Suporte de catalisador - Catalyst support
Em química, um suporte de catalisador é o material, geralmente um sólido com uma grande área de superfície , ao qual um catalisador é afixado. A atividade de catalisadores heterogêneos é promovida principalmente por átomos presentes na superfície acessível do material. Consequentemente, grande esforço é feito para maximizar a área de superfície específica de um catalisador. Um método popular para aumentar a área de superfície envolve a distribuição do catalisador sobre a superfície do suporte. O suporte pode ser inerte ou participar das reações catalíticas. Os suportes típicos incluem vários tipos de carbono , alumina e sílica .
Aplicação de catalisadores a suportes
Dois métodos principais são usados para preparar catalisadores suportados. No método de impregnação, uma suspensão do suporte sólido é tratada com uma solução de um pré-catalisador, e o material resultante é então ativado sob condições que irão converter o pré-catalisador (frequentemente um sal metálico) para um estado mais ativo, talvez o próprio metal . Em tais casos, o suporte do catalisador é geralmente na forma de peletes. Alternativamente, os catalisadores suportados podem ser preparados a partir de solução homogênea por co-precipitação . Por exemplo, uma solução ácida de sais de alumínio e pré-catalisador são tratados com base para precipitar o hidróxido misturado, que é subsequentemente calcinado .
Os suportes são geralmente muito estáveis termicamente e resistem aos processos necessários para ativar os pré-catalisadores. Por exemplo, muitos pré-catalisadores são ativados pela exposição a um fluxo de hidrogênio em altas temperaturas. Da mesma forma, os catalisadores ficam sujos após o uso prolongado e, em tais casos, às vezes são reativados por ciclos de oxidação-redução, novamente em altas temperaturas. O catalisador Phillips , constituído de óxido de cromo suportado em sílica, é ativado por uma corrente de ar quente.
Transborde
Os suportes são frequentemente vistos como inertes: a catálise ocorre nas "ilhas" catalíticas e o suporte existe para fornecer áreas de superfície altas. Vários experimentos indicam que esse modelo costuma ser simplificado demais. Sabe-se, por exemplo, que os adsorvidos, como o hidrogênio e o oxigênio, podem interagir e até mesmo migrar de ilha para ilha através do suporte sem entrar novamente na fase gasosa. Esse processo em que os adsorvidos migram de e para o suporte é chamado de transbordamento . É considerado, por exemplo, que o hidrogênio pode "derramar" no suporte óxido, talvez como grupos hidroxi.
Lixiviação de catalisador
Para interação insuficiente entre o catalisador e o suporte, a lixiviação do catalisador pode ocorrer ao longo do tempo e após o uso prolongado de um catalisador com suporte. A lixiviação é prejudicial por razões ambientais e comerciais. Para catalisadores eletrofílicos, esse problema pode ser resolvido escolhendo um suporte mais básico . Esta estratégia pode afetar negativamente a atividade do catalisador, portanto, um equilíbrio sutil entre a lixiviação e a atividade é necessário.
Forte interação metal-suporte
A forte interação metal-suporte é outro caso que destaca a simplificação excessiva de que catalisadores heterogêneos são meramente suportados em uma substância inerte. A evidência original foi fornecida pela descoberta de que as partículas de platina ligam H 2 com a estequiometria PtH 2 para cada átomo de superfície, independentemente de a platina ser suportada ou não. Quando, no entanto, suportado em dióxido de titânio , o Pt não se liga mais ao H 2 com a mesma estequiometria . Essa diferença é atribuída à influência eletrônica da titânia na platina, também chamada de forte interação metal-suporte.
Catálise molecular heterogeneizada
Catalisadores moleculares, consistindo de complexos de metais de transição, foram imobilizados em suportes de catalisador. O material resultante, em princípio, combina características de ambos os catalisadores homogêneos - estruturas complexas de metal bem definidas - com as vantagens dos catalisadores heterogêneos - capacidade de recuperação e facilidade de manuseio. Muitas modalidades foram desenvolvidas para anexar catalisadores complexos de metal a um suporte. No entanto, a técnica não se mostrou comercialmente viável, geralmente porque os complexos de metais de transição heterogeneizados são lixiviados ou desativados pelo suporte.
Suportes para eletrocatálise
Os suportes são usados para dar estabilidade mecânica a nanopartículas ou pós de catalisador. Suporta imobilizar a partícula reduzindo sua mobilidade e favorecendo a estabilização química: podem ser considerados como agentes de capeamento sólidos. Os suportes também permitem que as nanopartículas sejam facilmente recicladas.
Um dos suportes mais promissores é o grafeno por sua porosidade, propriedades eletrônicas, estabilidade térmica e área de superfície ativa.
Exemplos
Quase todos os principais catalisadores heterogêneos são suportados conforme ilustrado na tabela a seguir.
| Processar | Reagentes, produto (s) | Catalisador | Apoiar |
|---|---|---|---|
| Síntese de amônia ( processo Haber-Bosch ) | N 2 + H 2 , NH 3 | óxidos de ferro | alumina |
| Produção de hidrogênio por reforma a vapor | CH 4 + H 2 O, H 2 + CO | níquel | K 2 O |
| Síntese de óxido de etileno | C 2 H 4 + O 2 , C 2 H 4 O | prata com muitos promotores | alumina |
| Polimerização Ziegler-Natta de etileno | propileno , polipropileno ; etileno , polietileno | TiCl 3 | MgCl 2 |
| Dessulfurização de petróleo ( hidrodessulfurização ) | H 2 + compostos organossulfurados, RH + H 2 S | Mo - Co | alumina |
Veja também
- Reator de leito fluidizado - Reator que transporta reações químicas multifásicas com partículas sólidas suspensas em um fluido ascendente