За різними активними компонентами гетерогенні каталізатори можна розділити на металеві та його солі, оксиди металів і композиційні металооксидні каталізатори; за формою їх можна поділити на кулясті, короткі стовпчасті та стільникові; на основі процесу підготовки їх можна розділити на ті, що використовують опору, і ті, що не використовують опору.
Тверді-гетерогенні каталізатори значною мірою запобігають втраті каталізатора, їх легше відокремити від стічних вод і мають такі переваги, як хороша активність, стабільність і короткий процес очищення;
Однак існує перенесення маси між гетерогенними фазами каталізатора, і зважені тверді речовини в стічних водах і проміжних продуктах реакції можуть спричинити покриття або блокування частинок каталізатора, що призводить до дезактивації.
I. Типи каталізаторів
(1) Металеві каталізатори/каталізатори на носіях
У технології гетерогенного каталітичного окислення каталізатори благородних металів широко використовуються завдяки їх високій активності, тривалому терміну служби та сильній адаптивності. Каталізатори, виготовлені з активними компонентами таких благородних металів, як P, Pd і Ru, мають не тільки сумісні центри адсорбції вуглеводнів, але й велику кількість центрів адсорбції кисню, які можуть швидко зазнавати активації кисню та адсорбції вуглеводнів під час реакції на поверхні. Щоб досягти кращої здатності до диспергування та зменшити кількість використовуваного металу, просочення часто використовується для підтримки металів на носіях з високою питомою поверхнею, таких як Al3O2, SiO2, активоване вугілля, TiO2, CeO2 та ZrO2.
(2) Оксид металу/каталізатори на носіях
Вибір каталізаторів у процесах каталітичного окислення вимагає врахування багатьох факторів, таких як властивості розчину, каталітична здатність каталізатора та його термічна стабільність у воді. Серед них оксиди металів високо цінуються завдяки високій стабільності та хорошій активності.
Залежно від їх стабільності каталізатори можна класифікувати наступним чином: 1. Оксиди, які є найбільш стабільними в умовах високого окислення, такі як оксид титану, оксид ванадію, оксид хрому, оксид магнію, оксид цинку та оксид алюмінію; 2. Оксиди з помірною стабільністю, такі як оксид заліза, оксид кобальту, оксид нікелю та оксид свинцю; 3. Нестабільні оксиди з високим -ступенем-окислення та благородні метали, такі як платина, паладій, рутеній і золото.
(3) Композитні оксидні/нанесені каталізатори
Очікується, що на основі додаткового принципу регулювання каталітичної активності композитні оксидні каталізатори досягнуть вищої каталітичної активності. Синергічні ефекти можуть посилити активність каталізатора та пригнічувати розчинення активних компонентів. Наприклад, комбінація CoO, CuO або NiO з оксидами Fe(III), Pt або Ru є ефективним каталізатором окислення.
II Основи вибору каталізатора
(1) Вибір каталізатора
При виборі каталізатора зазвичай слід використовувати каталізатори з такими характеристиками:
1. Швидка швидкість окислення та кращий фазовий контакт, що прискорює реакцію;
2. Не-селективний, що забезпечує повне окислення;
3. Стабільні фізико-хімічні властивості в гарячих кислих розчинах;
4. Висока активність і тривалий термін служби при високих температурах, нечутливість до отрут;
5. Висока механічна міцність і зносостійкість.
(2) Вибір підтримки каталізатора
Залежно від складу частинок носії каталізатора її можна грубо розділити на три типи: носії з частинок, грубо-зернисті носії та субстрати.
При використанні каталізаторів зазвичай враховуються такі моменти:
1. Хімічний склад і дисперсність;
2. Фізико-хімічні властивості поверхні-пористість, адсорбційні, електрохімічні та механічні властивості;
3. Товщина та кількість активного матеріалу, який можна завантажити;
4. Питома міцність і стійкість;
5. Хімічна стійкість;
6. Стійкість до стирання, твердість і міцність на стиск;
7. Участь у каталітичних реакціях.
III Причини дезактивації каталізатора
Окрім високої активності та гарної селективності, каталізатори також повинні мати гарну механічну міцність і стабільність, причому стабільність впливає на їх здатність знижувати активність.
Після періоду використання каталізатори дезактивуються, головним чином через втрату матеріалу каталізатора та коксування.
Втрата каталізатора є основною причиною дезактивації. На цю втрату головним чином впливає pH, що призводить до розчинення активних компонентів. Експериментальні дослідження показали, що рН стічних вод має значний вплив на окислення органічних речовин у рідкій фазі.
Наприклад, гетерогенні озонові каталізатори демонструють низьку швидкість реакції та високу швидкість дезактивації в кислотних умовах. Втрата каталізатора мінімальна при pH 7. Коли pH більше 7, але менше 9, втрати каталізатора не відбувається. Однак, коли pH більше 10, швидкість реакції залишається низькою. Таким чином, регулювання значення pH може зменшити або запобігти втраті каталізатора.
Закоксування каталізатора є ще однією основною причиною дезактивації, також відомої як дезактивація забруднення каталізатора. Це в першу чергу викликано відкладенням вуглецю, азоту та інших речовин, що утворюються під час реакції, на поверхні каталізатора. Інженерні програми підтвердили, що деякі гетерогенні каталізатори демонструють високі швидкості деградації протягом певного періоду часу з наступною дезактивацією. Аналіз поверхні каталізатора енергетичною фотоелектрохімічною хроматографією (ESCA) виявляє відкладення вуглецю, що перешкоджає контакту між реагентами в рідкій фазі та поверхнею каталізатора, що призводить до дезактивації.