоторых видах катализаторов палладия нет совсем, но в них встречаются другие драгоценные металлы – например, платина или родий.

Если вы хотите вернуть до 80% стоимости драгметаллов, содержащихся в катализаторах, их можно сдать в компанию «Переработка и Управление ДМ». Специалисты с помощью современного оборудования оценят, сколько палладия в катализаторе, предложат вам справедливую цену, подготовят договор купли-продажи, счет-фактуру и другие необходимые документы.

Можно ли извлечь палладий самостоятельно?

Интернет пестрит статьями о том, как извлечь драгоценные металлы из вторсырья самостоятельно и с минимумом вспомогательных средств, буквально в гараже. Стоит ли этим заниматься? Ответ однозначный – нет, и на это есть ряд причин:

  • это уголовно наказуемо: и за само извлечение, и за незаконный сбыт таких металлов «умельцу» грозит уголовная ответственность;
  • это опасно. В процессе аффинажа драгоценных металлов используются  агрессивные химические вещества – кислоты и хлор. Неумелое обращение с ними может привести не просто к тяжелым последствиям для здоровья, но и к летальному исходу не только для самого “умельца” но и для окружающих;
  • такое кустарное производство опасно также для экологии: использованные вещества, загрязненную воду и материалы необходимо очищать и утилизировать правильно;
  • подобрать правильную рецептуру, не зная точного содержания и количества веществ во вторсырье, вида и количества добавок, способов их нанесения и распределения и других факторов крайне сложно. Соответственно, скорее всего, в результате ничего полезного добыть не удастся.

Таким образом, мало того, что самостоятельное извлечение технически сложно, опасно для здоровья, экологии и незаконно, оно часто бывает попросту напрасным.

Как законно получить деньги за отработанный катализатор?

Если вы хотите избавиться от автомобильного катализатора, вернуть до 80% стоимости драгоценных металлов, которые в нем содержатся и позаботиться об экологии, обращайтесь к нам. Наша компания организовывает сбор и первичную обработку каталитических нейтрализаторов для последующей отправки на российские и европейские аффинажные заводы. На таких специализированных предприятиях применяются проверенные технологии, позволяющие безопасно извлечь драгоценные металлы и вернуть их в промышленный оборот. Звоните!

Автомобильные катализаторы стали мишенью криминала

Полиция калифорнийского городка Элк-Гроув обезвредила банду преступников, занимавшихся воровством автомобильных каталитических нейтрализаторов. У них изъяли около 2000 украденных катализаторов (как называют эти детали в просторечии) и около $300 000. Хищение автомобильных катализаторов в последние пару лет превратилось в большой криминальный бизнес, охвативший практически все развитые страны. Преступники подъезжают к припаркованной машине, приподнимают ее домкратом, аккумуляторной сабельной пилой срезают катализатор и уезжают. Вся операция занимает не более 1,5 мин.

Причина криминального интереса к этим деталям – палладий, который используется в каталитических нейтрализаторах и сейчас котируется на мировых биржах дороже золота и платины. В корпусе катализатора размещается множество металлических или керамических сот, покрытых очень тонким слоем этого металла. Контактируя с палладием, вредные для человека компоненты выхлопных газов – углеводороды, окись азота, угарный газ и т. д. – превращаются в сравнительно безопасный углекислый газ и водяной пар.

До недавнего времени палладий стабильно котировался на биржах дешевле платины (не говоря уже о золоте). Дело в том, что платина используется в катализаторах автомобилей с дизелем, а палладий – в машинах с бензиновым двигателем. С конца ХХ в. в Европе спрос стабильно смещался с бензиновых автомобилей на дизельные и платиновые автокатализаторы становились востребованнее палладиевых, что отражалось на цене обоих металлов.

Растущая популярность дизельных двигателей была связана в основном со всеобщей убежденностью, что они экологичнее бензиновых. Европейские правительства всячески стимулировали переход автолюбителей на дизель: продажа топлива субсидировалась правительством, налоги на регистрацию дизельных автомобилей были ниже и т. д. Однако все изменилось после того, как в 2015 г. в Европе разразился так называемый дизельгейт: выяснилось, что Volkswagen в десятки раз занижал количество вредных веществ в выхлопных газах. Так что все рассказы автопроизводителей о повышенной экологичности дизельных двигателей оказались враньем.

Правительства немедленно начали сворачивать программы поддержки дизелей, а автолюбители – массово переходить на бензиновые двигатели. В 2018 г. в Германии впервые с 1999 г. бензиновых автомобилей продали больше, чем дизельных, и с тех пор этот разрыв растет. Соответственно, резко повысился спрос на палладиевые автокатализаторы, к чему производители металла оказались не готовы. В результате на рынке образовался дефицит палладия, цена на него начала быстро расти и в начале прошлого года этот металл оказался сначала дороже платины, а чуть позже и золота. Сейчас тройская унция палладия стоит примерно на $100 дороже унции золота – $2057 против $1950.

Общая масса палладия в одном катализаторе составляет около 5 г, т. е. из каждой украденной детали бандиты могут извлечь драгоценного металла примерно на $330. Не удивительно, что количество хищений каталитических нейтрализаторов растет лавинообразно, и если поначалу преступники действовали в основном по ночам, то в последнее время в соцсетях появляется все больше роликов, на которых злоумышленники срезают катализаторы средь бела дня.

Что находится в катализаторе: какие металлы? • Катализаторофф

В выхлопной системе современных автомобилей обязательно присутствует специальный фильтр — каталитический нейтрализатор (КН). Данная деталь, в отличие от других составных частей транспортных средств, создана для выполнения всего одной единственной функции, которая не влияет на работоспособность авто.

Катализатор, ценность которого заключается в способности минимизировать количество токсичных веществ, оказывающихся в выхлопных газах ТС, способствует сохранению климата на Земле.

К сожалению, до сих пор ни одной компанией, выпускающей автомобили, не удалось создать такой идеальный двигатель, который в ходе работе не выделял бы вредных веществ, оказывающихся в составе автомобильных выхлопов. Любой новый автомобиль также будет работать таким образом, что на выходе будут образовываться токсичные вещества.

Благодаря установке автомобильного нейтрализатора, который чаще называют просто катализатором, удается сократить количество вредных веществ в автомобильных выхлопах в среднем на 97-98%. Чтобы понять принцип работы рассматриваемой автомобильной детали, стоит узнать, что находится в катализаторе.

Составные часты катализатора

Если сравнивать строение катализатора с другими автомобильными деталями, то можно отметить, что он имеет не такое сложное строение.

Современный катализатор состоит из нескольких основных частей:

  • корпус;
  • наполнитель-фильтр;
  • специальный каталитический слой.

Корпус нейтрализатора изготавливается из качественного сырья — металла и выполняет защитную функцию. Все дело в то, что катализатор устанавливается на днище автомобиля. Довольно часто в ходе эксплуатации транспортного средства страдает именно низ конструкции авто, следовательно, может пострадать и нейтрализатор. Металлический кожух имеет выпускную и впускную воронки. Данная часть автомобильного катализатора выполняет также еще и теплоизоляционную функцию.

Основной функциональной частью катализатора является фильтр-монолит, который производится либо из керамики, либо из металла. Между металлическим кожухом и монолитом располагается монтажный мат, который надежно защищает внутренности КН.

Керамический или металлический блок (монолит) — это особый вид фильтра, который имеет пористую структуру с большим количеством очень мелких ячеек. Благодаря такому строению удается кратно увеличить площадь соприкосновения выхлопов с рабочей поверхностью КН.

Все ячейки монолита покрываются каталитическим слоем. В состав этого напыление включена группа ценных металлов (платина, палладий, родий), которые обладают свойством катализаторов, то есть ускоряют протекание химических реакций. При этом сами драгметаллы не принимают участие в данных химических реакциях. В некоторых современных моделях для напыления используют золото — благородный металл, который по сравнению с вышеназванными ценными материалами стоит дешевле.

Отвечая на вопрос, что ценного в катализаторе авто, можно отметить, что в КН находится определенное количество ценных металлов, относящихся к числу редких. В связи с этим, стоимость даже вышедшего из строя катализатора достаточно высока. И по той же причине всегда есть возможность сдать старый катализатор, получив заметное денежное вознаграждение.

Зачем скупают катализаторы? Все просто — для их дальнейшей переработки, в ходе которой удается получить определенное количество ценных металлов. Их с годами становится все сложнее добывать из недр земли. Поэтому стали добывать из вторсырья.

Основная функция катализатора

Основная функция катализатора заключается в нейтрализации трех вредных компонентов, входящих в состав автомобильных выхлопов. Такой катализатор еще называют трехкомпонентным.

Они успешно нейтрализуют следующие вредные соединения:

  • окислы азота, который является одним из компонентов смога, а также причиной кислотных дождей, такие соединения очень ядовиты для человека;
  • угарный газ, который смертельно опасный для всего живого;
  • углеводороды, также является одним из компонентов смога.

В результате химических реакций, протекающих в автомобильном нейтрализаторе, данные компоненты распадаются на безопасные элементы, которые и попадают в атмосферу.

Существуют также и двукомпонентые катализаторы, которые, как можно догадаться по названию, нейтрализуют только два компонента выхлопных газов. Но, так как они менее эффективны, то встречаются гораздо реже.

Принцип работы нейтрализатора

Трехкомпонентный автомобильный катализатор работает по следующему принципу.  Автомобильные выхлопы из двигателя поступают в катализатор, заполняя монолит. Металлы-катализаторы, входящие в состав каталитического напыления на ячейках провоцируют (ускоряют) протекание химических реакций окисления. В ходе реакций углеводороды распадаются на водяной пар, а угарный газ превращается в углекислый. Родий помогает преобразовать токсичный оксид азота в азот, который безвреден для человека. Очищенные газы после процесса очищения через выхлопную трубу авто попадают в атмосферу.

На автомобилях, которые работают на дизельном топливе, рядом с катализатором устанавливают сажевый фильтр. На некоторых моделях автомобилей КН и сажевый фильтр могут быть изготовлены как единая конструкция.

Стоит также знать, что для эффективного протекания химических реакций расщепления необходимо ряд условий.

Прежде всего, необходимо достичь рабочей температуры, которая должна быть не менее 300 градусов. Для эффективной работы детали следует поддерживать температуру в диапазоне от 400 до 800 градусов. Если будет превышен этот диапазон, то износ нейтрализатора наступит гораздо раньше.

Как только катализатор придет в негодность, его требуется удалить с транспортного средства. Данную процедуру стоит доверить опытным специалистам. Лучше обратиться в компанию, которая не только произведет демонтаж нейтрализатора, но и займется потом его переработкой. За сданный катализатор автомобилист получить определенную сумму денег. Опытные специалисты произведут оценку нейтрализатора с целью определения количества ценных металлов. Именно от этого зависит конечная цена КН.

Объяснитель: Что такое катализатор?

энергия активации (в химии) Минимальная энергия, необходимая для того, чтобы произошла конкретная химическая реакция.

атом Основная единица химического элемента. Атомы состоят из плотного ядра, которое содержит положительно заряженные протоны и нейтрально заряженные нейтроны. Ядро вращается вокруг облака отрицательно заряженных электронов.

связь (в химии) Полупостоянное соединение между атомами - или группами атомов - в молекуле.Он образован силой притяжения между участвующими атомами. После соединения атомы будут работать как единое целое. Чтобы разделить составляющие атомы, молекуле необходимо подвести энергию в виде тепла или другого типа излучения.

углерод Химический элемент с атомным номером 6. Он является физической основой всего живого на Земле. Углерод существует в свободном виде в виде графита и алмаза. Это важная часть угля, известняка и нефти, и она способна к самосвязыванию химически, образуя огромное количество химически, биологически и коммерчески важных молекул.

катализатор Вещество, которое помогает химической реакции протекать быстрее. Примеры включают ферменты и элементы, такие как платина и иридий.

каталитический нейтрализатор Устройство из керамических структур сотовой формы, которое устанавливается на выхлопную трубу транспортного средства. Проходя через него выхлопные газы, они сталкиваются с двумя разными типами катализаторов, каждый из которых может вызвать различный тип химической реакции. Один или несколько металлов, обычно платина, родий, палладий, а иногда даже золото, покрывают внутреннюю часть системы.Все стенки сотовой структуры устройства значительно увеличивают площадь покрытых катализатором поверхностей, которые теперь могут вступать в реакцию с выхлопными газами. Когда газы из двигателя попадают на эти покрытые металлом поверхности, они разрушают загрязняющие вещества, превращая их в менее вредные материалы. Датчик в преобразователе также измеряет количество кислорода в выхлопных газах. Если он находит слишком много, он приказывает компьютеру отрегулировать соотношение воздух-топливо в двигателе, чтобы он горел более чисто.

химический Вещество, состоящее из двух или более атомов, которые объединяются (становятся связанными вместе) в фиксированной пропорции и структуре.Например, вода - это химическое вещество, состоящее из двух атомов водорода, связанных с одним атомом кислорода. Его химический символ - H 2 O. Химический также может быть прилагательным, описывающим свойства материалов, которые являются результатом различных реакций между различными соединениями.

химические связи Силы притяжения между атомами, достаточно сильные, чтобы связанные элементы функционировали как единое целое. Некоторые силы притяжения слабые, некоторые очень сильные.Похоже, что все связи связывают атомы посредством совместного использования электронов или попытки поделиться ими.

химическая реакция Процесс, который включает перегруппировку молекул или структуры вещества в противоположность изменению физической формы (например, от твердого тела к газу).

электричество Поток заряда, обычно возникающий в результате движения отрицательно заряженных частиц, называемых электронами.

двигатель Машина, предназначенная для преобразования энергии в полезное механическое движение.Иногда двигатель называют мотором.

ферменты Молекулы, производимые живыми существами для ускорения химических реакций.

выхлоп (в машиностроении) Газы и мелкие частицы, выбрасываемые - часто с высокой скоростью и / или давлением - в результате сгорания (горения) или нагревания воздуха. Выхлопные газы обычно представляют собой отходы.

топливный элемент Устройство, преобразующее химическую энергию в электрическую.Наиболее распространенным топливом является водород, который в качестве побочного продукта выделяет только водяной пар.

генетический Имеет отношение к хромосомам, ДНК и генам, содержащимся в ДНК. Область науки, имеющая дело с этими биологическими инструкциями, известна как генетика. Люди, работающие в этой области, - генетики.

водород Самый легкий элемент во Вселенной. Как газ, он бесцветен, не имеет запаха и легко воспламеняется. Это неотъемлемая часть многих видов топлива, жиров и химикатов, из которых состоят живые ткани.

иридий Обнаруженный в 1803 году, его название происходит от латинского слова «радуга». Это твердый, хрупкий и устойчивый к коррозии металл из семейства платиновых. Немного желтоватый, этот элемент в основном используется в качестве отвердителя для платины. Действительно, его температура плавления составляет более 2400 ° по Цельсию (4350 ° по Фаренгейту). Атомный номер элемента 77.

производство Изготовление вещей, обычно в больших масштабах.

металл Что-то, что хорошо проводит электричество, имеет тенденцию быть блестящим (отражающим) и податливым (что означает, что его можно изменить с помощью тепла, а не слишком большой силы или давления).

молекула Электрически нейтральная группа атомов, представляющая минимально возможное количество химического соединения. Молекулы могут состоять из атомов одного или разных типов. Например, кислород в воздухе состоит из двух атомов кислорода (O 2 ), а вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода (H 2 O).

питательное вещество Витамин, минерал, жир, углевод или белок, который растению, животному или другому организму требуется как часть его пищи для выживания.

кислород Газ, составляющий около 21 процента атмосферы. Все животные и многие микроорганизмы нуждаются в кислороде для поддержания своего метаболизма.

палладий Мягкий, пластичный, стально-белый, устойчивый к потускнению металлический элемент, встречающийся в естественных условиях с платиной, особенно в золотых, никелевых и медных рудах.

нефть Густая легковоспламеняющаяся жидкая смесь углеводородов. Нефть - это ископаемое топливо, которое в основном находится под поверхностью Земли.Это источник химикатов, используемых для производства бензина, смазочных масел, пластмасс и многих других продуктов.

пластик Любой из ряда легко деформируемых материалов; или синтетические материалы, которые были изготовлены из полимеров (длинных цепочек некоторых строительных блоков), которые имеют тенденцию быть легкими, недорогими и устойчивыми к разложению.

платина Природный серебристо-белый металлический элемент, который остается стабильным (не корродирует) на воздухе.Он используется в ювелирных изделиях, электронике, химической обработке и некоторых зубных коронках.

загрязнитель Вещество, которое портит что-либо - например, воздух, воду, наши тела или продукты. Некоторые загрязнители представляют собой химические вещества, например пестициды. Другие могут быть излучением, включая избыточное тепло или свет. Даже сорняки и другие инвазивные виды могут считаться типом биологического загрязнения.

катализатор | Примеры, определение и факты

Катализатор , в химии, любое вещество, которое увеличивает скорость реакции, но само не потребляется.Ферменты - это природные катализаторы, ответственные за многие важные биохимические реакции.

Полимеризация этилена по Циглеру-Натта

Полимеризация этилена по Циглеру-Натта Газообразный этилен перекачивается под давлением в реакционный сосуд, где он полимеризуется под действием катализатора Циглера-Натта в присутствии растворителя. Суспензия полиэтилена, непрореагировавшего мономера этилена, катализатора и растворителя выходит из реактора. Непрореагировавший этилен отделяется и возвращается в реактор, в то время как катализатор нейтрализуют промывкой спиртом и отфильтровывают.Избыток растворителя извлекается из бани с горячей водой и рециркулируется, а сушилка обезвоживает влажный полиэтилен до его окончательной порошкообразной формы.

Британская энциклопедия, Inc.

Британская викторина

Типы химических реакций

Можете ли вы определить, какой тип химической реакции показан? Проверьте свои знания с помощью этой викторины!

Большинство твердых катализаторов представляют собой металлы или оксиды, сульфиды и галогениды металлических элементов и полуметаллических элементов - бора, алюминия и кремния.Газообразные и жидкие катализаторы обычно используются в чистом виде или в сочетании с подходящими носителями или растворителями; твердые катализаторы обычно диспергированы в других веществах, известных как носители катализаторов.

В общем, каталитическое действие - это химическая реакция между катализатором и реагентом, с образованием химических промежуточных продуктов, которые способны более легко реагировать друг с другом или с другим реагентом с образованием желаемого конечного продукта. Во время реакции между химическими промежуточными продуктами и реагентами катализатор регенерируется.Способы реакций между катализаторами и реагентами широко варьируются, и в твердых катализаторах часто бывают сложными. Типичными из этих реакций являются кислотно-основные реакции, реакции окисления-восстановления, образование координационных комплексов и образование свободных радикалов. В случае твердых катализаторов на механизм реакции сильно влияют свойства поверхности, электронная или кристаллическая структура. Некоторые твердые катализаторы, называемые полифункциональными катализаторами, способны взаимодействовать с реагентами более чем в одном режиме; бифункциональные катализаторы широко используются для реакций риформинга в нефтяной промышленности.

Катализируемые реакции составляют основу многих промышленных химических процессов. Производство катализаторов само по себе является быстрорастущим промышленным процессом.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас
Каталитические процессы и их катализаторы
процесс катализатор
синтез аммиака утюг
производство серной кислоты оксид азота (II), платина
крекинг нефти цеолиты
гидрирование непредельных углеводородов никель, платина или палладий
окисление углеводородов в автомобильных выхлопах оксид меди (II), оксид ванадия (V), платина, палладий
изомеризация н-бутана в изобутан хлорид алюминия, хлористый водород

Катализатор

Катализатор - это вещество, которое ускоряет скорость химической реакции, но не расходуется в ходе реакции.Катализатор появится на стадиях механизма реакции, но не появится в общей химической реакции (поскольку он не является реагентом или продуктом). Как правило, катализаторы существенно изменяют механизм реакции, так что новые барьеры вдоль координаты реакции значительно ниже. При понижении энергии активации константа скорости значительно увеличивается (при той же температуре) по сравнению с некаталитической реакцией.

В мире существует множество типов катализаторов.Многие реакции катализируются на поверхности металлов. В биохимии огромное количество реакций катализируется ферментами. Катализаторы могут находиться либо в той же фазе, что и химические реагенты, либо в отдельной фазе.

Катализаторы в одной и той же фазе называются гомогенными катализаторами , а катализаторы в разных фазах называются гетерогенными катализаторами.

Например, если у нас есть металлическая Pt в качестве катализатора реакции газообразного водорода и газообразного этена, тогда Pt является гетерогенным катализатором.Однако фермент в растворе, катализирующий биохимическую реакцию в растворе, является гомогенным катализатором.

Еще одна важная идея о катализаторах - их избирательность. То есть катализатор не просто ускоряет все реакции, а только очень конкретную реакцию. Это ключ ко многим химическим превращениям. Когда вы хотите произвести только определенное химическое изменение, вы ищете катализатор, который ускорит эту конкретную реакцию, но не ускорит другие. В этом отношении замечательны ферменты.Живые биологические системы требуют множества специфических химических превращений, и каждый из них катализирует уникальный фермент.


Типы катализаторов

Катализаторы могут находиться либо в той же фазе, что и химические реагенты, либо в отдельной фазе.

Катализаторы в одной и той же фазе называются гомогенными катализаторами, а катализаторы в разных фазах - гетерогенными катализаторами.

Например, если у нас есть металлическая Pt в качестве катализатора реакции газообразного водорода и газообразного этена, тогда Pt является гетерогенным катализатором.Однако фермент в растворе, катализирующий биохимическую реакцию в растворе, является гомогенным катализатором.


Влияние катализаторов

Эффект катализатора заключается в том, что он снижает энергию активации реакции.

Обычно это происходит потому, что катализатор изменяет способ протекания реакции (механизм). Мы можем визуализировать это для простой координаты реакции следующим образом.

В более общем смысле катализируемая реакция может иметь ряд новых барьеров и промежуточных продуктов.Однако самый высокий барьер теперь будет значительно ниже, чем предыдущий самый большой барьер. Например, ниже приведен пример пути реакции, который показывает каталитическую и некаталитическую реакцию. Путь с катализатором теперь состоит из двух ступеней и промежуточных частиц. Однако барьеры для обеих стадий намного ниже, чем в некаталитической реакции.


Как работают катализаторы?

Многие катализаторы работают одинаково. Они дают возможность молекулам реагента разорвать связи и затем образовать временные связи с катализатором.Это означает, что катализатор должен быть в некоторой степени реактивным, но не слишком реактивным (поскольку мы не хотим, чтобы эти связи были постоянными). Например, металлическая Pt служит катализатором многих реакций с участием газообразного водорода или газообразного кислорода. Это связано с тем, что поверхность Pt позволяет H 2 или O 2 разорвать свои связи, а затем образовать атомные частицы, которые «связаны» с Pt. Однако эти новые связи могут быть достаточно слабыми, чтобы атомные частицы могли затем вступить в реакцию с другими молекулами и покинуть поверхность.Таким образом, после реакции металл Pt возвращается в свое первоначальное состояние.

Например, на рисунке ниже изображена реакция этена и газообразного водорода. Водород приземляется на поверхность и разрывает свою связь, образуя атомы H, связанные с поверхностью (2). Двойная связь этена также разорвана, и два атома углерода также связаны с поверхностью (3). + (водн.) \; + \; O_2 (g)} & {\ rm Шаг \; 2} \\ {\ rm Mn (OH) _2 (aq) \; + \; H_2O_2 (l)} \; & \правая стрелка & \; {\ rm MnO_2 (s) \; + 2H_2O (l)} & {\ rm Шаг \; 3} \ end {array} \]

Итак, в чистой реакции нет изменений в MnO 2. Однако во время реакции он превращается в Mn 2+ , а также в Mn (OH) 2 . Катализатор может быть идентифицирован таким образом в механизме реакции, поскольку он сначала появляется в «реагентах», но затем подвергается риформингу. позже в реакции.

Катализаторы также могут функционировать, «удерживая» молекулы в определенных конфигурациях, одновременно ослабляя некоторые конкретные связи. Это позволяет катализатору существенно «помогать» химическим процессам, располагая реакции в благоприятных геометрических формах, а также ослабляя связи, которые необходимо разорвать по координате реакции.


Ферменты

Ферменты - биологические катализаторы. Это белки, которые складываются в определенные конформации, чтобы ускорить определенные химические реакции. Для биохимических реакций реагент обычно называют субстратом. Субстрат превращается в продукт. Механизмы многих ферментов очень похожи. Субстрат (ы) и фермент связываются в комплекс. Физическое местоположение на ферменте, в котором связывается субстрат, называется «активным центром».После связывания этот комплекс может ослабить определенные связи в субстрате, что приведет к химическому взаимодействию с образованием продукта. Продукт слабо связан с субстратом, так что теперь он диссоциирует, и фермент может свободно связываться с другой молекулой субстрата.

Активные центры ферментов могут быть очень специфичными, так что фермент будет катализировать только очень специфическую реакцию для очень специфической молекулы. Обычно существует равновесие между связанным комплексом и свободным субстратом и ферментом, так что связывание может быть обратимым.Напротив, как только продукт образуется, обратная реакция обычно никогда не происходит.

Субстрат + фермент ↔ Комплекс → Продукт.

Активность многих ферментов может быть заблокирована молекулами, имитирующими субстрат, но не участвующими в химии. Затем эти молекулы эффективно «выключают» фермент, блокируя активный сайт и предотвращая связывание субстрата. Так действуют многие фармацевтические препараты. Такие молекулы обычно называют ингибиторами, поскольку они подавляют активность фермента.

Основы катализаторов - Chemistry LibreTexts

Гетерогенные катализаторы

Катализатор - это другое вещество, нежели продукты-реагенты, добавляемые в реакционную систему для изменения скорости химической реакции, приближающейся к химическому равновесию. Он циклически взаимодействует с реагентами, способствуя, возможно, множеству реакций на атомном или молекулярном уровне, но не расходуется. Еще одна причина использования катализатора заключается в том, что он способствует производству выбранного продукта.

Катализатор изменяет энергию активации E a реакции, обеспечивая альтернативный путь для реакции. Скорость и константа скорости k реакции связаны с E a следующим образом:

скорость = k * функция концентрации
k = A exp (- E a / R T )

, где A - константа, связанная с частотой столкновений.Таким образом, изменение E на изменяет скорость реакции.

Катализатор в той же фазе (обычно жидкий или газовый раствор), что и реагенты и продукты, называется гомогенным катализатором .

Катализатор, который находится в отдельной фазе от реагентов, называется гетерогенным или контактным катализатором . Контактные катализаторы - это материалы, способные адсорбировать молекулы газов или жидкостей на своей поверхности.Примером гетерогенного катализа является использование мелкодисперсной платины для катализа реакции монооксида углерода с кислородом с образованием диоксида углерода. Эта реакция используется в каталитических нейтрализаторах, установленных в автомобилях, для удаления окиси углерода из выхлопных газов.

Промоторы сами по себе не являются катализаторами, но увеличивают эффективность катализатора. Например, оксид алюминия Al 2 O 3 добавляют к тонкодисперсному железу для повышения способности железа катализировать образование аммиака из смеси азота и водорода.Яд снижает эффективность катализатора. Например, соединения свинца отравляют способность платины как катализатора. Таким образом, этилированный бензин нельзя использовать в автомобилях, оборудованных каталитическими нейтрализаторами.

Поскольку гетерогенные катализаторы часто используются в высокотемпературных реакциях, они обычно представляют собой тугоплавкие (тугоплавкие) материалы, или же они могут быть нанесены на тугоплавкие материалы, такие как оксид алюминия.

Сегодня разработка катализаторов - это вызов для химиков и инженеров, связанных с эффективным производством, предотвращением загрязнения и обработкой отходов.

Что такое химическое поглощение и как оно способствует химическим реакциям?

Как упоминалось в случае твердых дефектов, твердые поверхности являются двумерными дефектами. Они обладают потенциалом притяжения для молекул газов и жидкости. Адсорбция происходит, когда молекулы притягиваются к поверхности, и когда молекулы проникают через объемный материал, используется термин абсорбция. Абсорбция без образования или разрыва химических связей называется физической абсорбцией или физической сорбцией, тогда как хемосорбция относится к процессам, когда образуются или разрываются новые связи.

Inorganic Chemistry Swaddle (стр. 117) дает отличный пример для иллюстрации хемосорбции водорода никелевым катализатором. Энергия связи H 2 составляет 435 кДж / моль. Таким образом, в реакции гидрирования для реакций должна быть доступна энергия:

H 2 -> 2 H, H = 435 кДж

| |
> C = C <+ 2 H -> H-C - C-H
| |

В указанной выше реакции энергия активации E a близка к 435 кДж.Однако, когда водород поглощается никелем, разрыв связи Н-Н облегчается за счет ряда этапов.

2 Ni + H 2 ---> 2 Ni ... H 2 ----> 2 Ni-H
Физисорбция твердого газа, хемосорбция

Таким образом, энергия активации снижается из-за образования связей Ni-H. Изменение энергии активации изменяет скорость реакции.

При активации O 2 металлом M связь O = O ослабляется или разрывается с помощью следующих шагов:

O = O O - O O O O- O-
| | || || | |
-M - M- ==> -M --- M- ==> -M M- ==> -M M-

На этих этапах кислород активируется на разных этапах.

С помощью сложных экспериментальных методов мы можем детально изучить хемосорбированные частицы. Например, хемосорбированный этилен считается этилидиновым радикалом

  Ч В В
      \ | /
        C
        |
        C
       / | \
    PtPtPtPtPt
Металл Металл Металл
  

Хемосорбированный радикал этилидун.

Какие виды хемосорбции приводят к отравлению катализатора?

Если поглощенные частицы очень стабильны и в процессе хемосорбции выделяется много энергии, поглощенные частицы не реакционноспособны.Их поглощение предотвращает дальнейшее поглощение других частиц, делая катализатор неактивным. Эти явления известны как отравление катализатором.

Яд снижает эффективность катализатора. Тетраэтилсвинец всегда был добавкой к бензину. В целях защиты окружающей среды в автомобилях установлены каталитические нейтрализаторы для окисления окиси углерода и углеводородов. Однако соединения свинца отравляют способность платины как катализатора. Таким образом, этилированный бензин не следует использовать в автомобилях, оборудованных каталитическими нейтрализаторами.

На рынке есть много типов катализаторов, например, катализатор окисления MIRATECH может также снизить выбросы окиси углерода и углеводородов. Самый распространенный катализатор использует металлическую Pt.

В последнее время возникает озабоченность по поводу снижения содержания серы в бензине и других моторных топливах с целью уменьшения выбросов оксидов серы. Технически соединения серы не являются каталитическими ядами (т.е. они не вызывают необратимого снижения эффективности катализатора).Однако они будут занимать часть поверхности драгоценного металла, тем самым снижая активную конверсию выхлопных газов до тех пор, пока сера снова не будет десорбироваться с участков драгоценного металла (краткосрочный эффект).

Как переходные металлы выбираются в качестве катализаторов?

Первый период переходных металлов представлен этими металлами.

Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu и Zn

Типичными общими чертами среди них являются наличие d электронов, а во многих из них и их незаполненных d орбиталей.В результате переходные металлы образуют соединения с переменной степенью окисления. Таким образом, эти металлы представляют собой банка электронов , которые ссужают электроны в подходящее время и хранят их для химических соединений в другое время.

Переходные металлы используются в реакциях гидрирования , упомянутых ранее. Эти реакции представлены

| |
> C = C <+ 2 H -> H-C - C-H
| |

Например, гидрирование ненасыщенного масла при производстве маргарина является таким применением.Специальные катализаторы, такие как ICT-3-25-P, изготавливаются из палладия, нанесенного на специальный широкопористый углеродный носитель «Сибунит».

Другими процессами, катализируемыми переходными металлами, являются окислительно-восстановительные реакции:

NH 3 + 5/4 O 2 = NO + H 2 O
2 CO + O 2 = 2 CO 2

Окисление CO происходит в каталитических нейтрализаторах, платина часто, но не всегда, используется в них в качестве катализатора. На изображении, показанном здесь, показан двойной каталитический нейтрализатор, показывающий путь прохождения газа.

Для большинства переходных металлов, кроме золота, хемосорбционная сила соответствует общей последовательности для газообразных реагентов:

O 2 > алкины> алкены> CO> H 2 > CO 2 > N 2

Хемосорбционная сила также зависит от металлов. В общем, хемосорбция наиболее сильна для металлов слева, а для переходных металлов она уменьшается с увеличением атомного номера:

Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd
La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg

Хемосорбция слишком сильна для групп Sc, Ti, V, Cr и Mn, и эти металлы не являются эффективными катализаторами.

  • Fe, Ru и Os прочно хемосорбируют большинство газов и почти не хемосорбируют N 2 .
  • Прочность Chemisorb для Co и Ni ниже, чем для группы Fe. Их абсорбция для CO 2 и H 2 очень слабая.
  • Rh, Pd, Ir и Pt практически не хемосорбируют H 2 , но не CO 2 .
  • Cu, Ag, почти не хемосорбируют CO и этилен.

Эти относительные силы хемосорбции позволяют нам сделать некоторые простые прогнозы относительно их способности действовать как катализаторы конкретных реакций.Например, катализатор процесса Габера по производству аммиака должен хемосорбировать азот. Можно рассмотреть железо, рутений или осмий.

Для реакций гидрирования катализатор должен хемосорбировать H 2 . Подходят металлы Co, Rh, Ir, Ni, Pd и Pt. Доступность и стоимость являются дополнительными факторами, которые необходимо учитывать. Учитывая все обстоятельства, никель - действительно хороший выбор.

Эти руководящие принципы очень грубые, и каждый случай требует тщательного изучения. К счастью, многие катализаторы коммерчески доступны.Многие компании оставляют исследования и разработки катализаторов.

Что такое синтез-газы и как их готовят?

Синтез-газ - это общий термин, используемый для обозначения синтетических газов, пригодных в качестве топлива или для производства жидкого топлива. Часто это смесь H 2 и CO, и эта смесь может быть преобразована в метанол, CH 3 OH. Хорошо известными катализаторами являются Pt и Rh, но для производства синтез-газа также используются другие технологии, такие как мембраны.

Выбор катализатора важен в промышленных производствах.Например, использование родия или платины в качестве катализаторов показало, что распределение продуктов сильно различается при использовании метана или этана.

CH 4 (65%) + O 2 (35%) --- Rh -> H 2 (60%) + CO (30%) + CO 2 (2%) + H 2 ) (5%)

При использовании платины было получено больше нежелательных продуктов H 2 O и CO 2 . Swaddle описал разницу между использованием этих двух металлов в качестве катализаторов ( Inorganic Chemistry , стр. 120), но когда дело доходит до применения, требуется гораздо больше деталей.Эти данные свидетельствуют о том, что небольшая разница в хемосорбции приводит к очень разным результатам.

Почему металлические кластеры будут отличным потенциальным катализатором?

Площадь поверхности на единицу веса является важным фактором, когда твердые вещества используются в качестве катализаторов. Есть много исследований, связанных с изучением площади поверхности твердых частиц металлов. Разработаны различные методы измерения площади поверхности твердых материалов. Одним из таких методов является определение площади поверхности по адсорбции газа.

Кластеры - это металлические частицы предельного размера, каждая из которых состоит всего из нескольких атомов. Нет необходимости строго определять количество атомов в частицах, которые будут называться кластерами, но общее мнение таково, что когда количество атомов на поверхности частицы больше, чем количество атомов в внутренней части , частица представляет собой кластер . Таким образом, кластер может иметь всего от 3 атомов до нескольких десятков атомов.

Кстати, термин кластер использовался и в других областях исследований.Например, в металлоорганической химии соединения, в которых несколько металлов связаны вместе связями металл-металл, также называются металлическими кластерами. К этой категории относятся многие карбонильные соединения. Например,

Co 2 (u-CO) 2 (CO) 6 , (u-CO означает CO, соединенный мостиком между двумя атомами металла)
Mn 2 (CO) 10
Fe 3 (CO ) 12
Co 4 (CO) 12
Rh 4 (CO) 12
CFe 5 (CO) 15
Rh 6 (CO) 16
Os 6 (CO) 18

Карбонилы металлов исследовались как гомогенные катализаторы.Они упомянуты здесь, чтобы вы могли оценить их использование в другой литературе.

Вся каталитическая активность происходит на поверхности, потому что поверхностные атомы имеют склонность к хемосорбции молекул газа. Таким образом, кластеры, естественно, будут отличными потенциальными катализаторами. Таким образом, изучение гетерогенных катализаторов может включать изучение химии кластерных ионов металлов и инкапсулированных кластеров серебра в качестве катализаторов окисления. Кластеры могут быть получены путем осаждения из паровой фазы.Название этой ссылки звучит очень интересно: Химия паров атомов металла: область ждет своего прорыва.

Являются ли нестехиометрические оксиды потенциальными катализаторами окислительно-восстановительных реакций?

Благодаря своей способности иметь различную степень окисления, переходные металлы образуют нестехиометрические оксиды, и они обладают отличным потенциалом для реакций окисления и восстановления (окислительно-восстановительных), поскольку они могут как отдавать, так и принимать электроны.

M n + => M (n + 1) + + e -
M (n + 1) + + e - => M n +

Кроме того, они напоминают металлы и катализируют реакции гидрирования и изомеризации.

Оксид металла

A p-типа имеет избыточные положительные заряды в твердом теле, и они могут адсорбировать кислород с образованием таких анионов, как O -, O 2-, O 2 - и O 2 2- на их поверхности. Оксид никеля является таким оксидом. Оказалось, что наиболее активными являются адсорбированные формы O - ,

O 2 (г) + 2 Ni 2+ => 2 O - (реклама) + 2 Ni 3+
2 O - (реклама) + 2 CO (реклама) => 2 CO 2 + 2 e -
2 Ni 3+ + 2 e - => 2 Ni 2+

Когда оксид отдает кислород, электроны остаются, и отрицательный заряд в нем делает его оксидом n-типа .Оксид цинка представляет собой такой оксид n-типа , и механизм реакции можно представить следующим образом:

CO (г) + 2 O 2- (решетка) => CO 3 2- (решетка) + 2 e -
0,5 O 2 + 2 e - => O 2-
CO 3 2- (решетка) = CO 2 + O 2- (решетка)

Общая реакция ---

CO + 0,5 O 2 => CO 2

На этих первичных этапах кислород потребляется посредством адсорбции на твердом теле.

Сульфид, такой как MoS 2 , может терять атомы серы, чтобы стать твердым телом n-типа , Mo 1 + x S 2 или получить атом серы, чтобы стать твердым Мо p-типа. 1-x S 2 , в зависимости от давления пара S 2 газа, окружающего твердое тело. Путем легирования MoS 2 оксидом можно также сделать его твердым телом p-типа для катализатора.

Одним из полезных применений MoS 2 в качестве катализатора является снижение содержания серы в бензине.Например, циклический тиофен C 4 H 4 S может быть преобразован в углеводород с использованием p-типа MoS 2 ,

C 4 H 4 S + 4 H 2 == p-тип MoS 2 ==> C 4 H 10 + H 2 S

Это достигается с помощью обычного промышленного катализатора гидрообессеривания, который может содержать 14% МоО 3 и 3% СоО на носителе из оксида алюминия.

Какой тип катализатора можно сделать из стехиометрических оксидов?

Хорошо известно, что оксиды металлов растворяются в воде с образованием основных растворов, тогда как неметаллические оксиды растворяются в воде с образованием кислых растворов.Некоторые оксиды металлов, такие как Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 и т. Д., Растворяются в сильной кислоте и основаниях. Таким образом, мы можем разделить оксиды на кислотные и основные оксиды для каталитической активности.

Кислые оксиды

Кислые оксиды, такие как Al 2 O 3 и SiO 2 , катализируют реакции дегидратации, такие как

R-CH 2 CH 2 OH (г) == (Al 2 O 3 , 600 K) ==> R-CH = CH 2

Если мы рассматриваем оксид как кислоту Льюиса, он адсорбирует группу ОН, облегчая реакцию на следующих стадиях.

R-CH 2 CH 2 OH (г) => R-CH 2 -CH 2 + + OH - (адсорбированный)
R-CH 2 -CH 2 + => R-CH + -CH 3
R-CH + -CH 3 + OH - (адсорбированный) => R-CH = CH 2 + H 2 O

Цеолиты, которые представляют собой алюмосиликаты, действуют как кислотные катализаторы. Они также катализируют изомеризацию, крекинг, алкилирование и другие органические реакции.

Основные оксиды

Основные оксиды, такие как MgO и ZrO, благоприятствуют реакциям с участием анионных частиц . Когда протон H + адсорбируется на поверхности, близкой к иону O 2- в оксиде металла, образуется группа OH -, оставляя органической молекуле отрицательный заряд.

CH 3 -CH 2 -CN + MO (твердый) => -CH 2 -CH 2 CN + M-OH + (твердый)
=> CH 2 = CH- CN + MOH 2 (твердый)
= + кислород => CH 2 = CH-CN + MO (твердый) + H 2 O (продукт)

Общая реакция представляет собой селективное окисление

CH 3 -CH 2 -CN + MO (твердый) + 0.5 O 2 => CH 2 = CH-CN + MO (твердый) + 0,5 H 2 O

Окисление устраняет два атома водорода на молекулу в процессе, и предлагаемый механизм предполагает двухэтапный процесс удаления.

Смеси основных оксидов использовались в качестве катализаторов в окислительной реакции сочетания метана. В некоторых случаях для такого применения разрабатываются специальные реакторы и катализаторы. TAP Reactor - одно из таких приложений. В данном случае использовались цеолиты.

Что такое фотокаталитические реакции?

Реакции, вызванные фотонами, пучками энергии излучения, называются фотолизом. Фотокаталитические реакции подразумевают фотолиз в присутствии катализатора. Однако в большинстве случаев катализаторы являются полупроводниками, а реакции представляют собой реакции фотолиза с участием полупроводников. В этом аспекте фотокатализатор выполняет несколько иную функцию, чем те, что используются в термохимическом процессе.

Моделирование ниже показывает, что когда желтый луч попадает на полупроводник TiO 2 , электроны возбуждаются из валентной зоны в зону проводимости.Эта ширина запрещенной зоны составляет 3,2 В. Возбужденный электрон способствует образованию H 2 . Дырки отбирают электроны от групп ОН - , превращая их в активные радикалы ОН. Радикалы распадаются с образованием O 2 или реагируют с CHCl 3 , превращая его в безвредный CO 2 , H + и Cl - . Это моделирование фотокатализаторов подготовлено японской группой, и оно довольно хорошо иллюстрирует концепцию. На самом деле процесс довольно сложный.

При фоторазложении воды возбужденные электроны реагируют с ионами (протонами) водорода

2 H + + 2 e - = H 2
2 OH - + 2 e + (отверстие) = H 2 O + 0,5 O 2

Таким образом, продукты H 2 и O 2 являются потенциальным топливом для энергоснабжения, особенно для топливных элементов.

В качестве другого примера фторборная кислота используется в гальванике и отделке металлов.Для очистки сточных вод этих производств требуется удаление борной кислоты. Существующие методы адсорбции, коагуляции, осаждения не работают. Таким образом, было изучено фотокаталитическое разложение фторборной кислоты, которое показало, что TiO 2 достаточно эффективен при легировании оксидами Cr и Fe. Приведенная выше ссылка показывает, что легирование Cr или Fe резко увеличивает активность. Более того, 0,5 мас.% Cr / TiO2 и 1,0 мас.% Fe / TiO2 показали максимальную активность 61% и 41% соответственно.

Недавно в новостной статье появилось привлекательное заявление о внутреннем воздухоочистителе. Подумайте сами, стоит ли это исследовать.

Пример 1

Запрещенная зона TiO 2 составляет 3,2 В. Какова частота фотонов, энергии которых достаточно для возбуждения электронов из ковалентной зоны TiO 2 в зону проводимости?

Раствор
Энергия возбуждения электрона до 3,2 В составляет 3,2 эВ.

1.6022e-19 Дж 1
3,2 эВ ------------- ------------- = 7,74e14 Гц
1 эВ 6,626e-34 Дж с

ОБСУЖДЕНИЕ
Длина волны этих фотонов

3e8 м / с
-------- = 387e9 м (или 387 нм)
7,74 / с

Эти фотоны находятся в видимом диапазоне 350-700 нм.

Пример 2

Моль фотонов называется эйнштейном. Сколько энергии в Дж представляет собой эйнштейн фотонов, описанных в Примере 1.

Раствор
Энергия

1.6022e-19 Дж 6.022e23
3,2 эВ -------------- ------------- = 308000 Дж = 308 кДж
1 эВ 1 фотон

ОБСУЖДЕНИЕ
Когда мы обсуждали энергию Гиббса, мы узнали, что энтальпия образования для H 2 O составляет -285,83 кДж. Это означает, что нам нужно минимум 286 кДж для разложения воды. Таким образом, 1 эйнштейн фотонов имеет больше энергии, чтобы разложить моль воды, чем минимум.Однако для разложения воды требуется перенапряжение. Оксид титана смешивают с металлической платиной и оксидом рутения для облегчения образования пузырьков в этом процессе. (См. Inorganic Chemistry Swaddle (стр. 125).

Примеры катализаторов

Иногда химикаты нуждаются в небольшом стимулировании, чтобы они могли прореагировать. Термин «катализатор» указывает на вещество, которое начинает, ускоряет или облегчает химическую реакцию. Похоже, вы найдете катализаторы только в химической лаборатории, но вы можете быть удивлены, обнаружив примеры катализаторов в своей повседневной жизни! Продолжайте читать, чтобы узнать, что такое катализатор, и увидеть примеры химических катализаторов, а также примеры катализаторов в нехимическом контексте.

Примеры химических катализаторов

Химический катализатор - это вещество, которое вызывает химическую реакцию иначе, чем это произошло бы без этого катализатора. Например, катализатор может вызвать реакцию между реагентами, происходящую с большей скоростью или при более низкой температуре, чем это было бы возможно без катализатора. Существует два основных типа катализаторов: неорганические катализаторы , и органические катализаторы .

Примеры неорганических катализаторов

Неорганические катализаторы - это соединения, не встречающиеся в биологических процессах.Они включают элементарные металлы и другие неорганические вещества. Эти катализаторы ускоряют химические реакции, но не изменяют их структуру в процессе. Примеры неорганических катализаторов в химических реакциях включают:

  • перманганат калия - Пероксид водорода разлагается на воду и газообразный кислород. Две молекулы перекиси водорода образуют две молекулы воды и одну молекулу кислорода. Для ускорения этого процесса можно использовать катализатор перманганат калия.Добавление перманганата калия к перекиси водорода вызовет реакцию с выделением большого количества тепла, и водяной пар выйдет наружу.
  • платина - Каталитический нейтрализатор в автомобиле содержит платину, которая служит катализатором для превращения токсичного оксида углерода в диоксид углерода.
  • палладий - Если вы зажжете спичку в комнате с газообразным водородом и газообразным кислородом, произойдет взрыв, и большая часть водорода и кислорода объединятся, образуя молекулы воды.
  • железо - При производстве аммиака железо является полезным катализатором. Эта реакция, известная как процесс Габера, превращает азот и водород в аммиак. Железо ускоряет разрыв азотных связей, делая его более реактивным.
  • оксид ванадия - Серной кислоте требуется, чтобы диоксид серы превратился в триоксид серы. Когда вы пропускаете диоксид серы над оксидом ванадия, он окисляется, то есть добавляет молекулу кислорода - диоксид серы в триоксид серы.

Примеры органических катализаторов

Органические катализаторы известны как «органокатализаторы». Они состоят из неметаллических элементов, таких как углерод, водород и сера. Биокатализаторы, такие как белки и ферменты, представляют собой еще один тип органических катализаторов, участвующих в биохимических процессах. Подобно неорганическим катализаторам, они все еще существуют в своей первоначальной форме после завершения реакции.

  • пролин - Пролин - это встречающаяся в природе аминокислота, которая также может быть биосинтезирована.Он действует как катализатор во многих биологических процессах, включая конденсацию альдолов, которая создает углерод-углеродные связи для новых органических соединений.
  • диастаза - Когда вы едите что-то, что содержит крахмал, ферменты диастазы являются катализаторами пищеварения. Они появляются в слюне и превращают крахмал в мальтозу, которую организм переваривает в желудке.
  • лактаза - У большинства людей в тонком кишечнике есть ферменты лактазы, которые начинают химическое расщепление лактозы из молока и молочных продуктов.Люди с непереносимостью лактозы не получают достаточного количества этого фермента и не могут полностью переваривать молочные продукты.
  • ДНК-полимераза - Когда ДНК реплицируется, она должна точно копировать генетическую последовательность. Фермент ДНК-полимераза катализирует синтез ДНК каждый раз, когда клетка делится. Он работает с другими ферментами, включая геликазу и примазу, многократно полностью копируя ДНК.
  • щелочная фосфатаза (ЩФ) - Щелочная фосфатаза, обнаруженная в печени, пищеварительной системе и костях, является катализатором расщепления белков.Он также помогает в реакциях, связанных с пищеварением и ростом костей. Слишком много щелочной фосфатазы в крови может указывать на проблему с печенью или костями или может быть просто следствием нормального процесса беременности и кормления грудью.

Нехимические катализаторы

Когда термин «катализатор» используется вне химии, он относится к чему-то, что вызывает социальные изменения или реакции. Это образное определение основано на определении химического катализатора, который запускает большую реакцию.Вот некоторые примеры образных катализаторов:

  • отношения - Когда Антония представляет двух своих друзей, которые затем начинают встречаться, она становится катализатором их отношений.
  • Изменение законодательства - Член семьи Сьюзен незаконно заключен в тюрьму. Она пишет письма своим депутатам, организует акции протеста и общается со СМИ. Вскоре член ее семьи освобожден, а законы изменены, чтобы предотвратить незаконное заключение кого-либо в тюрьму. Сьюзен была катализатором перемен.
  • спорт - Элла сидит на скамейке во время баскетбольного матча. Стартовые игроки устают и отстают по очкам. Тренер Эллы вводит ее в игру. Ее энергия помогает ей забивать несколько мячей, и команда побеждает. Элла была катализатором победы в игре.
  • Социальные изменения - Барри и его друзья видят, как над младшим ребенком издеваются. Они встают на защиту ребенка и создают группу по борьбе с издевательствами, которая выявляет проблемы с издевательствами на игровой площадке.Вскоре в их школе стало меньше издевательств, и они стали катализатором перемен.

Катализаторы вокруг нас

Эти примеры катализаторов показывают, как одно действие или один человек, как в химии, так и в жизни, может стать началом больших изменений. Важно помнить, что катализатор только запускает реакцию и что для истинного изменения необходимо больше реагентов. Взгляните на эти повседневные примеры химических реакций, чтобы узнать больше о том, как химия влияет на вашу повседневную жизнь.

Катализаторы | Химия для неосновных специалистов

Цели обучения

  • Определите катализатор.
  • Объясните, как катализаторы влияют на скорость химической реакции.

Куда ушло солнце?

Смог в Нью-Йорке. Любезно предоставлено доктором Эдвином П. Юингом-младшим, CDC / Викимедиа.

Транспортные средства с бензиновым двигателем выделяют много вредных веществ. Оксиды азота образуются, когда атмосферный азот реагирует с кислородом при высоких температурах, характерных для автомобильного двигателя.Окись углерода является побочным продуктом неполного сгорания углеводородов. Испаренное и неиспользованное топливо выбрасывает в атмосферу летучие углеводороды, способствуя образованию смога. Наличие каталитического нейтрализатора в выхлопной системе автомобиля заставляет эти материалы вступать в реакцию и превращаться в менее вредные продукты.

Катализаторы

Иногда в химическую реакцию может быть добавлено вещество, и скорость этой реакции резко возрастет. Перекись водорода используется в качестве дезинфицирующего средства для удаления царапин и порезов и содержится во многих аптеках в виде 3% -ного водного раствора.Перекись водорода естественным образом разлагается с образованием воды и кислорода, но реакция идет очень медленно. Бутылки с перекисью водорода хватит на несколько лет, прежде чем ее нужно будет заменить. Однако добавление небольшого количества оксида марганца (IV) к перекиси водорода приведет к ее полному разложению всего за несколько минут. Катализатор - это вещество, которое увеличивает скорость химической реакции за счет снижения энергии активации без использования в реакции.После того, как реакция происходит, катализатор возвращается в исходное состояние, и катализаторы можно использовать снова и снова. Поскольку он не является ни реагентом, ни продуктом, катализатор показан в химическом уравнении над стрелкой выхода.

Катализатор работает, изменяя конкретный способ протекания реакции, называемый ее механизмом. Важным результатом использования катализатора является снижение общей энергии активации реакции (см. Рисунок ниже).При более низком энергетическом барьере активации больший процент молекул реагентов может иметь эффективные столкновения, и скорость реакции увеличивается.

Рис. 1. Добавление катализатора в реакцию снижает энергию активации, увеличивая скорость реакции. Энергия активации некаталитической реакции обозначена Ea, а катализируемая реакция обозначена Ea ’. Теплота реакции (ΔH) не изменяется в присутствии катализатора. Изображение из фонда CK-12 - Кристофер Ауён.

Катализаторы - чрезвычайно важные части многих химических реакций. Ферменты в вашем теле действуют как природные катализаторы, позволяя важным биохимическим реакциям протекать с разумной скоростью. Химические компании постоянно ищут новые и лучшие катализаторы, чтобы ускорить реакцию и, таким образом, сделать компанию более прибыльной.

Резюме

  • Описывается функция катализатора.

Практика

Посмотрите видео по ссылке ниже и ответьте на следующие вопросы:

http: // www.youtube.com/watch?v=9KQdF1bnXHE

  1. Какой краситель используется для синих джинсов?
  2. Что ферменты делают для синих джинсов?
  3. Перечислите три проблемы, которые существуют для некаталитических реакций.

Обзор

  1. На что влияет катализатор в химической реакции?
  2. Затронуто ли для процесса?
  3. Где мы указываем катализатор при написании химического уравнения?

Глоссарий

  • катализатор: Вещество, которое увеличивает скорость химической реакции за счет снижения энергии активации без использования в реакции.

Определение катализатора от Merriam-Webster

кошка · а · Lyst | \ ˈKa-tə-ləst \

1 : вещество, которое позволяет химической реакции протекать обычно с большей скоростью или в других условиях (например, при более низкой температуре), чем это возможно в других случаях.

2 : агент, который провоцирует или ускоряет значительные изменения или действия. Этот водный путь стал катализатором индустриализации области.Он был катализатором восстания туземцев.

.

Автор: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *