Penyebab Seleksi Dan Deaktivasi Katalis Heterogen

Berdasarkan komponen aktifnya yang berbeda, katalis heterogen dapat dibagi menjadi katalis logam dan garamnya, oksida logam, dan katalis oksida logam komposit; berdasarkan bentuknya, dapat dibedakan menjadi bentuk bulat, kolom pendek, dan sarang lebah; Berdasarkan proses persiapannya dapat dibedakan menjadi yang menggunakan support dan yang tidak menggunakan support.

Katalis-heterogen keadaan padat sangat mencegah hilangnya katalis, lebih mudah dipisahkan dari air limbah, dan memiliki keunggulan seperti aktivitas yang baik, stabilitas yang baik, dan proses pengolahan yang singkat;

Namun, terdapat perpindahan massa antara fase katalis heterogen, dan padatan tersuspensi dalam air limbah dan zat antara reaksi dapat menyebabkan partikel katalis terlapisi atau tersumbat, sehingga menyebabkan penonaktifan.

(1) Logam/Katalis Pendukung

Dalam teknologi oksidasi katalitik heterogen, katalis logam mulia banyak digunakan karena aktivitasnya yang tinggi, umur yang panjang, dan kemampuan beradaptasi yang kuat. Katalis yang dibuat dengan logam mulia seperti P, Pd, dan Ru sebagai komponen aktif tidak hanya memiliki situs adsorpsi hidrokarbon yang kompatibel tetapi juga sejumlah besar situs adsorpsi oksigen, yang dapat dengan cepat mengalami aktivasi oksigen dan adsorpsi hidrokarbon seiring berlangsungnya reaksi permukaan. Untuk mencapai dispersibilitas yang lebih baik dan mengurangi jumlah logam yang digunakan, impregnasi sering digunakan untuk mendukung logam pada pembawa dengan luas permukaan spesifik yang tinggi, seperti Al3O2, SiO2, karbon aktif, TiO2, CeO2, dan ZrO2.

(2) Oksida Logam/Katalis yang Didukung

Pemilihan katalis dalam proses oksidasi katalitik memerlukan pertimbangan berbagai faktor, seperti sifat larutan, kapasitas katalitik katalis, dan stabilitas termalnya dalam air. Diantaranya, oksida logam sangat dihargai karena stabilitasnya yang tinggi dan aktivitasnya yang baik.

Berdasarkan kestabilannya, katalis dapat diklasifikasikan sebagai berikut: 1. Oksida yang paling stabil pada kondisi oksidasi tinggi, seperti titanium oksida, vanadium oksida, kromium oksida, magnesium oksida, seng oksida, dan aluminium oksida; 2. Oksida dengan stabilitas sedang, seperti oksida besi, oksida kobalt, oksida nikel, dan oksida timbal; 3. Oksida dan logam mulia-oksidasi-tinggi yang tidak stabil, seperti platina, paladium, rutenium, dan emas.

(3) Oksida Komposit/Katalis Pendukung

Berdasarkan prinsip regulasi aktivitas katalitik yang saling melengkapi, katalis oksida komposit diharapkan dapat mencapai aktivitas katalitik yang lebih tinggi. Efek sinergis dapat meningkatkan aktivitas katalis dan menghambat pelarutan komponen aktif. Misalnya, kombinasi CoO, CuO, atau NiO dengan oksida Fe(III), Pt, atau Ru merupakan katalis oksidasi yang efektif.

(1) Pemilihan Katalis

Saat memilih katalis, umumnya katalis dengan karakteristik berikut harus digunakan:

1. Laju oksidasi yang cepat dan kontak fasa yang lebih baik, sehingga mempercepat reaksi;

2. Non-selektif, memungkinkan oksidasi sempurna;

3. Sifat fisikokimia yang stabil dalam larutan asam panas;

4. Aktivitas tinggi dan umur panjang pada suhu tinggi, dan tidak sensitif terhadap racun;

5. Kekuatan mekanik yang tinggi dan ketahanan aus.

(2) Pemilihan Dukungan Katalis

Berdasarkan komposisi partikel pendukung katalis, secara garis besar dapat dibagi menjadi tiga jenis: pendukung partikulat, pendukung berbutir kasar-, dan substrat.

Saat menggunakan katalis, hal-hal berikut biasanya dipertimbangkan:

1. Komposisi kimia dan dispersi;

2. Sifat fisikokimia permukaan-porositas, adsorpsi, sifat elektrokimia dan mekanik;

3. Ketebalan dan jumlah bahan aktif yang dapat dimuat;

4. Kekuatan dan stabilitas spesifik;

5. Stabilitas kimia;

6. Ketahanan abrasi, kekerasan, dan kuat tekan;

7. Partisipasi dalam reaksi katalitik.

Selain aktivitas tinggi dan selektivitas yang baik, katalis juga harus memiliki kekuatan mekanik dan stabilitas yang baik, stabilitas mempengaruhi kemampuannya untuk mendegradasi aktivitas.

Setelah beberapa waktu digunakan, katalis akan mengalami deaktivasi, terutama akibat hilangnya bahan katalis dan kokas.

Hilangnya katalis adalah penyebab utama penonaktifan. Kehilangan ini terutama dipengaruhi oleh pH, ​​yang menyebabkan komponen aktif larut. Studi eksperimental menunjukkan bahwa pH air limbah memiliki pengaruh yang signifikan terhadap oksidasi bahan organik dalam fase cair.

Misalnya, katalis ozon heterogen menunjukkan laju reaksi yang rendah dan laju penonaktifan yang tinggi dalam kondisi asam. Kehilangan katalis minimal pada pH 7. Ketika pH lebih besar dari 7 tetapi kurang dari 9, tidak terjadi kehilangan katalis. Namun, ketika pH lebih besar dari 10, laju reaksi tetap rendah. Oleh karena itu, penyesuaian nilai pH dapat mengurangi atau mencegah hilangnya katalis.

Kokas katalis adalah penyebab utama penonaktifan lainnya, juga dikenal sebagai penonaktifan pengotoran katalis. Hal ini terutama disebabkan oleh pengendapan karbon, nitrogen, dan zat lain yang dihasilkan selama reaksi pada permukaan katalis. Aplikasi teknik telah memverifikasi bahwa beberapa katalis heterogen menunjukkan tingkat degradasi yang tinggi dalam jangka waktu tertentu, diikuti dengan penonaktifan. Analisis kromatografi fotoelektrokimia energi (ESCA) pada permukaan katalis menunjukkan pengendapan karbon, yang menghalangi kontak antara reaktan dalam fase cair dan permukaan katalis, sehingga menyebabkan penonaktifan.