A különböző aktív komponensek alapján a heterogén katalizátorok fémre és sóira, fém-oxidokra és kompozit fém-oxid katalizátorokra oszthatók; formájuk alapján gömb-, rövid oszlop- és méhsejt alakúra oszthatók; Előkészítési folyamatuk alapján támasztékot használókra és támaszt nem használókra oszthatók.
A szilárdtest-heterogén katalizátorok nagymértékben megakadályozzák a katalizátor elvesztését, könnyebben elválaszthatók a szennyvíztől, és olyan előnyeik vannak, mint a jó aktivitás, a jó stabilitás és a rövid kezelési folyamat;
A heterogén katalizátorfázisok között azonban tömegátadás történik, és a szennyvízben lévő lebegő szilárd anyagok és a reakció közbenső termékek a katalizátorrészecskék bevonását vagy blokkolását okozhatják, ami dezaktiválódáshoz vezethet.
I. Katalizátorok típusai
(1) Fém/támogatott katalizátorok
A heterogén katalitikus oxidációs technológiában a nemesfém katalizátorokat széles körben használják nagy aktivitásuk, hosszú élettartamuk és erős alkalmazkodóképességük miatt. A nemesfémekkel, például P, Pd és Ru aktív komponensekkel készült katalizátorok nemcsak kompatibilis szénhidrogén adszorpciós helyekkel rendelkeznek, hanem nagyszámú oxigén adszorpciós helyük is, amelyek gyorsan oxigénaktiváción és szénhidrogén adszorpción mennek keresztül a felületi reakció előrehaladtával. A jobb diszpergálhatóság elérése és a felhasznált fém mennyiségének csökkentése érdekében gyakran alkalmaznak impregnálást a fémek megtámasztására nagy fajlagos felületű hordozókon, például Al3O2, SiO2, aktív szén, TiO2, CeO2 és ZrO2.
(2) Fém-oxid/Támogatott katalizátorok
A katalizátorok kiválasztása a katalitikus oxidációs folyamatokban számos tényező figyelembevételét igényli, mint például az oldat tulajdonságait, a katalizátor katalitikus kapacitását és a vízben való termikus stabilitását. Ezek közül a fém-oxidokat nagyra értékelik nagy stabilitásuk és jó aktivitásuk miatt.
Stabilitásuk alapján a katalizátorok az alábbiak szerint osztályozhatók: 1. oxidok, amelyek a legstabilabbak magas oxidációs körülmények között, mint például a titán-oxid, vanádium-oxid, króm-oxid, magnézium-oxid, cink-oxid és alumínium-oxid; 2. Mérsékelt stabilitású oxidok, például vas-oxid, kobalt-oxid, nikkel-oxid és ólom-oxid; 3. Instabil, nagy-oxidációs-állapotú oxidok és nemesfémek, például platina, palládium, ruténium és arany.
(3) Kompozit oxid/támogatott katalizátorok
A katalitikus aktivitás szabályozásának kiegészítő elve alapján a kompozit oxid katalizátorok várhatóan nagyobb katalitikus aktivitást érnek el. A szinergikus hatások fokozhatják a katalizátor aktivitását és gátolhatják az aktív komponensek feloldódását. Például CoO, CuO vagy NiO kombinációja Fe(III), Pt vagy Ru oxidokkal hatékony oxidációs katalizátor.
II. Katalizátor kiválasztásának alapja
(1) Katalizátor kiválasztása
A katalizátor kiválasztásakor általában a következő jellemzőkkel rendelkező katalizátorokat kell használni:
1. Gyors oxidációs sebesség és jobb fáziskontaktus, ezáltal felgyorsul a reakció;
2. Nem-szelektív, lehetővé teszi a teljes oxidációt;
3. Stabil fizikai-kémiai tulajdonságok forró savas oldatokban;
4. Magas aktivitás és hosszú élettartam magas hőmérsékleten, és érzéketlen a mérgekre;
5. Nagy mechanikai szilárdság és kopásállóság.
(2) Katalizátor hordozó kiválasztása
A katalizátorhordozó részecskék összetétele alapján nagyjából három típusra osztható: szemcsés hordozókra, durva-szemcsés hordozókra és szubsztrátumokra.
Katalizátorok használatakor általában a következő szempontokat kell figyelembe venni:
1. Kémiai összetétel és diszperzió;
2. A felület fizikai-kémiai tulajdonságai -porozitás, adszorpció, elektrokémiai és mechanikai tulajdonságok;
3. A betölthető aktív anyag vastagsága és mennyisége;
4. Fajlagos szilárdság és stabilitás;
5. Kémiai stabilitás;
6. Kopásállóság, keménység és nyomószilárdság;
7. Részvétel a katalitikus reakciókban.
III A katalizátor deaktiválódásának okai
A nagy aktivitáson és jó szelektivitáson túlmenően a katalizátoroknak jó mechanikai szilárdsággal és stabilitással is kell rendelkezniük, a stabilitás pedig befolyásolja az aktivitást lebontó képességüket.
Egy bizonyos használati idő után a katalizátorok deaktiválódnak, elsősorban a katalizátoranyag elvesztése és a kokszolás miatt.
A deaktiválás fő oka a katalizátor elvesztése. Ezt a veszteséget elsősorban a pH befolyásolja, ami az aktív komponensek feloldódását okozza. Kísérleti vizsgálatok kimutatták, hogy a szennyvíz pH-értéke jelentős hatással van a folyékony fázisban lévő szerves anyagok oxidációjára.
Például a heterogén ózonkatalizátorok alacsony reakciósebességet és magas dezaktiválási sebességet mutatnak savas körülmények között. A katalizátorveszteség minimális pH 7-nél. Ha a pH nagyobb, mint 7, de kisebb, mint 9, nem történik katalizátorveszteség. Ha azonban a pH 10-nél nagyobb, a reakciósebesség alacsony marad. Ezért a pH-érték beállításával csökkenthető vagy megelőzhető a katalizátorveszteség.
A katalizátor kokszosodása a dezaktiválás másik fő oka, más néven katalizátor szennyeződés dezaktiválása. Ezt elsősorban a szén, nitrogén és a reakció során keletkező egyéb anyagok katalizátor felületén történő lerakódása okozza. Mérnöki alkalmazások igazolták, hogy egyes heterogén katalizátorok magas lebomlási sebességet mutatnak egy bizonyos időn belül, amit deaktiválnak. A katalizátor felületének energetikai fotoelektrokémiai kromatográfiás (ESCA) analízise szénlerakódást tár fel, amely gátolja a folyadékfázisban lévő reagensek és a katalizátor felületének érintkezését, így dezaktivációhoz vezet.