Xúc tác

XÚC TÁC
…và ứng dụng
Đôi chút lịch sử
…. Từ 100 năm trước
Phẩm nhuộm
Antraquinon + acid sulfuric  acid sulfonic
Hg



Rượu  Etylen + H2O
Đất sét

Xúc tác là gì ?

Chất xúc tác :
tham gia vào phản ứng
làm thay đổi tốc độ phản ứng
không có mặt trong sản phẩm
giữ nguyên lượng

 Xúc tác dương, xúc tác âm

Đặc điểm của xúc tác

Không gây nên phản ứng
Thúc đẩy phản ứng nhanh đạt cân bằng

2SO2 +O2 ⇄ 2SO3
Xúc tác : V2O5, K2Cr2O7
Xúc tác làm giảm năng lượng hoạt hóa E
Không xúc tác ∙ Có xúc tác
E
E
T
T
Xúc tác có tính chọn lọc



Ag
Pt
PdCl2,CuCl2
Zeolit
Zeolit
Ag
Phân loại xúc tác


Xúc tác đồng thể

Khí :CH4 + O2 HCHO

Lỏng: H2O2 H2O+1/2O2

Xúc tác dị thể: anken + H2 = ankan




Xúc tác vi dị thể
Xúc tác dạng keo
Xúc tác men (enzym)

Phân hủy protein
Phân hủy urea
Chuyển hóa tinh bột


Enzym
Catalase phân hủy H2O2
Có phải tất cả các chất đều là chất xúc tác không?


 Ái lực đặc biệt xúc tác - tác chất
 Khả năng hướng phản ứng theo con đường khác
Xúc tác kim loại
Kim loại, oxyt ….cấu trúc không lý tưởng  tạo khuyết tật
Pt, Pd, Ni, ZnO, CuO….
Xúc tác bán dẫn
Chất dẫn: có è tự do
Chất cách điện : không có è tự do

Chất bán dẫn:
* T thường: vài è hóa trị tự do
* T cao:sự dẫn điện 
Phản ứng oxy hóa - khử
Oxy hóa CO
2CO +O2  2CO2

Phân hủy acid formic:
HCOOH  CO +H2O

Hydro hóa etylen
C2H4 +H2 C2H6

Dehydro hóa cyclohexan
C6H12 C6H6 +3H2
Xúc tác không dẫn điện
Acid:HCl, CH3COOH
NH4+, HSO4-….
Baz: OH-, CH3COO-, NH3, SO42- …..
Muối vô cơ : carbonat, sulfat, halogenua,….
Chất rắn không tan:
alumin, zeolit,..

Vật liệu xốp
Xúc tác phức

Có cấu tạo cồng kềnh
Có liên kết C – M
Xúc tác men
titanocene
metallocene
Các phản ứng xúc tác
Hydrat hóa etylen
C2H4 + H2OC2H5OH

Dehydrat hóa rượu isopropylic
C3H7OH  CH3COCH3+H2O

Alkyl hóa benzen
C6H6 +C2H4 C2H5-C6H5
Hydrocarbon và
Zeolit Y
Xử lý môi trường

Xử lý khí thải

Khí thải nhà máy công nghiệp
Động cơ ô tô, mô tô…


Xử lý nước thải

Nước thải công nghiệp


Nước thải sinh hoạt
Zeolit A hấp thụ NH4+
Na2O · Al2O3 · 2SiO2 · 4.5 H2O
Sự đầu độc xúc tác

Tâm xúc tác bị che phủ, mất hoạt tính
- Tạm thời
- Vĩnh viễn

 Tái sinh xúc tác
Xúc tác bị đầu độc
Xúc tác bị nhiễm bẩn Fe
Điều chế xúc tác

Dùng hóa chất tinh khiết.
Điều chế ngay trong thiết bị phản ứng.
Tổng hợp bên ngoài.
Tổng hợp xúc tác rắn
Đặc trưng xúc tác
Xác định bề mặt
Phân tích nguyên tố
Khảo sát cấu trúc tinh thể và bề mặt
* phổ tia X
* phổ hồng ngoại
* phổ tử ngoại
* kính hiển vi điện tử
Máy tia X
Một số xúc tác
Feldspar
VPI-5
Phillipsite
zeolite
Một số xúc tác rắn
MCM-41
Phân tử nhỏ/ZSM-5
P-xylen ZSM-5
ZSM-5 mordenite
Xúc tác công nghiệp
Tổng hợp CH3OH
Đi từ CO, CO2, H2
Xúc tác
Cu + ZnO + Al2O3

Hiệu suất > 99%
T = 250 – 300oC
Nhu cầu 15 triệu tấn/năm

Xúc tác Fischer-Tropsch

Chế tạo nhiên liệu từ CO, H2
Xúc tác phức với kim loại kiềm, kim loại chuyển tiếp…




Cơ chế phản ứng
Tổng hợp NH3
Xúc tác Fe3O4 + K2O + Al2O3 + CaO
T= 450oC
P= 100-300 bar
Sản xuất 140 triệuT/năm
Sản xuất HNO3
 Sản lượng 60 triệuT/năm:
Làm phân đạm
Chế tạo thuốc nổ


4NH3+ 5O2 ⇄ 4NO +6H2O (Pt /Rh)
2NO+ O2 ⇄ 2NO2
2NO2 ⇄ N2O4
3N2O4 + 2H2O ⇄ 4HNO3 + 2NO
Sản xuất H2SO4
Sản lượng 140 triệu T/năm
T=700K
Xúc tác V2O5 dạng viên trụ

Chế tạo magarin
Hydro hóa các acid béo chưa no
Đi từ dầu cọ, hướng dương, đậu nành….
Xúc tác Ni/SiO2 – Nhiệt độ 430K

Công nghệ chế biến dầu khí
Xăng dầu động cơ
Alkan có chỉ số octan càng cao khi:
Càng phân nhánh
Mạch càng ngắn

Đồng phân hóa
pentane ⇄ 2-methylbutane
Chỉ số octan : 62 93
Xúc tác : platin /-Al2O3
Tách sản phẩm bằng rây phân tử zeolit
Zeolit A
Tinh thể zeolit
Reforming
Hexanchỉ số octan 25
Cyclohexan  83
Benzen  106
Xúc tác : platin /-Al2O3
Cracking xúc tác
Cracking xúc tác
Zeolit Y
Xúc tác bảo vệ môi trường
Hypochlorite Decomposition Catalysis, HYDECAT
2NaOCl  2NaCl + O2
Xúc tác : oxyt nicken
CFC (clorofluorocarbon) phá hủy tầng ozon
CF3Cl + h CF3 + Cl
Cl + O3 ClO + O2
ClO + O Cl + O2
 Phản ứng dây chuyền
Cl xúc tác qt phá hủy
Xúc tác quang hóa
 Lớp TiO2 hấp thụ bức xạ
 Tạo lỗ trống (h+) và è trên bề mặt
 Lỗ trống (h+) và è kết hợp với H2O và O2 môi trường

 Tạo gốc OH và O2 trên bề mặt

 Phân hủy chất hữu cơ