نظرًا للنمو السريع للصناعة ، أصبحت التفاعلات التحفيزية مطلوبة بشكل متزايد في الإنتاج الكيميائي والهندسة الميكانيكية وعلم المعادن. بفضل استخدام المحفزات ، من الممكن تحويل المواد الخام منخفضة الجودة إلى منتج ذي قيمة.
دلالة
تتميز التفاعلات التحفيزية بتنوع العوامل المستخدمة. في التخليق العضوي ، تساهم في تسريع كبير لنزع الهدرجة ، الهدرجة ، الترطيب ، الأكسدة ، والبلمرة. يمكن اعتبار المحفز "حجر فيلسوف" يحول المواد الخام إلى منتجات نهائية: ألياف ، أدوية ، كيماويات ، أسمدة ، وقود ، بلاستيك.
التفاعلات التحفيزية تجعل من الممكن الحصول على العديد من المنتجات ، والتي بدونها تصبح الحياة الطبيعية والنشاط البشري مستحيلا.
يسمح لك الحفز بتسريع العمليات فيآلاف وملايين المرات ولهذا يتم استخدامه حاليًا في 91٪ من الصناعات الكيماوية المختلفة.
حقائق مثيرة للاهتمام
العديد من العمليات الصناعية الحديثة ، مثل تخليق حامض الكبريتيك ، لا يمكن إجراؤها إلا باستخدام محفز. تضمن مجموعة متنوعة من العوامل المحفزة إنتاج زيوت المحركات لصناعة السيارات. في عام 1900 ، ولأول مرة على المستوى الصناعي ، تم إجراء تخليق تحفيزي للسمن النباتي من المواد الخام النباتية (بالهدرجة).
منذ عام 1920 ، تم تطوير آلية للتفاعلات التحفيزية في إنتاج الألياف والبلاستيك. كان الحدث البارز هو الإنتاج التحفيزي للإسترات ، والأوليفينات ، والأحماض الكربوكسيلية ، بالإضافة إلى مواد البدء الأخرى لتصنيع مركبات البوليمر.
تكرير النفط
منذ منتصف القرن الماضي ، تم استخدام التفاعلات التحفيزية في تكرير النفط. تتضمن معالجة هذا المورد الطبيعي الثمين العديد من العمليات التحفيزية في وقت واحد:
- إصلاح ؛
- تكسير ؛
- hydrosulfonation ؛
- بلمرة ؛
- تكسير بالهيدروجين ؛
- الألكلة.
منذ نهاية القرن الماضي ، أصبح من الممكن تطوير محول حفاز لتقليل انبعاثات العادم في الغلاف الجوي.
تم منح العديد من جوائز نوبل للعمل في مجال التحفيز والمجالات ذات الصلة.
صلة عملية
التفاعل التحفيزي هو أي عملية تتضمن استخدام مسرعات (محفزات). لتقييم الأهمية العملية لمثل هذه التفاعلات ، يمكن للمرء أن يستشهد كمثال بالتفاعلات المرتبطة بالنيتروجين ومركباته. نظرًا لأن هذه الكمية محدودة جدًا بطبيعتها ، فإن تكوين البروتين الغذائي دون استخدام الأمونيا الاصطناعية يمثل مشكلة كبيرة. تم حل المشكلة مع تطوير عملية هابر بوش التحفيزية. يتوسع استخدام المحفزات باستمرار ، مما يجعل من الممكن زيادة كفاءة العديد من التقنيات.
إنتاج الأمونيا
دعونا نفكر في بعض التفاعلات التحفيزية. يتم إعطاء أمثلة من الكيمياء غير العضوية على أساس الصناعات الأكثر شيوعًا. توليف الأمونيا هو تفاعل طارد للحرارة وقابل للانعكاس ، يتميز بانخفاض حجم المادة الغازية. تتم العملية على محفز ، وهو حديد مسامي مع إضافة أكسيد الألومنيوم والكالسيوم والبوتاسيوم والسيليكون. هذا المحفز نشط ومستقر في نطاق درجة حرارة 650-830 كلفن.
أرسل بشكل لا رجعة فيه مركبات الكبريت ، ولا سيما أول أكسيد الكربون (CO). على مدى العقود القليلة الماضية ، وبفضل إدخال التقنيات المبتكرة ، تم تقليل الضغط بشكل كبير. على سبيل المثال ، تم عمل محول يسمح لك بخفض مؤشر الضغط إلى 8106-15106 باسكال.
أدى تحديث الدائرة الأمامية إلى تقليل احتمالية العثور على سموم تحفيزية فيها - مركبات الكبريت ،الكلور. كما زادت متطلبات المحفز بشكل كبير. إذا تم إنتاجه في وقت سابق عن طريق إذابة أكاسيد الحديد (المقياس) ، وإضافة أكاسيد المغنيسيوم والكالسيوم ، يلعب الآن أكسيد الكوبالت دور المنشط الجديد.
أكسدة الأمونيا
ما هي خصائص التفاعلات التحفيزية وغير التحفيزية؟ يمكن اعتبار أمثلة على العمليات التي تعتمد على إضافة مواد معينة بناءً على أكسدة الأمونيا:
4NH3+ 5O2=4NO + 6H2O.
هذه العملية ممكنة عند درجة حرارة حوالي 800 درجة مئوية ، بالإضافة إلى محفز انتقائي. لتسريع التفاعل ، يتم استخدام البلاتين وسبائكه مع المنغنيز والحديد والكروم والكوبالت. حاليًا ، المحفز الصناعي الرئيسي هو خليط من البلاتين مع الروديوم والبلاديوم. هذا النهج جعل من الممكن تقليل تكلفة العملية بشكل كبير.
تحلل الماء
بالنظر إلى معادلات التفاعلات التحفيزية ، لا يمكن تجاهل تفاعل الحصول على الأكسجين الغازي والهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للماء. تتضمن العملية تكاليف طاقة كبيرة ، لذلك يتم استخدامها بشكل غير منتظم على نطاق صناعي.
معدن البلاتين مع حجم جسيم حوالي 5-10 نانومتر (نانوكلاسترز) يعمل كمسرّع مثالي لمثل هذه العملية. يؤدي إدخال مثل هذه المادة إلى تسريع تحلل الماء بنسبة 20-30 في المائة. تشمل المزايا الأخرى استقرار محفز أول أكسيد الكربون البلاتيني.
في عام 2010تلقى فريق من العلماء الأمريكيين محفزًا رخيصًا يقلل من استهلاك الطاقة لتحليل المياه بالكهرباء. لقد أصبحوا مركبًا من النيكل والبورون ، تكلفته أقل بكثير من البلاتين. تم تقدير محفز البورون والنيكل في إنتاج الهيدروجين الصناعي.
توليف يوديد الألومنيوم
احصل على هذا الملح عن طريق تفاعل مسحوق الألمنيوم مع اليود. قطرة واحدة من الماء تكفي لتعمل كمحفز لبدء تفاعل كيميائي.
أولاً ، يعمل فيلم أكسيد الألومنيوم كمسرّع للعملية. يذوب اليود في الماء ، ويشكل مزيجًا من الأحماض المائية واليودية. يقوم الحمض بدوره بإذابة فيلم أكسيد الألومنيوم ، ويعمل كمحفز للعملية الكيميائية.
تلخيص
كل عام ، يتزايد حجم تطبيق العمليات التحفيزية في مختلف مجالات الصناعة الحديثة. هناك حاجة إلى المحفزات التي تسمح لك بتحييد المواد الخطرة على البيئة. دور المركبات اللازمة لتصنيع الهيدروكربونات الاصطناعية من الفحم والغاز آخذ في الازدياد. تساعد التقنيات الجديدة في تقليل تكاليف الطاقة في الإنتاج الصناعي للمواد المختلفة.
بفضل التحفيز ، من الممكن الحصول على مركبات البوليمر ، والمنتجات ذات الخصائص القيمة ، وتحديث التقنيات لتحويل الوقود إلى طاقة كهربائية ، وتوليف المواد اللازمةحياة الإنسان وأنشطته.
