Катализаторы чрезвычайно разнообразны и могут быть классифицированы в соответствии с несколькими измерениями, такими как состав, фаза, механизм действия и функция.

Классификация по фазовым отношениям между катализатором и реакционной системой

Это самый интуитивныйИИнженерно-критический метод классификации, определяющий конструкцию и режим работы реактора.

Однородный катализатор

Катализатор, который находится в той же фазе, что и реагенты (обычно газовая или жидкая фаза).

Преимущества: Высокая активность и хорошая селективность (поскольку каждый каталитический центр равномерно диспергирован и находится в полном контакте с реагантами).

Недостатки: Трудно отделить и восстановить, обычно требует сложной перегонки, экстракции и других этапов, высокой стоимости и может загрязнить продукт.

ТипичныеТипы: кислотные/основные катализаторы, НапримерСерная кислота (для эстерификации и алкилирования), окисоводопод натрия. Карбонил родия (для гидроформилирования олефинов в альдегиды). Комплексы палладий/платина (для реакций перекрестного сочетания, таких как реакция Сузуки).

Гетерогенные катализаторы

Определение: Катализатор-это вещество, которое находится в фазе, отличной от реагентов. Как правило, катализатор представляет собой твердое вещество, а реагенты представляют собой газ или жидкость.

Преимущества: Легко отделяется (благодаря простой фильтрации и седиментации), может производиться непрерывно, имеет длительный срок службы и многоразового использования. Это самая важная форма катализатора в промышленности.

Недостатки: Активные центры расположены на поверхности, что приводит к относительно низкому использованию; массовая и теплопередача могут стать ограничивающими ступенями.

Основные компоненты: активный компонентЯвляетсяКаталитическое вещество (такое как Pt, Pd, Ni, V2O5, Cu/ZnO), ПокаПоддержкаКак правило,Пористый материал, который поддерживает активный компонент, обеспечивая высокую удельная площадь поверхности и механическую прочность (например, Al2O₃, SiO₂, TiO₂, активированный уголь, молекулярное сито).

Типичные типы: Автомобильные трехкомпонентные катализаторы.,С Pt-Pd-Rh на сотовой керамике. Катализаторы синтеза аммиака-железа, Обычно поддерживается наFe-K₂ O-Al₂O₃. Катализаторы обессеривания, Обычно поддерживается наCo-Mo/Al₂O₃. Катализаторы нефтяного крекинга, Как правило, в видеЦеолитовые молекулярные сита.

Биокатализаторы-Ферменты

Определение: Белки или РНК с каталитическими функциями. По сути, они являются специальными катализаторами, которые существуют между гомогенными и гетерогенными фазами.

Преимущества: сверхвысокая эффективность (в 10-10 ¹³ раз выше, чем у обычных катализаторов) и специфичность («один ключ открывает один замок»), мягкие условия реакции (комнатная температура и давление).

ТипичныеПромышленное применение: иммобилизованные ферменты (которые можно считать типом гетерогенного катализатора) используются для производства сиропа с высоким содержанием фруктозы, стирального порошка и фармацевтических препаратов (таких как ацилаза пенициллина для производства полусинтетического пенициллина).

Классификация по химическому составу и материалу

Переходные металлы группы VIII (Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Pt, Ir и т. Д.) И Cu, Ag, Au.

Характеристики: в основном используется в реакциях с участием H₂ или O₂, таких как гидрирование, дегидрирование, окисление и риформинг.

Примеры: сеть Pt/Rh (окисление аммиака до азотной кислоты), Pd/C (восстановление гидрирования), RaneyNi (недорогой катализатор гидрирования).

Катализаторы оксидов и сульфидов металлов

Особенности: Теплостойкий, кислород-устойчивый, и токсическ-устойчивый; обыкновенно использованный в оксидации, дегидрирования, выборочного восстановления, и катализа кислот-основания.

Примеры: Окисленные формы: V2O5 (производство серной кислоты и фталевого ангидрида), CuO/ZnO/Al2O₃ (синтез метанола), Bi-Mo-O (селективное окисление пропилена), TiO₂ (фотокатализ).

Твердые кислотные/основные катализаторы

Особенности: Он может заменить высококоррозионные и трудно перерабатяемые жидкие кислоты/щелочи и является экологически чистым.

Примеры: твердые кислоты, НапримерСита цеолита молекулярные, heteropoly кислоты, сульфат циркония, кислотные смолы, и мембраны Nafion. Твердые основания, НапримерГидротальцит, поддержанные оксиды щелочноземельных металлов и основные смолы.

Комплексные катализаторы

Определение: сложный ион или молекула, образованная центральным атомом металла и органическим лигандом посредством координационных связей. Его можно использовать в однородных фазах или иммобилизовать на гетерогенных опорах.

Особенности: Каталитические характеристики могут быть «адаптированы» путем проектирования лигандов для достижения высокой энантиоселективности (асимметричный катализ).

Примеры: катализаторы Уилкинсона (RhCl(PPh₃), гидрирование), катализаторы Циглера-Натта (TiCl₄/AlR₃, полимеризация олефинов) и различные хиральный катализаторы, используемые в синтезе лекарств.

Классифицируют по функции или реакции

Катализаторы окисления: катализаторы полного/селективного окисления органического вещества или СО (например, катализаторы Ag для очистки автомобильных выхлопных газов и окисления этилена до этиленоксида).

Катализаторы гидрирования/дегидрирования: катализаторы для гидрирования ненасыщенных связей или дегидрирования насыщенных углеводородов (такие как Ni-катализаторы для гидрирования масел и жиров и Fe-K катализаторы для дегидрирования этилбензола в стирол).

Кисловочные катализаторы: каталитический крекинг, изомеризация, алкилирование, эстерификация и другие реакции (как цеолиты в крекинге нефти).

Катализаторы полимеризации: катализаторы полимеризации олефинов и диена (ов)Уч как катализаторы Zn и металлоценовые катализаторы).

Экологически чистые катализаторы: специально разработаны для очистки загрязняющих веществ.

Катализаторы очистки выхлопных газов: автомобильные трехходовые катализаторы, катализаторы денитрификации SCR электростанции (V2O₅-WO₃/TiO₂).

Фотокатализаторы: катализаторы, которые производят активные частицы после поглощения световой энергии для катализирования реакций (таких как фотокаталитическое расщепление воды TiO₂ и фотодеградация загрязняющих веществ).

Электрокатализаторы: катализаторы, ускоряющие электрохимические реакции на поверхности электрода (например, катализаторы Pt/C для топливных элементов и катализаторы IrO₂/RuO₂ для получения водорода электролизом воды).