Каталитический это: Недопустимое название — Викисловарь

Содержание

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ — это… Что такое КАТАЛИТИЧЕСКИЙ?

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ
КАТАЛИТИЧЕСКИЙ
КАТАЛИТИ́ЧЕСКИЙ, каталитическая, каталитическое (хим.). прил., по знач. связанное с катализом. Каталитическое удобрение. Каталитическое явление.

Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935-1940.

.

Синонимы:
  • КАТАЛИЗАТОР
  • КАТАЛОГ

Смотреть что такое «КАТАЛИТИЧЕСКИЙ» в других словарях:

  • каталитический — ая, ое. catalytique adj. Связанный с катализом, относящийся к действию катализа. БАС 1. Заимствовано в 1837 г.ЭС. Увеличить выход нефтепродуктов из нефти путем сокращения потерь и широгого внедрения каталитических процессов и других новейших… …   Исторический словарь галлицизмов русского языка

  • каталитический — относящийся к катализу, каталитические реакции – химические процессы, происходящие при участии катализаторов Большой словарь иностранных слов. Издательство «ИДДК», 2007 …   Словарь иностранных слов русского языка

  • каталитический — прил., кол во синонимов: 2 • автокаталитический (1) • бедственный (21) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

  • каталитический — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN catalyticcat …   Справочник технического переводчика

  • каталитический яд — контактный яд — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы контактный яд EN catalyst poisoncontact poison …   Справочник технического переводчика

  • Каталитический — прил. 1. соотн. с сущ. катализ, связанный с ним 2. Свойственный катализу, характерный для него. Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 …   Современный толковый словарь русского языка Ефремовой

  • каталитический — каталитический, каталитическая, каталитическое, каталитические, каталитического, каталитической, каталитического, каталитических, каталитическому, каталитической, каталитическому, каталитическим, каталитический, каталитическую, каталитическое,… …   Формы слов

  • каталитический — каталит ический …   Русский орфографический словарь

  • каталитический — …   Орфографический словарь русского языка

  • каталитический — см.

    Катализ …   Энциклопедический словарь


Каталитический крекинг — Что такое Каталитический крекинг?

Каталитический крекинг — техпроцесс, при котором тяжелые молекулы углеводорода распадаются на легкие молекулы при прохождении через соответствующий катализатор (обычно при нагреве).

ИА Neftegaz.RU. Каталитический крекинг (Catalytic cracking) — термокаталитическая переработка нефтяных фракций с целью получения:
  • компонента высокооктанового бензина, 
  • легкого газойля,
  • непредельных жирных газов.

Каталитический крекинг — один из важнейших техпроцессов, обеспечивающих глубокую переработку нефти. 

Внедрению каталитического крекинга в промышленность в конце 30-х гг. 20 в. (США) способствовало создание эффективного с большим сроком службы катализатора на основе алюмосиликатов (Э. Гудри, 1936 г).
Основное достоинство процесса — большая эксплуатационная гибкость:

  • возможность перерабатывать различные нефтяные фракции с получением высокооктанового бензина и газа, богатого пропиленом, изобутаном и бутенами;
  • сравнительная легкость совмещения с другими процессами, например, с алкилированием, гидрокрекингом, гидроочисткой, адсорбционной очисткой, деасфальтизацией и т. д.
Такой универсальностью объясняется весьма значительная доля каталитического крекинга в общем объёме переработки нефти.

При каталитическом крекинге происходят следующие основные реакции: 

  • разрыв связей С-С, то есть перераспределение водорода (гидрирование и дегидрирование), 
  • деалкилирование,
  • дегидроциклизация, 
  • полимеризация, 
  • конденсация.

Соотношение скоростей этих реакций зависит от состава сырья, типа катализатора и условий проведения процесса.

При каталитическом крекинге парафинов образуются, в основном, менее высокомолекулярные алканы и олефины, причем содержание последних увеличивается с повышением молекулярной массы сырья. Более высокомолекулярные парафины расщепляются легче в отличие от низкомолекулярных.

Крекинг парафинов нормального строения сопровождается вторичными реакциями, приводящими к образованию ароматических углеводородов и кокса, и обычно происходит труднее и менее глубоко, чем расщепление изопарафинов.

Нафтеновые углеводороды с длинными алкильными цепями при каталитическом крекинге превращаются в алкилнафтеновые или алкилароматические углеводороды со сравнительно короткими боковыми цепями.

Крекинг ароматических углеводородов (преимущественно алкилароматических) сопровождается их деалкилированием и переалкилированием, а также конденсацией.

При деалкилировании образуются парафины, олефины и алкилароматические соединения меньшей молекулярной массы.

Реакционная способность ароматических углеводородов возрастает с увеличением их молекулярной массы.

Конденсация ароматических углеводородов друг с другом или с непредельными соединениями приводит к образованию полициклических углеводородов, что способствует отложению кокса на поверхности катализатора.

Наряду с упомянутыми происходят следедующие важные вторичные реакции: изомеризация, полимеризация, циклизация и др. реакции с участием олефинов, образующихся при крекинге сырья; алкилирование ароматических углеводородов, приводящее к более тяжелым продуктам, которые способны алкилироваться дальше или конденсироваться с образованием кокса и т.

д. Поскольку отложению кокса на поверхности катализатора способствуют все вторичные реакции, интенсивность их оценивают соотношением выходов бензина и кокса. Чем выше это соотношение, тем селективнее процесс. Количество и качество продуктов крекинга зависят от характера сырья, типа катализатора и технологического режима процесса. При этом влияние заданных параметров (давление, температуры нагрева сырья в трубчатой печи и реакторе, а также время контакта исходной фракции с катализатором) оценивают обычно по изменению степени превращения сырья. Степень равна сумме выходов бензина, газообразных углеводородов и кокса и достигает на современных установках каталитического крекинга 70-80% по массе. Выбор температуры определяется характеристиками катализатора и сырья и, прежде всего, временем их контакта, технологической схемой и назначением процесса, устройством реакторного блока. Повышение температуры способствует возрастанию глубины конверсии сырья, постепенному уменьшению выхода бензина, усилению коксообразования, а также увеличению степени ароматизации продуктов крекинга, что приводит к повышению октанового числа бензина и снижению цетанового числа компонентов дизельного топлива.
Макс. выход газойлевых фракций достигается при сравнительно низких температурах крекинга, бензина и углеводородов С3-С4 — при высоких.

Сырьем каталитического крекинга служит вакуумный газойль — прямогонная фракция с пределами выкипания 350-500°С.
Конец кипения определяется, в основном, содержанием металлов и коксуемостью сырья, которая не должна превышать 0,3%.
Фракция подвергается предварительной гидроочистке для удаления сернистых соединений и снижения коксуемости.
Также у ряда компаний (UOP, IFP) имеется ряд разработанных процессов каталитического крекинга тяжелых фракций — например, мазута (с коксуемостью до 6-8%).

Так же в качестве сырья используют остаток гидрокрекинга, возможно использование как компонентов сырья деасфальтизатов.

Каталитический крекинг проводят в прямоточных реакторах с восходящим потоком микросферического катализатора (лифт-реакторах) или в реакторах с нисходящим компактным слоем шарикового катализатора.

Отработанный катализатор непрерывно выводят из реакторов и подвергают регенерации путем выжига кокса в отдельном аппарате.
Реактор — с кратность циркуляции катализатора к сырью — 10:1 (для установок с лифт-реактором), температура — 510-540 °C, давление — 0,5-2 атм
Регенератор :температура — 650-700 °C, давление — 1-3 атм

Используется цеолитсодержащий микросферический катализатор (размер частиц 35-150 мкм). Площадь поверхности 300-400 м²/гр. Он представляет собой крекирующий цеолитный компонент, нанесенный на аморфную алюмосиликатную матрицу. Содержание цеолита не превышает 30%. В качестве цеолитного компонента используется ультрастабильный цеолит Y, иногда с добавками цеолита ZSM-5 для увеличения выхода и октанового числа бензина. Ряд компаний при приготовлении катализатора также вводят в цеолит редкоземельные металлы. В катализаторе крекинга также содержатся добавки, уменьшающие истирание катализатора, а также промоторы дожига СО, образующегося в регенераторе при выжиге кокса, до СО2.

Различают установки по организации процесса:
Периодические (реакторы Гудри).

Через нагретый стационарный слой катализатора пропускают сырье и после того как он закоксуется реактор ставят на регенерацию;
Непрерывной регенерации.

Из реактора выводится закоксованный катализатор, с поверхности которого выжигается кокс в отдельном аппарате и возвращается в реактор. После регенерации катализатор сильно нагрет, чего хватает для процесса крекинга, поэтому процесс каталитического крекинга не нуждается в подводе внешнего тепла.


Установки непрерывной регенерации подразделяются:
Реакторы с движущимся слоем катализатора.

Слой шарикового катализатора движется сверху вниз по реактору навстречу поднимающимся парам сырья. При контакте происходит крекинг, катализатор через низ отправляется на регенерацию, продукты на разделение. Регенерация протекает в отдельном аппарате с помощью воздуха; при этом выделяющееся при сгорании кокса теплоиспользуют для генерации пара. Типовая установка — 43-102.
Реакторы с кипящим слоем катализатора. Микросферический катализатор витает в потоке паров сырья. По мере закоксовывания частицы катализатора тяжелеют и падают вниз. Далее катализатор выводится на регенерацию, которая проходит также в кипящем слое, а продукты идут на разделение. Типовые установки — 1А/1М, 43-103.
Реакторы с лифт-реактором. Нагретое сырье в специальном узле ввода диспергируется и смешивается с восходящим потоком катализатора в специальном узле. Далее смесь катализатора и продуктов крекинга разделяется кипящем слое в сепараторе специальной конструкции. Остатки продуктов десорбируются паром в десорбере. Время контакта сырья и катализатора составляет несколько секунд. Типовая установка — 43-107.
Миллисеконд. Характерная особенность процесса — отсутствие лифт-реактора. Катализатор поступает в реактор нисходящим потоком, в катализатор перпендикулярно направлению его движения впрыскиваются пары сырья. Общее время реакции составляет несколько миллисекунд, что позволяет (повысив соотношение катализатор:сырье) добиться повышения выхода бензиновой фракции вплоть до 60-65%
На данный момент наиболее совершенными являются лифт-реакторы. Так, выход бензина на них составляет 50-55% с октановым числом 91/92 , тогда как у реакторов с кипящим слоем выход бензина 37% с октановым числом 90/91.

Выход продукции, в %
Взято всего: 100
Гидроочищенный вакуумный газойль (Фр.350-500°С) 100
Получено всего: 100
h3 0,04
СН4 0,25
C2H6 0,23
C2h5 0,36
C3H8 0,85
С3H6 2,73
Бутан 0,89
Бутены 2,5
изобутан 4,20
бензиновая фракция (ОЧМ-91/92) 58,62
газойль (легкий+тяжелый) 27,17
Кокс + потери 2,17

Параметры продуктов на выходе
Газ
Газ каталитического крекинга наполовину состоит из непредельных углеводородов, в основном, пропилена и бутенов. Также присутствуют значительные количества изобутана. Благодаря этому бутан-бутиленовая фракция газа используется как сырье процесса алкилирования с целью получения высокооктанового бензина. Пропан-пропиленовая фракция используется для выделения пропилена для производства полипропилена. Ввиду большой суммарной мощности установок каталитического крекинга, доля пропилена, вырабатываемый в процессе, составляет до 15% от его общего производства. Сухой газ (водород, метан, этан) используется в качестве топлива в печах заводских установок.
Бензин
В процессе каталитического крекинга вырабатывается высокооктановый бензин с ОЧИ 88-91 пунктов. Кроме того, бензин содержит менее 1% бензола и 20-25% ароматических углеводородов, что дает возможность использовать его для приготовления бензинов согласно последним нормам Евросоюза (Евро-4, Евро-5). Основной недостаток бензина каталитического крекинга — высокое содержание непредельных углеводородов (до 30%) и серы (0,1-0,5%), что очень плохо влияет на стабильность топлива при хранении. Бензин быстро желтеет из-за полимеризации и окисления олефинов и потому не может применяться без смешения с другими бензиновыми фракциями.
Легкий газойль
Легким газойлем каталитического крекинга считается фракция 200-270°С (реже 200-320 или 200-350). В ней содержится большое количество ароматических углеводородов, что приводит к низкому цетановому числу ( как правило, не выше 20-25). Кроме того, даже при условии предварительной гидроочистки сырья, в легком газойле содержится значительное количество сернистых соединений (0,1-0,5%). Из-за этого легкий газойль не может использоваться в больших количествах для приготовления дизельного топлива. Рекомендуемое его содержание в дизельном топливе — до 20% (в случае, если в топливе имеется запас по содержанию серы и цетановому числу). Другое применение легкого газойля — снижение вязкости котельных топлив, судовое топливо и производство сажи.
Тяжелый газойль
Тяжелый газойль каталитического крекинга — это фракция, начинающая кипеть выше 270°С (реже 320,350). Из-за большого содержания полициклических ароматических углеводородов эта фракция (при определенном содержании серы) является прекрасным сырьем процесса коксования с получением высококачественного игольчатого кокса. При невозможности утилизировать фракцию этим путем, её используют как компонент котельного топлива.

Каталитический газовый обогреватель — что это, принцип работы, плюсы и минусы

Каталитическим газовым обогревателем называется прибор отопления, в котором выработка тепловой энергии происходит в результате каталитического (беспламенного) горения топлива.

Каталитическое горение топлива: что это?

Каталитическим горением топлива называется реакция окисления углеводородов в присутствии катализаторов. Ее основное преимущество состоит в отсутствии открытого пламени и сравнительно невысокой температурой нагрева  контактной поверхности, составляющей 150-200 С.

По сути, каталитическое горение позволяет получить низкотемпературный инфракрасный прибор отопления, излучающий тепло в комфортном для человека диапазоне волн.

В качестве катализаторов обычно выступает платина или палладий, высокая стоимость которых долгое время являлась основным препятствием для широкого использования каталитического горения.

Итогом (продуктом) сгорания топлива в ходе каталитической реакции являются  те же самые вещества, что и при обычном сжигании топлива — двуокись углерода и вода СО2 и Н2О. Однако процесс идет без избытка кислорода, что имеет огромное значение для поддержания комфортных условий в помещении, в котором установлен и используется прибор отопления. Иными словами, процесс каталитического горения не «выжигает» кислород в помещении.

Еще одно преимущество каталитического горения состоит в полном сжигании топлива до конечных продуктов горения. Образование промежуточного продукта угарного газа исключено.

Каталитические грелки

Устройства, вырабатывающие тепло в ходе каталитического горения топлива известны со времен второй мировой войны. Они представляют собой небольшие металлические резервуары с отверстиями для подачи воздуха и удаления продуктов горения, внутри которых находится катализатор и вата, смоченная спиртом или бензином. Для запуска такой грелки необходимо нагреть открытым пламенем поверхность катализатора и запустить процесс горения паров спирта.

Затем пламя гасится, а процесс выделения тепла в ходе каталитической реакции горения спирта продолжается. В ходе реакции поверхность грелки нагревается до 50-60 С, что позволяет носить ее на теле под одеждой, согреваясь в сильный мороз.

Такие грелки широко используются и в настоящее время в условиях экспедиций и походов. Следует отметить, что в качестве топлива для походных грелок используется спирт или бензин высокого качества, а сами устройства являются дорогостоящим оборудованием.

Каталитическая реакция горения топлива для обогрева домов и квартир

Широкое применение каталитического горения для обогрева домов стало возможно сравнительно недавно,  с появлением новой технологии производства каталитической пластины, позволяющей наносить на поверхность стеклоткани микроскопический слой платины, достаточный для начала и поддержания реакции каталитического горения.

Недорогой доступный по цене катализатор позволил широко взглянуть на каталитическое горение и использовать его для сжигания газа.

Однако каталитическая реакция горения углеводородов требовательна к составу используемого топлива. Газ предварительно должен быть очищен от вредных примесей, загрязняющих поверхность катализатора и снижающих эффективность работы устройства. Но даже эти высокие требования не стали препятствием в разработке нового вида приборов отопления – каталитических газовых обогревателей, вызывающих немалый интерес у потребителей.

Каталитические газовые обогреватели

Примером каталитического газового обогревателя может служить прибор отопления торговой марки Bartolini Pullover, работающий на СУГ (баллонном сжиженном газе). Обогреватель Bartolini Pullover рассчитан на отопление одного помещения.

Горение газа в обогревателе происходит на сетке из стекловолокна, на поверхность которой нанесен слой платины.  Баллон с газом устанавливается сзади горелки. Следует отметить, что баллон для СУГ объемом 27 литров в ходит в комплект поставки устройства и является его неотъемлемой частью. Для обеспечения безопасности процесса горения устройство укомплектовано датчиком концентрации СО2. При повышении уровня концентрации продуктов горения прибор автоматически отключается.

Основное преимущество каталитических газовых обогревателей состоит в возможности эксплуатации устройства без использования дымохода. Однако ( в соответствии со СНиП) при эксплуатации любого газового оборудования необходимо обеспечить удаление продуктов горения, используя для этого исправно работающую дымоходную или вентиляционную систему. Второе обязательное условие это наличие постоянного притока свежего воздуха.

Нужно понимать, что процесс горения, каталитический он или обычный, представляет собой реакцию окисления топлива, в которой обязательно участвует кислород, и в ходе которой обязательно вырабатывается углекислый газ, повышенная концентрация которого опасна для здоровья и жизни человека.

Ошибочны заявления некоторых авторов о том, что каталитический обогреватель не вырабатывает никаких вредных веществ, и в нем вообще нет продуктов сгорания топлива.

Каталитический газовый обогреватель в отличие от других газовых обогревателей позволяет получать низкотемпературное тепло (150-200 С) более комфортное для человека. Именно в этом его основное достоинство.

Зачем в США и Британии воруют каталитические конвертеры с автомобилей

Цены на палладий выросли более чем на 50% за последние полгода из-за его дефицита. Благодаря этому металл, используемый в автомобильной промышленности для уменьшения вредных выбросов бензиновых двигателей, в январе впервые с 2002 г. стал стоить дороже золота. Это спровоцировало массовые случаи краж каталитических конвертеров в США и Великобритании, пишет The Wall Street Journal.

На рынке палладия уже давно наблюдается дефицит предложения, и многие эксперты прогнозируют, что он сохранится в ближайшие годы. Это связано с ростом спроса на металл из-за ужесточения экологических требований к автомобилям, особенно после ухудшения репутации дизельных машин после скандала с Volkswagen.

По прогнозам «Норникеля», крупнейшего в мире производителя палладия, дефицит металла на рынке сохранится до 2025 г. , а в этом году он достигнет 1,4 млн унций.

В понедельник на Нью-Йоркской товарной бирже мартовский фьючерс на палладий стоил около $1367 за тройскую унцию (почти $44 за 1 г), за унцию золота давали $1309. Между тем с 2002 г. золото было дороже палладия, но в середине января они поменялись местами, а цена палладия даже превысила $1400. Физический дефицит палладия сохранится в краткосрочной и среднесрочной перспективе, даже если производители катализаторов начнут заменять палладий более дешевой платиной, поэтому его цена, «вероятно, продолжит бить рекорды… и может протестировать уровни выше $1500 за унцию», писали в конце января в отчете аналитики «Атона».

Украсть катализатор относительно легко – с этим можно справиться за несколько минут, а на YouTube есть обучающие видео, пишет WSJ. Воры довели этот процесс до совершенства, утверждает полиция Чикаго. По словам ее представителя Говарда Людвига, обычно этим посреди ночи занимается группа грабителей, которая подъезжает на автомобиле, отпиливает у стоящей на парковке машины катализатор с помощью поршневой пилы и тут же уезжает. «За одну ночь они работают в нескольких кварталах. Как минимум один ждет за рулем, а другой работает под автомобилем», – говорит Людвиг.

Выследить грабителей трудно, поскольку они сдают катализаторы на металлолом в тех штатах, где не нужно предъявлять документы. Обычно они получают за один катализатор от $150 до $200. «Продают они не автозапчасти, а именно металл», – утверждает лейтенант Чак Нейгл из Алабамы.

Точной статистики по кражам автомобильных катализаторов нет, отмечает WSJ. Однако полиция Лондона сообщила об учащении таких преступлений еще в сентябре прошлого года (с минимумов в начале 2016 г., когда палладий стоил менее $500 за унцию, он подорожал до $1100 в январе 2018 г., а после продлившейся до августа коррекции начался новый стремительный взлет цены). Причем в британской столице бывали случаи, когда грабители снимали катализаторы даже с гибридных автомобилей Toyota Prius, хотя, по данным компании European Metal Recycling, из катализаторов этих моделей можно извлечь лишь около 2 г палладия, а сами катализаторы можно продать примерно за $450.

Катализ и катализаторы — Энциклопедия wiki.MPlast.by

Катализ – это процесс изменения скорости химической реакции при помощи катализатороввеществ, принимающих участие в химической реакции, но в состав конечных продуктов не входящих и в результате реакции не расходующихся.

Одни катализаторы ускоряют реакцию (положительный катализ), другие – замедляют (отрицательный катализ). Отрицательный катализ называют ингибированием, а катализаторы, понижающие скорость химической реакции – ингибиторами.

Различают гомогенный и гетерогенный катализ.

Гомогенный катализ.

При гомогенном (однородном) катализе реагирующие вещества и катализатор находятся в одинаковом агрегатном состоянии и между ними отсутствует поверхность раздела. Пример гомогенного катализа – реакция окисления SO2 и SO3 в присутствии катализатора NO (реагирующие вещества и катализатор являются газами).

Гетерогенный катализ.

В случае гетерогенного (неоднородного) катализа реагирующие вещества и катализатор находятся в различных агрегатных состояниях и между ними существует поверхность (граница) раздела. Обычно катализатор – твердое вещество, а реагирующие вещества – жидкости или газы. Пример гетерогенного катализа – окисление NN3 до NO в присутствии Pt (катализатор – твердое вещество).

Механизм действия катализаторов

Действие положительных катализаторов сводится к понижению энергии активации реакции Еа(исх), действие ингибиторов – противоположное.

Так, для реакции 2HI = H2+I2 Еа(исх)=184 кДж/моль. Когда же эта реакция протекает в присутствии катализатора Au или Pt, то Еа(исх)=104 кДж/моль, соответственно.

Механизм действия катализатора при гомогенном катализе объясняется образованием промежуточных соединений между катализатором и одним из реагирующих веществ. Далее промежуточное соединение реагирует со вторым исходным веществом, в результате чего образуется продукт реакции и катализатор в первоначальном виде. Так как скорость обоих промежуточных процессов значительно больше скорости прямого процесса, то реакция с участием катализатора протекает значительно быстрее, чем без него.

Например, реакция:

SO2 +1/2 O2 = SO3 протекает очень медленно, а если использовать катализатор NO

то реакции NO +1/2О2 = NO2 и NO2 +SO2 = SO3 +NO протекают быстро.

Механизм действия катализатора при гетерогенном катализе иной. В этом случае реакция протекает вследствие адсорбции молекул реагирующих веществ поверхностью катализатора (поверхность катализатора неоднородна: на ней имеются так называемые активные центры, на которых и адсорбируются частицы реагирующих веществ.). Увеличение скорости химической реакции достигается, в основном, за счет понижения энергии активации адсорбированных молекул, а также, отчасти, за счет увеличения концентрации реагирующих веществ в местах, где произошла адсорбция.

Каталитические яды и промоторы.

Некоторые вещества снижают или полностью уничтожают активность катализатора, такие вещества называют каталитическими ядами. Например, небольшие примеси серы (0,1%) полностью прекращает каталитическое действие металлического катализатора (губчатого железа), использующегося при синтезе аммиака. Вещества, повышающие активность катализатора, называют промоторами. Например, каталитическая активность губчатого железа значительно возрастает при добавлении примерно 2% метаалюмината калия KAlO2.

Применение катализаторов

Действие катализатора избирательно и специфично. Это означает, что, применяя различные катализаторы, из одних и тех же веществ можно получить различные продукты. Это особенно характерно для реакций органических веществ. Например, в присутствии катализатора AlO3 происходит дегидратация этилового спирта, в присутствии Cu – дегидрирование:

Биологические катализаторы, принимающие участие в сложных химических превращениях, протекающих в организме, называются ферментами.

Катализаторы широко используются в производстве серной кислоты, аммиака, каучука, пластмасс и др. веществ.


 

Автор: Метельский А.В
Источник: Метельский А.В., Химия в Экзаменационных вопросах и ответах, Минск, изд. «Беларуская энцыклапедыя», 1999 год
Дата в источнике: 1999 год

Сравнение типов очистки духового шкафа

Современная бытовая техника обладают опциями, которые избавляют от многих кухонных хлопот. Одна из таких — автоматическая очистка духового шкафа. Функция освобождает от необходимости залезать в камеру и отскребать застывший на стенках жир. Автоматическая очистка не только спасает от трудоемкого и неприятного процесса, но и помогает правильно обслуживать устройство. Благодаря ей техника служит долго.

Режимы бывают разными. Мы расскажем о трех автоматических способах чистки и сравним их между собой. В конце обзора вас ждет таблица, в которой собраны преимущества и недостатки каждого метода. Надеемся, она поможет выбрать лучшую очистку духовки.


Три решения

После приготовления пищи к стенкам и дну духовки пристает жир, который при долгой эксплуатации без уборки превращается в толстую корку. Если заняться устранением такой корки, понадобятся моющие средства, время и терпение. Семь потов сойдет, пока получится добиться чистоты.

Во многих современных устройствах это проблема решается с помощью функции автоматической очистки духовки. Существует три решения: пиролиз, катализ и гидролиз. У каждого из них есть преимущества и недостатки.

Катализ: уборка во время приготовления

Лучший способ держать что-то в чистоте — не допускать загрязнений. Следовать этому неписанному закону помогают установленные внутри духовки каталитические панели. Шершавое мелкопористое покрытие на панелях способствует быстрому окислению жира и ускоряет распад на составляющие: воду и углерод.

Чистка духовки происходит при нагревании от 150°С и выше, то есть процесс будет протекать каждый раз, когда вы готовите при указанной температуре. Специальный режим включать не нужно, что позволяет сэкономить на электричестве.

В каталитических духовках Hansa используются двухсторонние пластины. Такое решение позволяет продлить срок эксплуатации панелей в два раза.


Пиролиз: нагрев до 500°С

Пиролиз — это процесс, при котором происходит термическое разложение остатков еды. Это агрессивная и эффективная процедура, которая занимает около двух часов. Среда нагревается до 500°С, а частички пищи превращаются в пепел. Для безопасности хозяев во время обработки дверь блокируется.

Выдержать высокую температуру помогают нанесенная на внутренние стенки пиролитическая эмаль. Такие модели — самые дорогие на рынке.

Вся внутренняя поверхность очищается, в том числе и дверца шкафа. От вас потребуется лишь пройтись влажной тряпочкой после пиролиза. Во время процедуры противень можно оставить внутри. Духовки с программой «Пиролитическая очистка» также оснащаются системой охлаждения — включенный после процедуры вентилятор выводит с камеры пары и неприятные запахи.

Пиролиз потребляет много электроэнергии. Для духовки с таким режимом уничтожения жира потребуется силовой кабель, выдерживающий высокую мощность.

Гидролиз: обработка паром

Паровой (или гидролизный) режим позволяет быстро и эффективно удалить жир и другие загрязнения. Работает это следующим образом: на противень наливается пол-литра воды, выставляется температура от 90 до 100°С. В течение 30 минут остатки еды размягчаются под воздействием горячего пара.

В некоторых моделях духовых шкафов предусмотрена программа гидролизной очисткой. Кнопку для включения функции можно найти на панели управления. Производители отмечают ее по-разному, поэтому стоит заглянуть в инструкцию и найти нужный значок. Если в вашей духовке отсутствует программа гидролиза, процедуру можно провести самостоятельно, установив рекомендованную температуру и включив нагрев снизу.

После окончания очистки загрязнения можно без труда удалить с помощью мягкой ткани и без применения специальных средств. Однако очистка паром не помогает при уборке давно застывшего слоя жира.

Такие системы еще называют Aqualytic. Ими оборудованы многие модели на отечественном рынке. Гидролизный способ более экономный в сравнении с другими режимами: потребление электроэнергии и цена духовых шкафов не так высоки, как в случае с пиролизом или катализом.


Плюсы и минусы

Если вы не хотите отчищать вручную дверцу, покупайте духовку с пиролизом — это самый действенный метод избавления от жира. Однако и самый дорогой.

Менее затратным будет катализ. Такая система не нуждается в надзоре пользователя, зато требует дополнительного ухода: отмывать дверку и дно духового шкафа придется самостоятельно.

Паровой режим — самый недорогой. Он работает при относительно низкой температуре. Добиться хорошего результата в этом случае получится, если использовать метод сразу после приготовления. Главное, не дать жиру засохнуть, тогда пары размягчат загрязнения, и вы без труда уберете их тряпочкой.

 

Пиролиз

Катализ

Обработка паром

Уровень затрат на покупку и энергопотребление

Высокий

Средний

Низкий

Нужно ли включать функцию отдельно

+

+

Нужно ли убирать вручную после работы системы

+

+

+

Как часто надо использовать

Не реже, чем через каждые 2 раза после приготовления мяса

Работает постоянно при температуре от 150С

После готовки

Повышается ли температура в комнате

+

 

Производители духовых шкафов экспериментируют с разными способами очистки. Так, в каталоге Hansa можно найти все три варианта: пиролитическую и каталитическую очистку, а также систему Aqualytic. Выбор зависит от привычек покупателя.

Каталитический обогреватель — газовый, бензиновый и инфракрасный

Обогреватель каталитический

Содержание:

Сегодня каждый знаком стой ситуацией, когда холода наступают внезапно и человек просто к ним оказывается не готов. Актуальным данный вопрос остается для всех – и для жителей частных домовладений, и для жителей многоэтажных домов.

В первом случае, как правило, человек просто не успел достроить дом и собирается зимовать в одной или двух обустроенных комнатах, а во втором, коммунальные службы не спешат подавать отопление в дома, в этот период у них обычно еще кипит работа по ремонту отопительных систем.

Во всех этих случаях, а так же в ряде других подходящим вариантом станет временный обогрев жилища. Альтернативным источником подачи тепла в подобных ситуациях выступит каталитический обогреватель.

Каталитический обогреватель – это устройство, принцип работы которого подразумевает на поверхности определенного специального катализатора окисление воздуха топлива кислородом.

Охарактеризовать процесс работы системы можно, как горение без пламени и лишнего шума. В быту их чаще называют воздухонагревателями.

Внимание: При каталитическом сжигании топлива в сравнении с обычным пламенным горением, наблюдается наиболее высокая тепловая отдача. Кроме того данные устройства позволяют получать тепло экологически чисто и безопасно для здоровья.

Все качественные и надежные источники временного отопления вне зависимости от вида топлива, которое они используют, наделены одним важным достоинством: Они работают долгий период времени без специального обслуживания. Все это говорит об их высокой пажаро- и взрыво- безопасности.

Газовый каталитическей обогреватель

Газовый — внешний вид.

Современный прибор предназначен для применения в быту может полноценно обогреть своей мощностью:

  • загородный коттедж;
  • дачу;
  • небольшую мастерскую;
  • склады;
  • гараж;
  • любой строительный объект и мн. др.

Топливом в газовом каталитическом обогревателе выступает газ пропан-бутан исключительно в сжиженном виде. Нагревательным элементом здесь служит каталитическая панель. Изготавливается она в большинстве случаев из стекловолокна, содержащего в себе платиновый порошок.

Будьте внимательны при выборе! На современном рынке представлены новейшие модели катализаторов глубокого окисления, которые не содержат в своем составе металлы платиновой группы.

Процесс горения газа благодаря катализатору, происходит достаточно эффективно и при этом в помещение насыщенно абсолютно чистым воздухом. Модели подобных обогревателей сегодня представлены на рынке в различной конфигурации, включая и такие, которые дают возможность применять дополнительно ТЭН или электрический тепловентилятор.

При использовании данных устройств достигается максимальная мощность самого газового обогревателя, она может подняться до уровня в 4,9 кВт.

Бензиновый каталитический обогреватель

Бензиновый — общий внешний вид

Бензиновый тип работает на основе попадающих из резервуара паров бензина.

Топливо заливается в этот самый резервуар, после чего идет в каталитический патрон. В нем происходит полное окисление паров бензина кислородом воздуха, то есть они на горячей поверхности катализатора сгорают без огня.

Специальные вентиляционные отверстия здесь используются для вывода, появляющихся в процессе обработки продуктов окисления. Через них же одновременно с выводом продуктов окисления к поверхности катализатора поступает воздух, который содержит кислород.

Катализатор обычно выполнен в виде сетки, которая располагается внутри сетчатого патрона, выполненного из стали, и служит фитилем. В отдельных моделях катализатор сделан из платины, а поэтому он является главной составляющей самого прибора.

Самым оптимальным вариантом среди каталитических обогревателей, применяемых  в быту, будет  каталитическая грелка. О ней прекрасно известно всем любителям активного образа жизни и, главным образом, любителям палаточного отдыха и многодневных путешествий.

Полезно знать: Топливом для обогревателей данного типа может быть исключительно тот бензин, который имеет самую высокую степень очистки.

Инфракрасный каталитический обогреватель

Инфракрасный — общий внешний вид прибора

Многие слышали, как профессионалы в своей среде используют серьезный термин газовый каталитический инфракрасный обогреватель.

На самом деле здесь речь идет о самом обыкновенном инфракрасном газовом обогревателе, в состав которого входят керамические тепловые панели, работающие по принципу солнца.

Если говорить более просто, такой прибор нагревает не сам воздух, а те предметы, которые находятся поблизости его, а уже они в свою очередь отдают тепло на обогрев самого помещения.

В основном инфракрасные газовые обогреватели используются в качестве дополнительной отопительной системы в помещении. Однако иногда их используют и, как основной отопительный элемент.

Данное устройство целесообразно использовать на больших площадях, где общая квадратура превышает 20 метров.

Внимание: Не применяйте ГИО для обогрева помещения, площадь которого меньше 10 метров квадратных, например гаража или небольшой мастерской, это может быть небезопасно.

Каталитические преобразователи вторичного рынка | Калифорнийский совет по воздушным ресурсам

Каталитические нейтрализаторы

для вторичного рынка должны быть освобождены от действия законов Калифорнии о несанкционированном доступе, чтобы их можно было законно продавать и устанавливать в штате. Если послепродажный каталитический нейтрализатор доказывает свою долговечность и соответствует требованиям по контролю за выбросами транспортных средств, ему предоставляется исполнительный указ (EO), разрешающий его установку на определенных транспортных средствах с регулируемыми выбросами. Чтобы определить правильный номер детали каталитического нейтрализатора для вашего автомобиля, вам потребуются его марка, модель, год выпуска, объем двигателя и обозначение испытательной группы / семейства двигателей.


Вебинар-семинар (24.08.16): обсудить предлагаемые поправки к процедурам оценки новых каталитических преобразователей вторичного рынка, включающие стандарты LEV III и процедуры испытаний


Информация о новых правилах для каталитических преобразователей вторичного рынка

CARB утвержден пересмотрен правила и процедуры оценки в октябре 2007 года для утверждения новых послепродажных каталитических нейтрализаторов, продаваемых в Калифорнии. Требования распространяются на все новые преобразователи вторичного рынка, произведенные для продажи или проданные в Калифорнии после 1 января 2009 года.Эти требования также прекращают действие положений, разрешающих продажу сертифицированных бывших в употреблении каталитических нейтрализаторов начиная с 10 июля 2008 г. Это означает, что после этой даты нельзя официально рекламировать использованные преобразователи для продажи, продажи или установки в Калифорнии.

Ссылки ниже предоставляют дополнительную информацию для производителей послепродажных каталитических нейтрализаторов:

Ссылки ниже предоставляют дополнительную информацию для розничных продавцов, установщиков и потребителей послепродажных каталитических нейтрализаторов:


Материалы по требованиям к установке новых каталитических нейтрализаторов на вторичном рынке, ранее предоставленные установщикам / дистрибьюторы на открытых собраниях:


Официальные нормативные документы на 25 октября 2007 г.

, слушания

Документы, относящиеся к принятию Советом директоров новых требований к замене каталитических нейтрализаторов, включают, помимо прочего, уведомление об общественных слушаниях, отчет персонала , и правила.

Катализ в промышленности

Катализаторы — это вещества, которые ускоряют реакции, обеспечивая альтернативный путь разрыва и образования связей. Ключом к этому альтернативному пути является более низкая энергия активации, чем та, которая требуется для некаталитической реакции.

Катализаторы часто специфичны для одной конкретной реакции, особенно для ферментов, которые катализируют биологические реакции, например, при ферментации углеводов для производства биотоплива.

Промышленные компании и исследовательские лаборатории университетов проводят много фундаментальных и прикладных исследований, чтобы выяснить, как работают катализаторы, и повысить их эффективность. Если каталитическую активность можно улучшить, можно будет снизить температуру и / или давление, при которых работает процесс, и, таким образом, сэкономить топливо, что является одной из основных затрат в крупномасштабном химическом процессе. Кроме того, можно уменьшить количество реагентов, которые тратятся впустую с образованием нежелательных побочных продуктов.

Если катализатор находится в той же фазе, что и реагенты, его называют гомогенным катализатором . С другой стороны, гетерогенный катализатор находится в фазе, отличной от фазы реагентов и продуктов, и его часто предпочитают в промышленности, поскольку он легко отделяется от продуктов, хотя он часто менее специфичен и позволяет протекать побочным реакциям.

Гетерогенный катализ

Наиболее распространенные примеры гетерогенного катализа в промышленности включают реакции газов, проходящих по поверхности твердого тела, часто металла, оксида металла или цеолита (Таблица 1).

Таблица 1 Примеры промышленных процессов с использованием гетерогенного катализа.

Молекулы газа взаимодействуют с атомами или ионами на поверхности твердого тела. Первый процесс обычно включает образование очень слабых межмолекулярных связей, процесс, известный как физисорбция, с последующим образованием химических связей, процесс, известный как хемосорбция.

Физисорбцию можно сравнить с физическим процессом, например с разжижением. Действительно, изменения энтальпии, которые происходят при физической адсорбции, составляют примерно от -20 до -50 кДж моль -1 , аналогично изменениям энтальпии, когда газ конденсируется с образованием жидкости.Энтальпии хемосорбции аналогичны значениям, найденным для энтальпий реакции. У них очень широкий диапазон, как и у некаталитических химических реакций.

Примером ступенчатых процессов, которые происходят при гетерогенном катализе, является окисление монооксида углерода до диоксида углерода над палладием. Это очень важный процесс в повседневной жизни. Автомобили оснащены каталитическими нейтрализаторами. Они состоят из металлического корпуса, в котором два металла, палладий и родий, очень тонко диспергированы на поверхности керамической основы, напоминающей соты из отверстий.Преобразователь размещается между двигателем и выходом выхлопной трубы.

Выхлопные газы содержат монооксид углерода и несгоревшие углеводороды, которые реагируют с избыточным кислородом с образованием диоксида углерода и водяного пара, причем реакция катализируется в основном палладием:

Выхлопные газы также содержат оксид азота (II) (оксид азота, NO), который удаляется реакциями, катализируемыми главным образом родием:

Принятый механизм окисления окиси углерода до двуокиси углерода включает хемосорбцию как молекул окиси углерода, так и молекул кислорода на поверхности металлов. Молекулы адсорбированного кислорода диссоциируют на отдельные атомы кислорода. Каждый из этих атомов кислорода может объединяться с хемосорбированной молекулой монооксида углерода с образованием молекулы диоксида углерода. Затем молекулы диоксида углерода десорбируются с поверхности катализатора. Представление этих шагов показано на рисунке 1.

Рис. 1 Механизм окисления окиси углерода.

Каждая из этих стадий имеет гораздо более низкую энергию активации, чем гомогенная реакция между монооксидом углерода и кислородом.

Удаление монооксида углерода, несгоревших углеводородов и оксида азота (II) из выхлопных газов автомобилей и грузовиков очень важно, поскольку эта смесь приводит к фотохимическому смогу, который усугубляет респираторные заболевания, такие как астма.

Платина, палладий и родий используются, но это очень дорогие металлы, и каждый из них действительно дороже золота. В последнее время много работы было посвящено созданию катализаторов с очень маленькими частицами металлов, что является примером достижений нанотехнологий.

Это не просто способность поверхности гетерогенного катализатора взаимодействовать с молекулами реагента, хемосорбция, что делает его хорошим катализатором. Если адсорбция является слишком экзотермической, т.е. энтальпия хемосорбции слишком высока, дальнейшая реакция, вероятно, будет слишком эндотермической, чтобы протекать. Энтальпия хемосорбции должна быть достаточно экзотермической, чтобы происходила хемосорбция, но не настолько высокой, чтобы не допустить протекания дальнейшей реакции. Например, при окислении монооксида углерода молибден на первый взгляд может быть предпочтительным выбором, поскольку кислород легко хемосорбируется металлом.Однако образующиеся атомы кислорода не вступают в дальнейшую реакцию, поскольку они слишком сильно адсорбируются на поверхности. Платина и палладий, с другой стороны, имеют более низкие энтальпии хемосорбции с кислородом, и тогда атомы кислорода могут далее реагировать с адсорбированным монооксидом углерода.

Еще один момент, который следует учитывать при выборе катализатора, заключается в том, что продукт не должен иметь возможность слишком сильно адсорбироваться на его поверхности. Двуокись углерода не адсорбируется на платине и палладии, поэтому быстро десорбируется в газовую фазу.

Свидетельством важности катализа сегодня является присуждение Нобелевской премии по химии в 2007 году Герхарду Эртлю за его работу по выяснению, среди других процессов, механизма синтеза аммиака (процесс Габера):

Эртль получил важные доказательства того, как железо катализирует диссоциацию молекул азота и молекул водорода, приводящую к образованию аммиака.
(Рисунок 2):

Рисунок 2 Механизм каталитического синтеза аммиака.

На рис. 3 показано, как барьеры энергии активации намного ниже, чем расчетный барьер энергии активации (который должен составлять не менее 200 кДж / моль) для некаталитического синтеза аммиака.


Рис. 3 Энергетические барьеры активации реакций, протекающих при каталитическом синтезе аммиака.

Общие требования к гетерогенному катализатору

Чтобы быть успешным, катализатор должен позволять реакции протекать с подходящей скоростью в условиях, которые являются экономически желательными, при как можно более низких температуре и давлении. Он также должен быть длительным. Некоторые реакции приводят к появлению нежелательных побочных продуктов. Например, при крекинге газойля образуется углерод, который откладывается на поверхности катализатора, цеолита, и приводит к быстрому ухудшению его эффективности. Многие катализаторы склонны к отравлению, которое происходит, когда примесь прикрепляется к поверхности катализатора и препятствует адсорбции реагентов. Незначительные следы такого вещества могут испортить процесс. Одним из примеров является диоксид серы, который отравляет поверхность платины и палладия.Таким образом, все следы соединений серы должны быть удалены из бензина, используемого в автомобилях с каталитическими нейтрализаторами.

Кроме того, твердые катализаторы намного более эффективны, если они тонко измельчены, поскольку это увеличивает площадь поверхности.

Рисунки 4 и 5 Два способа увеличения площади поверхности катализатора.

На рисунке 4 платино-родиевый сплав (используемый при производстве азотной кислоты) имеет форму очень тонкой проволоки, из которой соткана сетка.
С любезного разрешения Джонсон Матти.
На рисунке 5 оксид ванадия (V) (используемый при производстве серной кислоты) был получен в форме ромашки.
С любезного разрешения Haldor Topsøe A / S.


При высоких температурах частицы мелкодисперсного катализатора имеют тенденцию сливаться вместе, и порошок может «спекаться», процесс, известный как спекание . Это снижает активность катализатора, и необходимо принять меры, чтобы этого избежать.Один из способов — добавить другое вещество, известное как промотор . Когда железо используется в качестве катализатора в процессе Габера, добавляется оксид алюминия, который действует как барьер для плавления металлических частиц. Добавляется второй промотор, оксид калия, который, по-видимому, вызывает более легкую хемосорбцию атомов азота, тем самым ускоряя самую медленную стадию в схеме реакции.

Рис. 6 Платино-родиевая сетка используется в качестве катализатора в реакции между аммиаком и метаном для получения цианистого водорода, промежуточного продукта при производстве метил 2-метилпропеноата.Сетка работает при температуре 1270 К и поэтому светится. Фотография сделана через смотровое стекло, расположенное на реакторе.

Оксид алюминия, диоксид кремния, алюмосиликаты и цеолиты

Одной из наиболее важных реакций, в которых оксид алюминия , Al 2 O 3 , (часто называемый оксидом алюминия) принимает участие в промышленной реакции, является платформинг, в котором нафта реформируется над оксидом алюминия, пропитанным платиной. или рений.И оксид, и металлы играют каталитическую роль, что является примером бифункционального катализа. На поверхности оксида алюминия имеются гидроксильные группы, которые, по сути, являются отрицательно заряженными центрами, к которым присоединен ион водорода, который может действовать как кислотный катализатор.

Диоксид кремния (диоксид кремния) — другой кислотный оксид, используемый в промышленности. Он становится особенно активным, если покрыт кислотой (например, фосфорной кислотой), тем самым увеличивая количество активных кислотных центров.Например, производство этанола достигается путем гидратации этена с использованием диоксида кремния, покрытого фосфорной кислотой:


Механизм включает образование карбокатиона (рисунок 7):

Рис. 7 Механизм гидратации этена в этанол.


Алюмосиликаты также используются в качестве катализаторов, когда требуется кислотный центр. Они сделаны из диоксида кремния (кремнезема) и оксида алюминия. Они содержат силикат-ионы SiO 4 4-, которые имеют тетраэдрическую структуру, которая может быть связана вместе несколькими способами.Когда некоторые из атомов Si заменяются атомами Al, в результате получается алюмосиликат. Ионы водорода снова связаны с атомами алюминия:

Цеолитные катализаторы

Особый класс алюмосиликатов, вызвавший огромный интерес в последние годы, — это цеолиты. Существует много разных цеолитов из-за различного расположения атомов. Их структура из силикатных и алюминатных ионов может иметь большие свободные пространства в трехмерных структурах, которые дают место для катионов, таких как натрий и кальций, и молекул, таких как вода.Пространства связаны между собой и образуют длинные каналы и поры, которые имеют разный размер в разных цеолитах.

Рисунок 8 Структура цеолита (пример рисунка)


Цеолит, который обычно используется во многих каталитических реакциях, представляет собой ZSM-5, который получают из алюмината натрия (раствор оксида алюминия в водном гидроксиде натрия) и коллоидного раствора диоксида кремния, гидроксида натрия, серной кислоты и бромида тетрапропиламмония.

Это, например, очень эффективный катализатор для превращения метилбензола (толуола) в три диметилбензола (ксилолы).Увы, полученная смесь содержит только около 25% 1,4-диметилбензола (п-ксилола), изомера, необходимого для производства сложных полиэфиров, а остальные 1,2- (о-ксилола) и 1,3-диметилбензолов ( м-ксилол), не требуется в таких больших количествах.


Однако, если цеолит промыть фосфорной кислотой и сильно нагреть, мельчайшие частицы оксида фосфора (V) откладываются на поверхности, делая поры немного меньше. Это ограничивает диффузию 1,2- и 1,3-изомеров, и они удерживаются в порах до тех пор, пока не превратятся в 1,4-изомер и не смогут выйти (рис. 9).

Эта замечательная селективность позволяет увеличить выход 1,4-изомера с 25% до 97%.

Рис. 9 Цеолит, действующий как молекулярное сито и катализатор во время образования 1,4-диметилбензола из метилбензола.

Способность цеолита адсорбировать одни молекулы и отклонять другие дает ему способность действовать как молекулярное сито. Например, при производстве этанола из этена или из биомассы получают водный раствор этанола, в котором 4% воды все еще присутствует даже после повторных дистилляций.Дальнейшая очистка этанола требует использования цеолита, который предпочтительно поглощает воду. В таблице 2 приведены примеры промышленных процессов с использованием цеолитов.

Таблица 2 Примеры промышленных процессов с использованием цеолитов.

Катализаторы бифункциональные

Бифункциональные катализаторы способны, как следует из названия, катализировать превращение одного соединения в другое, используя два вещества на поверхности.

Например, при риформинге нафты (смеси алканов с прямой цепью с 6-10 атомами углерода) используется бифункциональный катализатор.Самый известный из них — это пропитка платиной поверхности оксида алюминия, и в этом процессе и металл, и оксид играют свою роль. Как можно видеть (рис. 10), первым этапом является дегидрирование алканов до алкенов, катализируемое металлом, за которым в конечном итоге следует адсорбция молекул алкена на оксиде алюминия. Поскольку задействована платина, реформинг иногда называют платформой . Водород обеспечивает последующую реакцию образующихся алкенов и циклоалкенов с водородом с образованием насыщенных соединений.

В этом примере бутан дегидрируется до бутена.

Рис. 10 Механизм преобразования бутана в 2-метилпропен (изобутен).

Разветвленная молекула алкена десорбируется в газовую фазу до тех пор, пока она не реадсорбируется на участке металла, где она гидрируется с образованием разветвленного алкана, 2-метилпропана (изобутана), который затем десорбируется в газовую фазу.

В промышленном процессе пары нафты проходят над платиной и рением ( ок. 0.По 3%), которые тонко диспергированы над оксидом алюминия.

Считается, что рений играет интересную роль. Если соединение серы может проходить по поверхности катализатора, оно предпочтительно адсорбируется рением. Если соединения серы не удаляются, происходят реакции, приводящие в конечном итоге к образованию углерода, который вызывает заметное снижение активности катализатора.

Алканы с разветвленной цепью имеют гораздо более высокое октановое число, чем алканы с прямой цепью. Теперь не только алканы разветвляются, но также образуются циклоалканы и из них ароматические углеводороды.Все три класса углеводородов имеют более высокое октановое число, чем нафта. Помимо оксида алюминия и диоксида кремния, другие оксиды являются важными катализаторами. Например, в контактном процессе, используемом для производства серной кислоты, катализатором окисления диоксида серы до триоксида серы является оксид ванадия (V) на поверхности диоксида кремния:


Сульфат калия добавлен в качестве промотора. Его механизм действия не совсем ясен, но, похоже, это связано с тем, что его присутствие снижает температуру плавления катализатора и позволяет ему растекаться в виде очень тонкого слоя по всей поверхности.

Несколько важных промышленных процессов катализируются смешанными оксидами металлов. Поверхности содержат два или более различных атома металла, ионы O 2- и группы -ОН. Они особенно полезны при окислении углеводородов, где требуется избирательное окисление. Например, пропен можно окислить до пропеналя (акролеина), используя смесь оксидов висмута (III) и молибдена (VI).

Без катализатора пропен окисляется до большого количества органических соединений, включая метаналь и этаналь, и в конечном итоге образует диоксид углерода.Атомы кислорода на поверхности оксида молидена (VI) не очень реакционноспособны, избирательно реагируя с пропеном и разрывая самую слабую связь в алкене с образованием аллильного радикала:

Рисунок 11 Окисление пропена

Аллильный радикал затем окисляется на поверхности с образованием пропеналя. Предполагается, что аллильный радикал окисляется атомом кислорода, который адсорбируется на участке молибдена. Другой атом кислорода, адсорбированный на участке висмута, затем переносится на участок восстановленного молибдена, чтобы заменить этот кислород.Для завершения цикла существует компенсирующий перенос электронов.

Этот же катализатор используется также для производства пропенонитрила:

Гомогенный катализ

Гомогенные катализаторы реже используются в промышленности, чем гетерогенные катализаторы, поскольку по завершении реакции их необходимо отделить от продуктов, что может быть очень дорогостоящим.

Таблица 3 Примеры промышленных процессов с использованием гомогенного катализа.

Однако есть несколько важных промышленных процессов, которые катализируются гомогенно, часто с использованием кислоты или основания (таблица 3).

Одним из примеров является производство этан-1,2-диола из эпоксиэтана, где катализатор представляет собой следы кислоты:

Рис. 12 Механизм образования этан-1,2-диола из эпоксиэтана.

В механизме этой реакции ион водорода добавляется в начале и теряется в конце. Ион водорода действует как катализатор.

Два других примера относятся к производству 2,2,4-триметилпентана из 2-метилпропена, опять же с использованием кислоты в качестве катализатора. Один использует 2-метилпропан (таблица 3), который непосредственно дает алкан. Другой использует только 2-метилпропен.

Механизм реакции также включает добавление иона водорода к реагенту (рис. 13).

Рис. 13 Часть механизма образования 2,4,4-триметил-2-пентена из 2-метилпропена.

Затем алкен гидрируют с использованием никеля в качестве катализатора до 2,2,4-триметилпентана (изооктана):


2,2,4-триметилпентан часто добавляют в бензин, чтобы улучшить его антидетонационные свойства, теперь, когда прекращается использование метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ).

Катализаторы реакций полимеризации

Катализаторы Циглера-Натта

Катализаторы Циглера-Натта — это металлоорганические соединения, которые действуют как катализаторы при производстве поли (этена) и поли (пропена).За свою работу по производству полиалкенов Карл Цигелер и Джулано Натта были удостоены Нобелевской премии по химии в 1965 году. Катализаторы готовятся из соединений титана с триалкилом алюминия, который действует как промотор:

Используемые алкильные группы включают этил, гексил и октил.

Роль титанового катализатора можно представить, как показано на рисунке 14.

Алкеновый мономер, например этен или пропен, присоединяется к пустому координационному сайту на атоме титана, и эта молекула алкена затем вставляется в углерод-титановую связь, чтобы удлинить алкильную цепь.Затем этот процесс продолжается, образуя линейный полимер, поли (этен) или поли (пропен).

Полимер осаждается, когда катализатор разрушается при добавлении воды. Поскольку он является линейным, молекулы полимера могут плотно упаковываться вместе, что придает полимеру более высокую температуру плавления и плотность, чем у поли (этена), полученного радикальным инициированием.

Рисунок 14, иллюстрирующий роль катализатора Циглера-Натта.

Катализаторы Циглера-Натта не только позволяют получать линейные полимеры, но также могут обеспечивать стереохимический контроль.Пропен, например, может полимеризоваться, даже будучи линейным, тремя способами с образованием атактического, изотактического или синдиотактического поли (пропена).

Однако этот катализатор позволяет вводить пропен только одним способом и получать изотактический полипропилен.

Еще больший контроль полимеризации достигается при использовании нового класса катализаторов — металлоценов.

Радикальная полимеризация

Многие полимеры производятся с использованием радикальных инициаторов, которые действуют как катализаторы (Таблица 4).Например, полимеризация хлорэтилена начинается с его нагревания небольшими следами пероксида (R-O-O-R):

Рис. 15 Механизм свободнорадикальной полимеризации хлорэтилена в поли (хлорэтен).

В случае этена при использовании свободнорадикального процесса полученный полимер имеет более низкую плотность и более низкую температуру размягчения, чем поли (этен), полученный с использованием катализатора Циглера-Натта или оксида металла. Поли (этен) низкой плотности, LDPE, имеет боковые цепи, потому что радикалы реагируют не только с молекулами этена путем присоединения, но также и с молекулами полимера посредством процесса, известного как отвод водорода.Полимерный радикал также может отщеплять атом водорода от собственной цепи:

Обе эти реакции приводят к появлению боковых цепей, так что молекулы полимера не могут упаковать друг друга обычным образом. Таким образом, полимер имеет более низкую температуру плавления и более низкую плотность.

Таблица 4 Примеры полимеров, полученных с использованием свободнорадикальной полимеризации

Ждем вперед

Поиск катализаторов по-прежнему будет одним из важнейших приоритетов для химической промышленности, поскольку она стремится проводить процессы при как можно более низкой температуре и давлении, близком к атмосферному, соизмеримому с разумной скоростью реакции.

Выгоды от улучшения катализаторов являются как финансовыми, так и экологическими, что приводит к снижению затрат на топливо, например, при производстве метанола, и сокращении вредных отходящих газов, например, при производстве этановой кислоты. Аналогичным образом бензол и пропен превращаются в кумол при производстве фенола с использованием цеолитного катализатора вместо хлорида алюминия. Это означает, что используются более низкие температуры и давления, а производимые сточные воды намного чище.

Кроме того, ищутся катализаторы, которые будут отдавать предпочтение одной конкретной реакции по сравнению с другой, что снова делает процесс намного более экономичным.Есть преимущества, если можно использовать катализатор, а не другое химическое вещество, которое принимает стехиометрическое участие в реакции и не может быть восстановлено и повторно использовано. Например, хлорид алюминия в течение многих лет использовался для осуществления реакции между бензолом и длинноцепочечным алкеном при производстве алкилбензолсульфонатов, активного поверхностно-активного вещества во многих моющих средствах. Хлорид алюминия нельзя было переработать, и он превратился в отходы в виде гидроксида и оксида алюминия. Теперь используется твердый цеолитный катализатор с кислотными группами, который можно использовать снова и снова без отходов.

Другой аналогичный пример — производство одного из наиболее важных полимеров, используемых для изготовления тканей, полиамида 6 (иногда известного как нейлон 6). В этом процессе циклогексанон превращается в капролактам через оксим (образуемый реакцией кетона с гидросульфатом гидроксиламина). Оксим изомеризуется серной кислотой до капролактама, а сульфат аммония образуется как побочный продукт. Однако теперь снова используется цеолитный катализатор с кислотными центрами для осуществления перегруппировки.Цеолит регенерируется и позволяет избежать использования и последующих отходов серной кислоты.

Дата последнего изменения: 10 мая 2013 г.

Преимущества и недостатки каталитических печей сгорания | Домашние гиды

Эмили Бич Обновлено 1 декабря 2021 г.

Старомодные дровяные печи обеспечивают много тепла, но также вносят в воздух опасные твердые частицы и другие химические вещества, которые угрожают качеству воздуха и окружающей среде. В современных печах используются специальные технологии, позволяющие сжигать большой процент дыма и отходящих газов, что делает их не только более эффективными, но и более экологичными.Каталитические и некаталитические печи различаются тем, как они обрабатывают эти отходящие газы, чтобы предотвратить их выход из печи.

Как работают каталитические печи

Каталитические печи содержат катализатор, аналогичный тем, которые используются для борьбы со смогом в автомобиле. Катализатор представляет собой керамические соты, покрытые платиной или другим металлом. Когда дым проходит через отверстия в катализаторе, он снижает температуру сгорания дыма с 1100 градусов по Фаренгейту до 500-550 градусов по Фаренгейту.Это заставляет дым выгорать, что приводит к еще большему повышению температуры катализатора, заявляет Агентство по охране окружающей среды США. В конце концов, сам катализатор излучает тепло, уменьшая или устраняя необходимость в пламени внутри печи для производства тепла.

Некаталитическая функция печи

Некаталитическая печь не содержит катализатора, но все же может сжигать отработанные газы, чтобы помочь очистить воздух. Они полагаются на большую перегородку, чтобы удлинить путь потока газа, что естественным образом увеличивает температуру дыма, чтобы помочь ему воспламениться.Эти печи также нагнетают в печь предварительно нагретый воздух, чтобы дым зажечь быстрее, чем он мог бы гореть в противном случае. Многие из них имеют толстые слои изоляции, позволяющие поддерживать высокую температуру внутри печи, что дополнительно помогает сжигать отходящие газы.

Каталитические плюсы и минусы

Каталитические печи в среднем обладают большей эффективностью, чем некаталитические печи. Агентство по охране окружающей среды США дает каталитическим плитам рейтинг эффективности по умолчанию 72 процента по сравнению с 63 процентами для некаталитических плит.Эта дополнительная эффективность обусловлена ​​тем фактом, что сам катализатор во время работы нагревается настолько, что вы можете наслаждаться теплом практически без пламени. Это уменьшает количество необходимой древесины, увеличивает время горения и уменьшает скопление креозота.

Основным недостатком этой технологии является то, что каталитические печи сложнее в эксплуатации и требуют больших знаний и опыта. По данным Kompareit, без надлежащей работы вы не только потеряете эффективность, но и вызовете накопление и засорение катализаторов, а это значит, что вам придется заменить его раньше, что будет стоить от 200 до 300 долларов в 2021 году.com.

Традиционные печи: плюсы и минусы

Традиционные дровяные печи, в которых не используются катализаторы, как правило, проще в эксплуатации и не требуют, чтобы вы контролировали температуру или закрывали перегородку в нужное время, как с каталитической плитой. Они также более распространены, а это значит, что вы, вероятно, найдете больше вариантов и моделей на выбор. Самый большой недостаток традиционных дровяных печей заключается в том, что они не могут поддерживать огонь так же долго, как каталитическая печь, а это означает меньшее удобство, снижение эффективности, больше древесины для резки или покупки и больший потенциал для накопления креозота.

Одноатомный каталитический рост кристаллов с использованием графена в качестве примера

Потенциал каталитической роли отдельных атомов металла в росте кристаллического углерода sp 2 был теоретически предсказан для графена 30 и для однослойных углеродных нанотрубок 31 . Как упоминалось во введении, были раскрыты потенциал и актуальность SAC для роста 2D-кристаллов. В частности, если учесть важность торцевых заделок для свойств 2D-материалов и даже систем устройств, основанных на одном или нескольких атомах, таких как одноатомные транзисторы 32,33 , молекулярная электроника 34 и, следовательно, квантовая электроника и логика в атомном масштабе 35 .Если мы рассмотрим случай графена, изготовление граничных выводов с атомарным контролем, мы могли бы построить целые интегральные электрические схемы. Точно так же, если мы сможем контролировать рост отдельных атомов и контролировать хиральность однослойных углеродных нанотрубок, мы могли бы также построить целые интегральные электронные схемы из углеродных нанотрубок (см. Рис. 2). Такие технологические разработки будут новаторскими и подчеркнут важность использования SAC для роста кристаллов и, в частности, углеродных наноматериалов sp 2 .

Рис. 2: Схема интегральных электронных схем из графеновых лент и одностенных углеродных нанотрубок.

Схема и схема из определенных графеновых лент (на основе ref. 53 ). b Схема, показывающая контролируемый рост однослойной углеродной нанотрубки из SAC (слева), ведущего интегрального компонента схемы однослойных углеродных нанотрубок (справа).

Однако только в последние несколько лет начали появляться экспериментальные доказательства роста графена из одного атома металла.Это связано с тем, что для понимания путей реакции требуется как высокое пространственное, так и временное разрешение. К настоящему времени два метода микроскопии продемонстрировали свой потенциал для получения прямой наблюдательной информации в атомном масштабе. Это просвечивающий электронный микроскоп и сканирующий туннельный микроскоп для автономного выращивания графена и исследования роста графена на опоре соответственно. Здесь мы начнем со случая поддерживаемого роста.

Рост графена на подложке

Shu et al. 36 провели всестороннее исследование стабильности нескольких краевых конфигураций графена на Cu (111) и других металлических поверхностях в условиях роста методом химического осаждения из паровой фазы (CVD) с использованием расчетов теории функционала плотности (DFT). В ходе работы было обнаружено, что прекращение краев кресла (AC) отдельными атомами Cu было энергетически предпочтительным по сравнению с краями зигзага (ZZ), которые имеют тенденцию сохранять свою изначальную структуру. Более того, исследование показало, что пассивация атомами Cu краевых узлов AC на графене значительно снижает барьер встраивания атомов углерода в растущий край графена с 2.От 5 до 0,8 эВ. Это приводит к очень быстрому росту на AC-границе графена. Как следствие, авторы заявляют, что на основе классической теории роста кристаллов ZZ-край должен быть доминирующим краем растущих краев графена в соответствии с широкими экспериментальными наблюдениями 36 . В другой работе та же группа исследователей изучала роль адатомов Ni на краях графена (по сравнению с Cu) с помощью вычислений методом DFT. Исследование показало, что частицы C могут вставляться (добавляться) через отдельные атомы Ni в местах перегиба на краях 37 .Действительно, подвижные адатомы, которые обычно присутствуют на металлических поверхностях при повышенных температурах, участвуют в нескольких химических процессах, происходящих на поверхностях и на границе твердое тело-жидкость 38,39 .

В подробном исследовании характеристик эпитаксиального роста графена на Ni (111) с помощью высокоскоростного СТМ исследователи наблюдали одиночные атомы Ni в местах перегиба на краях графена при повышенных температурах 40 . Разрешение по времени было порядка миллисекунд. Краевые окончания эпитаксиального графена были идентифицированы как зигзагообразные (zz) и клиновые (k) края.Для обоих краев наблюдались места перегиба (где есть разрывы на последних двух С-рядах) с отдельными атомами Ni. Было показано, что эти места перегиба действуют как центры зародышеобразования для роста графена. Было показано, что рост идет от места перегиба путем упорядоченного завершения двух прерванных углеродных рядов при перемещении перегиба вперед. Данные наблюдений показали, что подвижные адатомы Ni диффундируют по краям, и что эти одиночные атомы Ni в местах перегиба непосредственно участвуют в процессе роста.Это согласуется с вышеупомянутым теоретическим исследованием, которое согласуется с вышеупомянутыми исследованиями DFT 37 . Кроме того, экспериментальная группа также провела молекулярно-динамические (МД) исследования. МД-исследования при температуре 710 K показали, что адатомы Ni беспорядочно перемещаются по голой металлической поверхности, пока не достигнут края графена. Оказавшись на краю графена, атомы Ni диффундируют параллельно краю и показывают значительно более длительное время пребывания при встрече с местом перегиба.Экспериментально серия изображений СТМ показала, что в большинстве случаев присутствие адатомов сопровождалось присоединением димера C поблизости, что убедительно свидетельствует о каталитической роли одиночного атома Ni. На рисунке 3 показана последовательность, соответствующая k-ребру. Две короткоживущие конфигурации адатома Ni можно идентифицировать в местах перегиба (панели B, C, F и G). Смоделированные изображения постоянной высоты (панели D и H) соответствовали соответствующим данным СТМ. Короче говоря, стабильные конфигурации, наблюдаемые с помощью СТМ, а также теория указывают на то, что отдельные атомы Ni играют каталитическую роль во внедрении C в места перегиба, а именно .рост графена на металлической поверхности 40 .

Рис. 3: Адатомы никеля на краях графена.

Адатом Ni, диффундирующий по поверхности в области, ограниченной z (справа) и k (слева) краями графена с изгибами. Показаны две репрезентативные траектории, полученные с помощью моделирования методом МД с ReaxFF, выполненного при 710 K в течение 100 пс. Цветовая палитра траекторий Ni: от зеленого (исходное положение) до белого (конечное положение). Заключительные шаги выделяются увеличением размера шара. B– I Кратковременные конфигурации адатома Ni на изломах k-края: B и F Высокоскоростные СТМ-изображения из фильма S2 (20) ( V = 20 мВ; I = 7 нА). C и G Отфильтрованные по Лапласу версии изображений из ( B ) и ( F ) с наложенными моделями шара. Изображения D и H с постоянной высотой смоделированы STM на основе расчетной геометрии ( E и I ).Воспроизведено с разрешения Американской ассоциации развития науки 40 .

Хотя синтетически выращенный графен в основном достигается на подложках, приведенные выше работы показывают, что фактический процесс роста сложен и что еще многое предстоит изучить, в частности, что касается роста на подложках, включающих SAC. Единственное явное свидетельство на данный момент — наличие атома Ni, но как можно использовать другие элементарные SAC, можно ли использовать SAC на разных субстратах, какова роль различных аспектов окружающей среды (например,(например, сырье, присутствие водорода, давление и т. д.), можно ли использовать несколько SAC и т. д., это лишь некоторые из критических вопросов, которые необходимо изучить при использовании SAC для выращивания кристаллов на подложке. Одна из самых серьезных проблем при изучении роста кристаллов, обусловленного SAC, по крайней мере, путем прямых наблюдений, — это ограниченный выбор инструментов для определения характеристик. STM зарекомендовал себя, но по-прежнему представляет собой сложный подход. Мы предполагаем, что в будущем электронно-прозрачные ультратонкие подложки могут быть использованы в динамических системах ПЭМ окружающей среды in situ.Исследования на основе ТЕА могут также проложить путь для изучения более широкого набора условий синтеза, чем исследования на основе СТМ.

Автономный рост на краях графена

Теперь обратим наше внимание на случай одиночных атомов металла на краях отдельно стоящего графена. Во всех этих экспериментальных исследованиях ПЭМ использовался для изучения отдельных атомов металла на краю отдельно стоящего графена. В некоторых случаях был предусмотрен дополнительный нагрев, чтобы способствовать каталитической реакции, однако в большинстве случаев для запуска реакции достаточно электронного облучения.Подробные сведения о взаимодействии электронного пучка и образца, которые помогают запустить реакцию, можно найти в ссылке 41 . Углеродное сырье для роста получают из углеводородного загрязнения в колонне ТЕА 42 .

Начнем со случая одиночных атомов железа на краях графена 43 . Атомы железа были получены из FeCl 3 , который использовался в качестве травителя во время переноса графена 44 , выращенного методом CVD. Атомы Fe прикрепляются к краям легче из-за большей энергии связи краев по сравнению с базисной плоскостью графена.Исследователи 43 обнаружили две распространенные конфигурации одного атома Fe, находящегося на границе переменного тока. В первой конфигурации атом Fe включен в пятиатомное кольцо, образующее пятиугольник, в то время как во второй атом Fe включен в пятиатомное кольцо с образованием искаженного пятиугольника (т. Е. Замещая атом C). Однако при облучении электронным пучком атомы Fe диффундируют по краю графена и иногда включают дополнительный углерод.

На рис. 4 показан цикл каталитического присоединения одного атома Fe к двум атомам углерода.На панелях A – D показана типичная транслокация одиночной элементарной ячейки для Fe at. Атомы Fe изменяют структуру пятиугольника и поглощают некоторые атомы углерода. Поглощая атомы углерода, он перемещается вправо (это видно как линия тени на панели C, поскольку движение произошло во время экспонирования изображения). Затем он останавливается в соседнем месте, снова образуя пятиугольник. Модели стержней и шариков показывают различные атомные перестройки процесса на панели E. В то время как панель G показывает соответствующие транслокации, добавлена ​​микрофотография процесса.Во время процесса элементарная ячейка с отдельными атомами Fe смещается вправо на краю ZZ, весь цикл представляет собой единственный цикл каталитического роста графена из атома Fe, включающего два атома C 43 . Внешние атомы углерода возникают из-за загрязнения углеводородами TEM 42 . Также стоит отметить, что при исследованиях in situ ПЭМ атомов Fe на краях графена исследователи также наблюдали каталитическое травление графена, которое будет обсуждаться позже. Аналогичное исследование было проведено для изучения поведения атомов Cr на краях графена 45 .При облучении электронным пучком атомы Cr диффундируют по краю, и после их миграции было обнаружено, что новые атомы углерода встраиваются между начальным и конечным положением атомов Cr. Это привело к образованию новых гексагональных структур, оставляющих ZZ-край.

Рис. 4: Один цикл каталитического роста края графена.

A D Серия изображений ПЭМ высокого разрешения или 4 с; атом Fe выделен красной точкой, тогда как соседние атомы углерода выделены черными точками.Темная линия тени, выделенная красным кружком на ( C ), связана с движением атома Fe во время экспозиции. (Масштаб: 0,5 нм.) E Соответствующие атомные структуры для ( A – D ). F Комбинация ( A – D ), которая показывает след атома Fe во время перемещения одной элементарной клетки. (Масштаб: 0,5 нм.) G Атомная структура для всего процесса роста (добавлены два атома углерода). Воспроизведено с разрешения Национальной академии наук 43 .

На рисунке 5 показан пример этого процесса. Авторы провели статистический анализ количества новых шестиугольников, образующихся на открытом крае графена, и обнаружили, что от одного до шести образовалось в пределах скорости захвата микрофотографии один кадр в секунду. В отличие от атомов Fe на краях графена, для атомов Cr не наблюдалось травления графена. Исследование атома Cr на краю графена также включало MD-исследование, в котором сравнивались атомы Fe и Cr на краю графена. Исследование МД подтвердило, что одиночные атомы Fe и Cr могут каталитически выращивать графен; однако были некоторые отличия.Было показано, что атом Fe намного более динамичен как во временном, так и в пространственном отношении. Эти различия объясняются их энергетической и кинетической стабильностью, и эти аспекты влияют на каталитическую эффективность атомов в том смысле, что эффективный ПАВ должен иметь хороший баланс между стабильностью и миграцией. Стабильность важна для обеспечения центра зародышеобразования, который необходим для привлечения атомов углерода в каталитический процесс. Однако способность атомов к миграции также важна для поддержания активности атома катализатора вдоль края графена и предотвращения отравления.Сравнительное MD-исследование атомов Cr и Fe на краях графена показало, что Cr является более эффективным ПАВ по сравнению с Fe для роста краев графена 45 .

Рис. 5: Каталитический рост графена одиночным атомом Cr на краю графена при облучении электронным пучком.

A C , с частичными моделями стержней и шариков для облегчения просмотра ( D ) — ( F ), имитацией изображения процесса роста G I и полной палкой модели с шаровой головкой J L .Синий шар указывает на Cr, тогда как красные шары и зеленые стрелки обозначают новые атомы углерода. Все шкалы равны 1 нм. Воспроизведено с разрешения Springer 20 .

В другом исследовании исследовалась роль одиночных атомов Cu на краях графена 46 . Они часто наблюдали атомы Cu в пятиугольных структурах на краю графена (аналогично случаю для Fe, описанному выше). При электронном облучении и нагревании (150 o C или 300 o C) они наблюдали рост графена, опосредованный одним атомом Cu.На рисунке 6 показаны примеры роста. На панелях A и B показаны примеры роста до и после. Заштрихованная область на панели B показывает экстенсивный рост после 3 мин облучения. Панели C – G показывают более подробную информацию о фактическом процессе роста. В предыдущем исследовании, проведенном командой, они показали, что замещающие атомы Cu могут способствовать вращению связей C – C в графене 47 . Такие вращения C – C могут преобразовывать пары пятиугольник-семиугольник в шестиугольники, что они наблюдали в атомах Cu при исследовании края графена (панели C и D), что запускало дальнейшие вращения, как показано на панели E.Панели F и G представляют еще один пример перемещения атома Cu по другой краевой системе и включения новых атомов C при этом, дополнительно подтверждая каталитический рост графена одним атомом Cu.

Рис. 6: Поведение атома Cu на краях графена.

ПЭМ-изображение двух атомов Cu на краю графена. B ТЕМ-изображение, полученное через ~ 3 мин после ( A ). C G Изображения ПЭМ и схематические атомные модели, показывающие опосредованное Cu исправление края графена.Все эти изображения ПЭМ были извлечены из фильма S1 в дополнительных онлайн-данных на http://stacks.iop.org/APEX/10/025104/mmedia, где ( A ) соответствует t = 0 с. Масштабные полосы представляют 0,5 нм. Воспроизведено с разрешения Японского общества прикладной физики 46 .

В более позднем исследовании изучалась роль атомов Sn на краях графена 48 . В ходе исследования изучались одиночные атомы Sn (мономеры), а также пары атомов Sn (димеры) в качестве ПАВ. Рост и травление графена наблюдалось как для мономерных, так и для димерных ПАВ, а механизм переключения между ростом и травлением обсуждается немного позже.Экспериментальные данные и подтверждающие исследования методом DFT показали хорошую корреляцию между наблюдаемой частотой конфигураций связей Sn-графена и их относительными энергиями (то есть разностью энергий относительно наиболее часто наблюдаемой конфигурации атома Sn, находящегося в кресле на краю графена. ). С точки зрения динамической диффузии пар SAC атомов Sn наблюдалась замечательная тенденция, а именно наблюдалась синхронная диффузия между двумя атомами (для роста и травления) (см. Рис.7). Более глубокие экспериментальные и теоретические исследования показали, что синхронизированная диффузия происходит при пошаговом перемешивании двух атомов, а именно. после сдвига первого атома SAC Sn следует второй, а не перескок, который также постулировался как возможный механизм.

Рис. 7: Активность димера Sn вдоль края графена под электронным облучением.

a – c HRTEM-изображения, показывающие активность бинарных атомов. d f Изображения HRTEM с частичными моделями шара для облегчения просмотра. g – i HRTEM-изображения, показывающие возможную прыжковую активность атомов. j – l HRTEM-изображения, показывающие возможную активность перетасовки атомов. Розово-красные шары указывают на атом Sn, а полупрозрачные розово-красные шары представляют предыдущие положения атома Sn. Доза ок. 1,8 × 10 6 А / м 2 , и все шкалы равны 0,5 нм. Воспроизведено с разрешения Wiley-VCH GmbH 48 .

Хотя большинство наблюдений показало, что диффузия SAC димера Sn происходит синхронно, иногда пара Sn диффундирует в противоположных направлениях, и димер коллапсирует до двух мономеров Sn.Подробный статистический анализ диффузии димеров показал, что подавляющее большинство из них диффундирует в виде димеров (что указывает на притягивающее взаимодействие, которое также подтверждается исследованиями DFT). Более того, исследование показало краевую зависимость, такую, что края ZZ имели тенденцию приводить к коллапсу димера, в то время как края AC и хиральные края имели тенденцию способствовать синхронизированной диффузии димера. Расчеты относительных энергий связи показали два интересных аспекта (см. Рис. 8). В первом случае относительная энергия связи для зигзагообразных краев положительна и указывает на то, что ZZ-края благоприятствуют индивидуальным SAC Sn, а не димерным SACS.Таким образом, спаренные SAC (димеры) могут разделиться (схлопнуться) при диффузии, как это и наблюдалось экспериментально. Во-вторых, в случае одиночных и бинарных атомов Sn на краях переменного тока энергия связи для пар (димеров) Sn оказалась значительно ниже, чем для одиночного атома Sn. Таким образом, исследование объясняет, почему, когда бинарные SAc находятся в узлах переменного тока, они предпочитают синхронизировать свою диффузию таким образом, что, как только один атом движется, второй будет следовать в том же направлении (перетасовать), чтобы минимизировать их энергию, и объясняет, почему , экспериментально синхронизированная диффузия бинарных атомов наблюдалась так часто и, более того, почему она обнаруживалась преимущественно в креслах 48 .

Рис. 8: Анализ диффузии и относительной энергии связи для мономеров Sn и димеров Sn на разных краях графена.

a Относительное диффузионное поведение (в виде пары или расщепления) для различных конфигураций димера Sn / края при электронном облучении. b Оптимизированные конфигурации мономеров и димеров Sn на зигзагообразной кромке. c Оптимизированные конфигурации мономеров и димеров Sn на краю кресла. Воспроизведено с разрешения Wiley-VCH GmbH 48 .

Другим важным SAC является Ni, который является хорошо известным и широко используемым каталитическим материалом на основе переходных металлов в его объемной форме из-за его доступности и стоимости. С этой целью мы исследовали атомы Ni в качестве кандидатов SAC для роста графена. Первоначальные исследования показывают, что из Ni SAC можно эффективно выращивать графен in situ в ПЭМ под облучением электронным пучком. Иногда мы наблюдаем Ni SAC для каталитического травления графена (данные не показаны). Пример каталитически растущего графена Ni SAC представлен на рис.9.

Рис. 9: Каталитический рост (включение C) на краю графена за счет диффузии Ni SAC.

a – b Изображения HRTEM, показывающие атом Ni до и после каталитической активности. c – d изображения HRTEM с добавленными шариками для облегчения просмотра. Ni окрашен в розовый цвет, а добавленный атом C — в красный цвет. e – f Моделирование изображений изображений HRTEM. g – h Полные модели структур, используемых для имитации изображений, в виде палочек и шариков. Примечание. Красная линия — это контрольная линия.Все шкалы имеют размер 5 Å.

На рис. 9 (а) показан атом Ni, изначально находящийся в гексагональном положении на краю графена (т.е. атом Ni замещает атом C). Через 20,25 сек. атом Ni смещается влево и располагается в конфигурации «кресло» (пятиугольник). Его прежнее местоположение теперь имеет атом углерода, что указывает на рост. Откуда появился этот атом углерода, неясно. Это могло произойти из положения, в которое переместился атом Ni, или от края Клейна, который существовал в крайнем левом углу исходной системы (панель а), или из вакуума.Тем не менее, перемещение подтверждает каталитическое действие атома Ni на краю графена.

Подводя итог этому разделу, все атомы металлов (Fe, Cr, Cu, Sn и Ni) демонстрируют потенциал как ПАВ для роста кристаллов, по крайней мере, для графена. Более того, во всех случаях один или несколько атомов углерода включаются во время каталитического цикла роста металлических SAC, подтверждая, что на самом деле SAC обладают потенциалом для роста краев графена с атомной точностью. Не менее привлекательной является возможность для одиночных атомов выращивать однослойные углеродные нанотрубки с атомной точностью (и, следовательно, с хиральным контролем).Как сообщается, лауреат Нобелевской премии Ричард Э. Смолли предположил, что из одного атома катализатора можно вырастить одну углеродную нанотрубку, добавив C на открытом крае (см. Нижнюю левую панель на рис. 4). В следующем разделе мы рассмотрим рост однослойных углеродных нанотрубок (ОСУНТ) методом SAC.

Рост SWCNT по краям

Одностенные углеродные нанотрубки — это, по сути, свернутые трубочки из полосок графена. В зависимости от способа прокатки графеновой полосы (их так называемой хиральности) электронные свойства трубок могут быть либо полупроводниковыми, либо проводящими.Более того, ОСУНТ, сочетающие в себе различные хиральности, приводят к интересным свойствам, таким как углеродные нанотрубки могут служить (баллистическими) межсоединениями и устройствами (например, выпрямителями, транзисторами и т. Д.) 49 . Их контролируемые комбинации могут давать интегральные электронные схемы. Однако на данном этапе такие интегральные схемы по-прежнему сложно производить, поскольку для этого требуется контроль производства в атомном масштабе. SAC потенциально могут предоставить средства для преодоления этого препятствия.

Хотя мы не нашли никаких примеров экспериментального выращивания однослойной углеродной нанотрубки с помощью САУ, мы нашли теоретическое исследование, в котором изучалась возможность выращивания одиночного атома Ni, выращивающего отдельно стоящие ОСУНТ.Исследование было основано на расчетах полной энергии функционала плотности. Использовалась температура 1200 o ° C.

На рис. 10 показаны промежуточные этапы каталитического роста ОСУНТ, а также энергии связи. В исследовании рассматривалась энергетика, и в первом сценарии атом Ni образует пятиугольную структуру (панель A1), затем атом углерода получает энергию (4,5 эВ), образуя пятиугольник (панель A2). Ближайший атом Ni с высокой подвижностью реагирует с углеродом, образуя шестиугольник (панель A3). Авторы утверждают, что входящий атом C затем вытолкнет замещающий атом Ni (панель A4).Затем, из-за слабой энергии прикрепления (которая определяется геометрией на панелях A4 и A5), атом Ni может продолжить диффузию вдоль края и дальнейший рост ОСУНТ. Дополнительные промежуточные этапы введения углерода представлены на панелях с A1 ’по A5’ для другого каталитического цикла. Оба каталитических цикла являются экзотермическими и протекают без активационных барьеров, что свидетельствует о высокой скорости реакции. Короче говоря, используя согласованные механизмы обмена, единственный атом Ni на открытом крае ОСУНТ может катализировать рост путем непрерывного образования шестиугольников.

Рис. 10: Промежуточные этапы каталитического роста ОСУНТ, а также энергии связи.

A Схематическая диаграмма промежуточных этапов каталитического отжига пятиугольных дефектов на краю растущей нанотрубки с помощью механизма согласованного обмена, приводящего к бездефектному росту. B Соответствующие энергии связи двух атомов углерода и одного атома Ni с нанотрубкой. Воспроизведено с разрешения Американского физического общества 31 .

В качестве раннего шага к исследованию склонности Ni SAC к каталитическому росту углерода sp 2 мы исследовали их поведение SAC in situ в ПЭМ на краях графена под электронным облучением. Как обсуждалось в конце предыдущего раздела, действительно, из Ni SAC можно выращивать графен. Представленный пример (рис. 9, однако, не показывает рост из узлов переменного тока, как теоретически предсказал 31 , хотя мы наблюдаем атомы Ni на краях переменного тока (см. Рис. 11), и поэтому мы все еще можем наблюдать прогнозируемый рост.Более того, условия синтеза в наших исследованиях существенно отличаются тем, что реакция запускается электронным пучком и проводится при комнатной температуре. Мы также планируем провести экспериментальные исследования с ПАУ в конце открытых ОСУНТ. В отношении роста SAC и SWCNT еще многое предстоит изучить.

Рис. 11: Атомы Ni в позиции графенового кресла.

Микрофотография ПЭМ , показывающая атом Ni в месте графенового кресла. b Имитация изображения на панели a и ( c ) Модель палочки и шара, используемая для имитации изображения на панели b .Все шкалы имеют размер 5 Å.

Кражи каталитического нейтрализатора продолжаются в регионе Пайкс-Пик

COLORADO SPRINGS — Это дорогостоящее преступление, которое может даже привести к полному ущербу для вашего автомобиля из-за того, насколько дорогостоящий надлежащий ремонт. News5 подробно рассказывает о кражах катализаторов и о том, почему это преступление может случиться с каждым из нас, кто водит машину.

За считанные минуты посох с пилой может пролезть под вашу машину и вырезать каталитический нейтрализатор. В этом году это уже происходило сотни раз в районе Пайкс-Пик.Затем преступники пытаются продать ценную часть, в результате чего ваш автомобиль нуждается в дорогостоящем ремонте.

Ранее в этом месяце мы показали вам одно из этих преступлений, заснятых на камеру, когда подозреваемый вырезал пилой каталитический нейтрализатор рабочего грузовика, припаркованного у строительной компании в Колорадо-Спрингс.

«Каждый из них обходится людям от двух до пяти тысяч долларов», — сказал детектив департамента полиции Колорадо-Спрингс Деннис Маллетт.

Детектив Маллет расследовал подобные преступления в течение последнего десятилетия и говорит, что кража каталитического нейтрализатора только ухудшается.

«Металлы, содержащиеся в нем, редки, и это поднимает цены на рынке, поэтому воры это поняли и знают, как быстро их украсть», — сказал Маллетт.

Статистика преступности показывает экспоненциальный рост расследований хищений каталитических нейтрализаторов для CSPD. В 2019 году их было всего 3, в 2020 году количество подскочило до 106, а в этом году следователи говорят, что на данный момент их насчитывается более 300.

Даже с учетом этих цифр, следователи говорят, что кражи каталитических нейтрализаторов являются одними из наиболее скрытых преступлений.

«Судя по некоторым арестам, которые я произвел только в этом году, я считаю, что о них мало что известно. У меня были два подозреваемых, которые признались в краже более 1000 из них», — сказал Маллетт.

В компании Bud’s Muffler в Колорадо-Спрингс технические специалисты видят, как жертвы кражи каталитического нейтрализатора проходят через их двери в поисках ремонта. Владелец Джефф Гудвин говорит, что иногда ему приходится сообщать плохие новости.

«Я имею в виду, это всего несколько автомобилей. С начала года стоимость каталитических нейтрализаторов утроилась, — сказал Гудвин.

Сытый по горло криминалом, Bud’s Muffler решил проявить инициативу, предлагая бесплатные услуги для защиты клиентов и помощи следователям.

«Мы красим каталитические нейтрализаторы огнестойкой краской. Она маркирует кошку, чтобы, если кого-то поймают с одной из этих нарисованных кошек, полиция узнает, что каталитический нейтрализатор украден. Затем они могут посмотреть на этого кота. и мы выгравируем VIN и номер бирки на кошке, чтобы они могли отследить, у кого она была украдена », — сказал Гудвин.

Следователи говорят, что даже если вы не специалист по автомобилям, вы, вероятно, узнаете, были ли вы жертвой одной из этих краж.

«Вы заметите это довольно быстро, потому что, как только вы заведете машину, в вашей выхлопной системе не хватает большой части, так что звук будет намного громче», — сказал Маллетт.

Эксперты, производящие этот ремонт, говорят, что законодателям необходимо взглянуть на эту проблему и попытаться привлечь к ответственности людей, которые покупают украденные каталитические нейтрализаторы, разжигая проблему.

«Я не знаю, склады ли это или что-то в этом роде, но если вы покупаете кошек, у вас должны быть документы на это, я думаю, это замедлит некоторые вещи», — сказал Гудвин.

Следователи хотят, чтобы мы помнили, что это громкие преступления, с использованием пилы, как правило, в ночное время. Видеонаблюдение и советы по предотвращению преступлений имеют большое значение в раскрытии этих преступлений.

Вы всегда можете остаться анонимным, позвонив в Crime Stoppers по номеру 634-STOP.

Консорциум каталитического капитала — Фонд Макартура


Каталитический капитал — терпеливый, терпимый к риску, льготный и гибкий инвестиционный капитал — является важным инструментом для поддержки ориентированных на воздействие предприятий и организаций, у которых нет доступа к капиталу на подходящих условиях через традиционный рынок.Цель каталитического капитала — добиться воздействия и дополнительных инвестиций, которые в противном случае были бы невозможны, укрепляя сообщества, расширяя возможности и экономический рост, а также подпитывая инновации, которые улучшают благосостояние людей и планеты, закладывая основу для основных инвесторов участвовать в преобразующих инвестициях.

Чтобы добиться значительного прогресса в построении более справедливого, инклюзивного и устойчивого мира, нам нужен приток большего каталитического капитала. Консорциум Catalytic Capital, или C3, стремится продемонстрировать силу этой формы инвестиций для расширения и углубления сферы воздействия, помогая решить проблему ежегодного дефицита финансирования в размере от 5 до 7 триллионов долларов, который мешает миру достичь Цели устойчивого развития ООН.Инициатива помогает избранной группе выдающихся и разнообразных фондов решать некоторые из наиболее актуальных мировых проблем, а также способствует повышению знаний, осведомленности и использованию каталитического капитала во всем мире.

Для реализации инициативы C3 MacArthur вкладывает целевые инвестиции на общую сумму до 150 миллионов долларов в поддержку фондов и посредников, демонстрирующих использование каталитического капитала в различных секторах и географических регионах. Он предназначен для снижения рисков, создания рекордов и увеличения числа перспективных управляющих фондами.Инвестиции C3 создают основу для других инвесторов — как ориентированных на воздействие, так и традиционных — для участия и стимулирования дополнительного роста. Фонд Рокфеллера и Omidyar Network присоединились к нам в качестве стратегических партнеров в C3, каждый из которых обеспечивает часть объединенного грантового финансирования инициативы. Инвестиции, связанные с C3, финансируются исключительно MacArthur.

В рамках инициативы MacArthur завершает инвестиции на общую сумму до 150 миллионов долларов, которые демонстрируют мощное использование каталитического капитала в различных секторах и географических регионах.Поскольку сотрудничество имеет важное значение для успешного использования каталитического капитала, мы используем термин «полевое партнерство» для описания усилий, которые мы поддерживаем нашими инвестициями. Наши текущие полевые партнерства включают:

  • Адъювантный глобальный фонд технологий здравоохранения: инвестиции в акционерный капитал, связанные с программой, в размере 5 миллионов долларов США, чтобы помочь решить упущенные из виду проблемы общественного здравоохранения путем финансирования разработки жизненно важных технологических продуктов для стран с низким уровнем дохода и уровнем дохода ниже среднего
  • ALIVE Ventures: 5 миллионов долларов инвестиций в акционерный капитал Acumen Latin America Early Growth Fund LP, фонду прямых инвестиций под управлением Acumen LatAm Impact Ventures, который инвестирует в компании, которые борются с неравенством в Колумбии, Перу и Центральной Америке, уделяя особое внимание агробизнесу. , образование / доступ к формальной работе и возобновляемые источники энергии.
  • Ankur Capital Fund II: инвестиции в акционерный капитал, связанные с программой, в размере 7,5 миллионов долларов для обеспечения начального капитала для поддержки высокотехнологичного бизнеса в Индии, открывающего экономические возможности для людей с низкими доходами в Индии.
  • Impact America Fund II: инвестиции в акционерный капитал в размере 7,5 млн долларов США для предоставления каталитического венчурного капитала компаниям на ранней стадии развития, которые развивают экономическую активность цветных сообществ с низким и средним доходом в США.
  • One Acre: инвестиционный заем в размере 10 миллионов долларов, связанный с программой, для One Acre Fund, некоммерческого социального предприятия, поддерживающего мелких фермеров в Африке финансированием и обучением через новую структуру капитала, демонстрирующую, как каталитический капитал может ликвидировать пробелы в финансировании, стимулировать дополнительные инвестиции и помогают поддерживать и развивать высокоэффективные некоммерческие организации.
  • Prime Impact Fund: инвестиции в размере 5 миллионов долларов США для устранения критического дефицита капитала для климатически важных инноваций путем финансирования технологических решений с потенциалом значительного сокращения выбросов парниковых газов.
  • Terra Silva: 20 миллионов долларов долга в сотрудничестве с Фондом Дэвида и Люсиль Паккард для запуска Terra Silva, инициативы по инвестированию в воздействие, разработанной для реагирования на глобальное изменение климата путем инвестирования, направленного на сохранение, восстановление и устойчивое управление тропическими лесами во всем мире. .
  • Фонд «Женщины в безопасных домах»: связанные с программой инвестиции в акционерный капитал, примерно эквивалентные 5 миллионам долларов США, для помощи в разработке альтернативной модели приобретения и аренды для удовлетворения потребности в безопасном и доступном жилье для женщин, которые находятся в трудных условиях в Соединенном Королевстве.
  • Zero Gap: до 30 миллионов долларов вложения в акционерный капитал для расширения и ускорения инициативы Фонда Рокфеллера «Zero Gap», направленной на выход на основные рынки и инвесторов, увеличение инвестиций в новые многообещающие финансовые инструменты, которые помогают ликвидировать дефицит финансирования.

В совокупности стратегические партнеры C3, работающие в рамках проекта, управляемого New Venture Fund, предоставляют до 10 миллионов долларов в виде грантов на обучение и развитие рынка, связанного с каталитическим капиталом. В качестве первого шага программа предоставления грантов C3 поддерживает работу по оснащению сообщества инвесторов знаниями и инструментами, необходимыми для более масштабных и эффективных инвестиций каталитического капитала. Это потребует усилий по накоплению и продвижению знаний о каталитическом капитале, а также привлечению и тесному сотрудничеству со специалистами-практиками.

Основываясь на исследовании и анализе потребностей рынка, программа предоставления грантов C3 будет финансировать работы по трем категориям:

  • Укрепление доказательной базы: накопление знаний о том, почему и где необходим каталитический капитал, , как это выглядит, , кто участвовал, , , как он был задействован, и , какие результаты были в результате, опираясь на текущий и исторический опыт со всего мира.
  • Расширение практики: систематизация и продвижение знаний о том, как лучше всего использовать каталитический капитал, в партнерстве с ведущими практиками.
  • Идеи с открытым исходным кодом: поддержка дополнительных идей и усилий, которые могут внести значительный вклад в создание более сильного каталитического рынка капитала.

В дополнение к этим рабочим потокам C3 работает с партнерами по сети, чтобы привлечь аудиторию инвесторов и расширить знания и сообщения.

Измерение и оценка инициативы Catalytic Capital Consortium включает вопросы, которые проверяют нашу теорию изменений и лежащие в основе предположения, оценивают нашу деятельность и измеряют степень, в которой мы достигли намеченных результатов.Благодаря измерениям и оценке мы ожидаем узнать, в какой степени наша стратегия и инвестиции способствуют повышению уровня знаний, осведомленности и использования каталитического капитала.

Оценки будут опубликованы по мере их завершения.

Каталитический капитал — это терпеливый, терпимый к риску, уступчивый и гибкий инвестиционный капитал, который отличается от традиционных инвестиций. Это важный инструмент для восполнения пробелов в капитале и достижения широты и глубины воздействия, дополняя при этом традиционное инвестирование.Каталитический капитал оказывает влияние и открывает возможности для традиционных инвестиций несколькими способами. Может

  • помочь доказать новые и инновационные продукты и бизнес-модели;
  • демонстрируют финансовую жизнеспособность нуждающихся регионов и групп населения;
  • установили послужной список для новых и разноплановых менеджеров; и
  • развивают мелкомасштабные усилия, чтобы они могли привлекать обычные инвестиции.

Каталитический капитал может принимать форму долга, капитала или гарантий.

Подпишитесь на периодические обновления ›

Мы призываем инвесторов, предпринимателей, консультантов, исследователей и других присоединиться к нам в расширении каталитических капиталовложений и обучения.

Свяжитесь с нами

Мы рекомендуем вам связаться с нами по телефону:

  • Поделитесь своим опытом с каталитическим капиталом, в том числе о том, как вы инвестировали или извлекли выгоду из каталитического капитала и извлеченных уроков;
  • Задавайте вопросы и предлагайте темы для исследований, связанные с каталитическим капиталом;
  • Запросите информацию о том, как каталитический капитал используется сегодня и где требуется больше.

# 46 Catalytic IT — CRN Fast50 — CRN Australia

# 46 Catalytic IT — CRN Fast50 — CRN Australia — CRN Australia

# 46 Каталитический IT

Посмотреть полный список

# 1

# 2

# 3

# 4

# 5

6

# 7

8

# 9

# 10

# 11

# 12

# 13

# 14

# 15

# 16

17

18

19

# 20

# 21

# 22

# 23

# 24

# 25

# 26

27

# 28

# 29

# 30

31

# 32

# 33

# 34

# 35

36

# 37

38

# 39

# 40

41

# 42

# 43

# 44

# 45

# 46

# 47

48

49

# 50

.

Автор: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.