HETEROGENA KATALIZA

1. HETEROGENA KATALIZA

2. U heterogenom katalitičkom procesu reakcija se odvija između više faza, tj. katalizator i reaktanti nisu istog agregatnog stanja. U najvećem broju slučajeva katalizator je čvrsta supstanca, dok su reaktanti u gasovitom ili tečnom agregatnom stanju.

3. Proces se sastoji iz većeg broja stupnjeva koji podrazumevaju: 1) difuziju reaktanata do površine katalizatora; 2) difuziju reaktanata u unutrašnje pore katalizatora, budući da se u najvećem broju slučajeva reakcija ne odvija na spoljašnjoj površini katalizatora, već u njegovim porama; 3) adsorbciju reaktanata na porama katalizatora; 4) hemijsku transformaciju reaktanata u proizvod; 5) desorbciju proizvoda sa površine katalizatora; 6) difuziju proizvoda izvan katalizatorskih pora; 7) difuziju proizvoda iz granične faze katalizator – reakciona smeše u reakcionu smešu.

4. Efikasnost celog procesa zavisi od efikasnosti svakog pojedinačnog stupnja, međutim, kao što je poznato brzinu reakcije određuje najsporija faza. Imajući u vidu, da je difuzija u pore katalizatora neophodna za odvijanje procesa, dimenzija i struktura pora u velikoj meri određuju aktivnost i selektivnost katalizatora. Sama reakcija u heterogenom ciklusu je direktno povezana sa procesima adsorbcije reaktanata i desorbcije proizvoda. Reaktanti se pri adsorbciji vezuju za takozvane aktivne katalitičke centre. Proces adsorbcije reaktanta na aktivnim katalitičkim centrima podrazumeva fizičku i hemijsku adsorbciju.

5. Za fizičku adsorbciju odgovorne su Van der Waals-ove sile između reaktanata i aktivnih centara. To je reverzibilan, slabo egzoterman proces u kojem ne dolazi do stvaranja hemijskih veza. Generalno, fizička adsorbcija ne rezultira katalitičkom aktivnošću, ali je značajna jer prethodi hemijskoj adsorbciji. Hemijska adsorbcija podrazumeva formiranje hemijske veze između reaktanata i aktivnog centra katalizatora, pa je praćena znatno većim promenama entalpije, koje odgovaraju onim u hemijskim reakcijama. Za razliku od fizičke adsorbcija koja je nespecifična i zavisi samo od aktivne površine katalizatora, hemijska adsorbcija je određena hemijskom prirodom reaktanta i katalizatora (na primer, vodonik se hemijski adsorbuje na niklu, ali ne i na aluminijumu).

6. Iako je hemijska adsorbcija takođe egzoterman proces, za stvaranje hemijske veze između reaktanata i aktivnih centara katalizatora neophodno je uložiti energiju aktivacije zbog čega porast temeperature u najvećem broju slučajeva ubrzava ovaj proces. Hemijska adsorbcija je odgovorna za katalitičku aktivnost, budući da stvaranje hemijske veze između reaktanta i aktivnog centra katalizatora čini reagujuću supstancu znatno reaktivnijom. Stoga, adsorbovane supstance lakše stupaju u hemijsku reakciju, što se ogleda kroz sniženje energije aktivacije u katalizovanom u odnosu na nekatalizovani proces .

7. Uočljivo je dapored energije aktivacije za samu hemijsku transformaciju neophodna i aktivaciona energija za hemijsku adsorbciju reaktanta na aktivnom centru katalizatora (Ea,A*), kao i za desorbciju proizvoda iz pora katalizatora (Ea,P*). Pored toga, važno je zapaziti da se realna energija aktivacije u heteorgenom katalitičkom procesu, koja i podrazumeva energetsku barijeru između adsorbovanog reaktanta i prelaznog stanja (Ea,r), razlikuje od prividne energije aktivacije koja teorijski predstavlja energetsku razliku između slobodnog rektanta i prelaznog stanja (Ea,t).

8. Hemijska adsorbcija supstrata za aktivne centre katalizatora može biti molekulska, ili pak praćena disocijacijom reaktanta, pri čemu se njegovi fragmenti adsorbuju na površini katalizatora. Molekulska adsorbcija se odigrava preko π-veza ili slobodnih elektronskih parova.

9. Pri adsorbciji praćenoj disocijacijom u molekulu reaktanta raskidaju se σ-veze. U velikom broju istraživanja dokazano je da disocijativnoj hemisorbciji uvek prethodi fizička adsorbcija, koja doprinosi slabljenju hemijskih veza u reaktantu.

10. Teško je izvesti generalan zaključak o načinu hemijskog vezivanja nekog supstrata za katalizator, budući da on u značajnoj meri zavisi od tipa katalizatora, temperature i stepena zasićenosti aktivnih centara. Tako se na primer, na sobnoj temperaturi eten adsorbuje na površinu katalizatora u obliku molekula, dok je na visokim temperaturama hemisorbcija praćena disocijacijom. Takođe, na osnovu IR spektara nađeno je da se molekulsko vezivanje CO za površinu metalnog katalizatora može odvijati na različite načine, pri čemu je postanak linearnog kompleksa favorizovan pri viskom stepenu zasićenosti aktivnih centara.

11. Katalizatori u heterogenim katalitičkim procesima Širok spektar supstanci, prelazni metali, oksidi, zeoliti, kiseline i baze vezane za različite čvrste nosače, koriste se kao katalizatori u heterogenim katalitičkim reakcijama. U heterogenoj katalizi, katalizator može biti sama supstanca (katalizator u masi), međutim mnogo češće se katalizator nanosi na neki čvrst nosač (imobilizovani katalizatori). U industrijskoj praksi katalizatori se primenjuju se različitim oblicima: prah, kuglice, granule, prstenovi, mreže, saća.

12. Katalizator u masi Katalizator u masi se koristi kada je aktivna supstanca jeftina, na primer oksidi. Ovi katalizatori se najčešće dobijaju taloženjem. Pored toga, na ovaj način se često proizvode nosači katalizatora.

13. Zeoliti Pored metala i metalnih oksida, zeoliti su supstance koje se najviše primenjuju u heterogenoj katalizi, i to kako u svojstvu katalizatora, tako i u svojstvu nosača. Zeoliti su kristalni hidratisani alumosilikati veoma uređene strukture. Osnovne gradivne jedinice zeolita su silikatni i aluminatni tetraedri, povezani preko kiseonikovih atoma. Ovakvim povezivanjem stvaraju se uređene trodimenzionalne šuplje strukture.

14. U unutrašnjosti šupljina zeolita nalaze se molekuli vode i joni alkalnih ili zemnoalkalnih metala koji neutrališu negativno naelektrisanje koje potiče od aluminatnih jedinica. Stoga se zeoliti predstavljaju opštom formulom M1M2(0,5)[(AlO2)x(SiO2)y(H2O)z], gde su M1 i M2 joni alkalnih i zemnoalkalnih metala. Prisustvo vode, ili protona koji neutrališu negativno naelektrisanje na aluminatnim jedinicama daje zeolitima osobine Brønsted-ovih kiselina.

15. Do sada je otkriveno 45 prirodnih zeolita, koji se razlikuju po sastavu, načinu umrežavnja u trodimenzionalnu strukturu i dimenzijama pora. Za katalitičku aktivnost zeolita odgovorna je njihova strogo uređena struktura sa definisanim dimenzijama pora i kiselost. Porozna struktura i posledično velika aktivna površina, čini zeolite idealnim nosačima imobilizovanih katalizatora.

16. Posle otkrića katalitičke aktivnosti prirodnih zeolita, u cilju povećanja aktivnosti i selektivnosti, širok spektar ovih susptanci sa tačno definisanim dimenzijama pora i kiselošću sintetisan je veštačkim putem. Mogućnost zamene jona alkalnih i zemnoalkalnih metala u šupljinama drugim katjonima, uključujući i H+ jon (čime se znatno povećava kiselost), kao i aluminijuma i silicijuma iz osnovnog kostura zeolita borom, galijumom, gvožđem ili titanom, daje skoro neograničene mogućnosti za modifikaciju svojstava zeolita.

17. Uređena kristalna struktura zeolita sa tačno određenim dimenzijama pora čini zeolite veoma selektivnim katalizatorima, jer u pore mogu difundovati samo molekuli čiji je prečnik manji u odnosu na prečnik pore. Pored toga, dimenzija pora ograničava voluminoznost prelaznog stanja, kao i mogućnost difuzije proizvoda iz pora. Stoga se može reći da je visoka selektivnost zeolita u katalitičkim procesima zasnovana na njihovoj selektivnosti u odnosu na reaktant, prelazno stanje i proizvod. Ova visoka selektivnost zeolita je od posebnog značaja za reakcije na aromatičnim sistemima, kada treba dobiti proizvod sa određenim položajima supstituenata.

18. Široka primena zeolita u heterogenoj katalizi zasnovana je i na činjenici da se joni katalitički aktivnih metala mogu uniformno rasporediti u strukturi zeolita pri jonskoj izmeni sa jonima alkalnih i zemnoalkalnih metala iz pora zeolita. Po potrebi ovi joni se dalje mogu redukovati do elementarnog stanja. Takođe, zamenom jona alkalnih i zemnoalkalnih metala H+ jonima, zeoliti, pogotovu na povišenim temperaturama (300 oC), dostižu kiselost mineralnih kiselina. Ova jonska izmena se obično ne vrši direktno.

19. Zbog svoje velike aktivne površine uzrokovane poroznom strukturom zeoliti se često primenjuju kao nosači katalizatora. Oni utiču na selektivnost katalizatora i kada se koriste kao nosači. Na primer, pri imobilizaciji metalnog katalizatora na zeolitu, metalom se impregniraju pore zeolita. To znači da će do katalitički aktivnog metalnog centra moći da difunduju samo oni molekuli čiji je prečnik manji od dijametra pore zeolita. Ovaj tip katalizatora se na primer primenjuje za selektivnu hidrogenizaciju n-alkena, koji se nalaze u smeši sa račvastim alkenima, jer voluminozniji račvasti alkeni ne mogu difundovati u pore zeolita i dospeti do metalnog katalizatora.

20. Osim što utiču na selektivnost imobilisanih katalizatora, primena kiselih zeolita kao nosača metalnih katalizatora omogućava sintezu bifunkcionalnih katalizatora. U prisustvu ovakvih bifunkcionalnih katalizatora procesi izomerizacije i hidrogenizacije ili dehidorgenizacije ugljovodonika mogu se odigravati u jednom stupnju.

21. Zeoliti su termički stabilni i mogu se upotrebljavati u industrijskim procesima koji se odvijaju na temperaturama do 600 oC. Imajući u vidu da se zeoliti često koriste u procesima u kojima su polazne sirovine ugljovodonici, koji relativno lako polimerizuju i dehidrogenizuju na površini kiselih katalizatora dajući koksni ostatak, koji se taloži i blokira aktivne centre katalizatora, dobra termička stabilnost zeolita omogućava njihovu relativno uspešnu regeneraciju sagorevanjem koksnog taloga.

22. Imobilizovani katalizatori Katalizatori dispergovani na čvrstim nosačima se najviše primenjuju u industrijskim postupcima. Kao čvrsti nosači koriste se supstance sa velikom aktivnom površinom 100-1000 m2/g, kao što su aluminijum-oksid, silika-gel, titan(IV)-oksid, aktivni ugalj, zeoliti, gline (hidratisani alumo- ili alumo Fe- i (Mg)- silikati slojevite strukture), keramika. Aluminijum-oksid Aktivni ugalj

23. Razlozi nanošenja katalizatora na čvrst nosač su višestruki. Prvo, katalitički aktivne supstance su u najvećem broju slučajeva skupi proizvodi. Fiksiranjem katalizatora u fino dispergovanoj formi na odgovarajući nosač sa velikom aktivnom površinom, mnogostruko se povećava aktivna površina katalizatora, a samim time i njegova aktivnost. Na ovaj način postižu se ogromne uštede jer se sadržaj aktivne komponente u ukupnoj masi katalizatora drastično smanjuje, u nekim slučajevima, čak ispod 0,5 %. Pored toga, na ovaj način olakšava se i regeneracija katalizatora i povećava njegova stabilnost.

24. Iako je nosač u odnosu na samu katalitičku reakciju inertan, njegova priroda i struktura značajno utiče na efikasnost procesa. Na primer, dimenzija aktivne površine nosača direktno utiče na aktivnu površinu katalizatora. Stoga se u procesima u kojima je potrebna snažna katalitička aktivacija, kao što je na primer hidrogenizacija upotrebljavaju nosači velikih aktivnih površina. S druge strane, u procesima selektivne oksidacije (na primer epoksidacija alkena) koriste se nosači sa manjim aktivnim površinama, kako bi se smanjila preterana aktivnost katalizatora i sprečile sporedne reakcije.

25. Nosač može biti porozan ili kompaktan. U prvom slučaju površina i pore poroznog nosača se impregniraju katalizatorom, dok se u slučaju kompaktnih nosača, on oblaže tankim slojem katalizatora. Pri nanošenju katalizatora na nosač dolazi do različitih tipova interakcija, od slabih adhezionih sila do hemijskih veza.

26. Impregniranje poroznog nosača katalizatorom izvodi se tako što se nosač uranja u rastvor supstance koja sadrži aktivnu komponentu pod strogo definisanim uslovima koncentracije rastvora, temperature i vremena trajanja procesa. Pre toga nosač se oblikuje u željenu oblik (prsten, mreža, granule). Aktivna supstanca u rastvoru se obično nalazi u obliku jedinjenja koje je termički nepostojano (acetati, karbonati, hidroksidi). Prilikom kontakta sa nosačem dolazi do adsorbcije aktivne komponente na površini i porama nosača. Da bi se postigla efikasnija impregnacija u porama nosača, iz njih se pre impregnacije istiskuje vazduh, vakumiranjem ili tretiranjem sa amonijakom ili ugljenik(IV)-oksidom. Posle impregnacije nosač se vadi iz rastvora i suši. Zatim se isto kao i pri proizvodnji masovnih katalizatora vrši zagrevanje na temperaturu nešto višu od radne temperature procesa u kojem će katalizator biti upotrebljen. Pri tome se nestabilne soli razlažu, i katalizator dobija u obliku oksida. Ukoliko je katalitička vrsta čist metal, one se iz oksida dobija redukcijom pomoću vodonika (razblažen azotom), ugljen-monoksida ili para alkohola.

27. Katalizatori naneseni na kompaktne nosače upotrebljavaju se u reakcijama gde nije potrebna izuzetno velika katalitička aktivnost tj. veoma velika aktivna površina katalizatora. To se posebno odnosi na selektivne oksidacije u kojima bi dalja transformacija u velikoj meri smanjila prinos željenog proizvoda. Kompaktni nosači su najčešće u obliku prstenova ili sfere i imaju visok afinitet prema aktivnoj komponeti, tako da pri kratkotrajnom uranjanju nosača u rastvor aktivne komponente, gotovo trenutno dolazi do obrazovanja tankog filma katalizatora na površini nosača.

28. Nakon toga, katalizator se suši, bez ispiranja, zagreva na temperaturu nešto višu od radne temperature procesa u kojem će biti upotrebljen i konačno, ukoliko je aktivna vrsta čist metal, kao i u prethodnim slučajevima redukuje. Debljina sloja katalizatora na površini kompaktnog nosača obično iznosi 0,1-0,3 mm, tako da je difuzioni put reaktanata izuzetno kratak, što doprinosi bržem vezivanju za aktivni centar i povećava efikasnost celog procesa.

29. Hibridni katalizatori Poseban interes u cilju objedinjavanja individualnih prednosti homogene (selektivnost i aktivnost) i heterogene (lako izdvajanje i regeneracija katalizatora) katalize je heterogenizovanje homogenih katalizatora, koje podrazumeva njihovo fiksiranje za čvrst nosač. Ovakvi katalizatori su u literaturi poznati pod nazivom hibridni katalizatori. Prednosti heterogenizacije homogenih katalizatora ogledaju se u lakšem izolovanju i regeneraciji katalizatora, mogućnosti sinteze multifunkcionalnih katalizatora nanošenjem više aktivnih komponenata na nosač i stabilizaciji visoko reaktivnih koordinativno nezasićenih kompleksa koji teško opstaju u rastvorima.

30. Međutim, sinteza hibridnih katalizatora praćena je nizom poteškoća: - Gubitci u aktivnoj komponenti usled desorbcije i ispiranja. - Smanjenje katalitičke aktivnosti zbog slabije dostupnosti katalitički aktivnih centara supstratu. - Pored toga, da bi koordinaciona sfera aktivnog metalnog centra ostala nepromenjena prilikom heterogenizacije najznačajnijih katalizatora u homogenoj katalizi, kompleksa prelaznih metala, najmanje jedan ligand mora biti zamenjen komponentom iz nosača.

31. U cilju zadržavanja aktivnosti i selektivnosti kompleksa, komponenta iz nosača koja zamenjuje ligand mora biti ista ili veoma slična. To znači da reaktivne grupe koje zamenjuju ligand moraju biti inkorporisane u nosač pri njegovoj sintezi. Međutim, uprkos istovetnosti liganda, heterogenizovani kompleks često ima manju aktivnost, jer prisustvo nosača onemogućava prilaz reaktanta aktivnom centru iz bilo kog pravca.

32. Vezivanje homogenog katalizatora za nosač vrši se jonskom ili koordinativnom vezom. Kao nosači se upotrebljavaju i organski i neorganski materijali. Organski nosači su polimeri koji su derivatizovani različitim funkcionalnim grupama preko kojih se ostvaruje veza sa kompleksom. Najčešće se koriste polimeri sa karboksilnom ili halogenidnom funkcijom.

33. Pored toga, imajući u vidu da su veoma česti ligandi u kompleksima prelaznih metala koji se primenjuju u industrijskoj katalizi fosfini, za imobilizaciju homogenih katalizatora ovog tipa koristi se nosač na bazi polistirena u kojima je benzenov prsten preveden u trifenilfosfin dejstvom fosfor-trihlorida i fenil-litijuma. Trifenilfosfinska grupa iz polistirenskog nosača ima ulogu liganda, čime se omogućava vezivanje kompleksa za nosač.

34. U svojstvu neorganskih nosača upotrebljavaju se jedinjenja sa hidroksilnim grupama. U ovom slučaju se ponekad modifikacija katalizatora u aktivni oblik izvodi i nakon fiksiranja za nosač.

35. Sinteza butanala iz propena i vodenog gasa je industrijski proces koji se široko primenjuje. Iz butanala se dalje procesima aldol-adicije, dehidratacije i redukcije dobija 2-etil-1-heksanol koji se koristi kao plastifikator za ftalatne polimere. Proces hidroformilovanja propena u butanal katalizovan je rodijumskim kompleksom, katalizator u reakciji aldol-adicije su baze ili kiseline, dok se za redukciju nezasićenog aldehida kao katalizator upotrebljava nikl.

36. Sinteza multifunkcionalnog hibridnog katalizatora omogućila je da se ovaj višestepeni proces praktično odigrava samo u dva stupnja. Hibridni katalizator se sastoji od nosača na bazi polistirena čiji su benzenovi prstenovi jednim delom derivatizovani u fosfine, a drugim u amine.

37. Fosfinske grupe iz polistirenskog nosača deluju kao ligandi vezujući rodijumski katalizator koji katalizuje proces hidroformilovanja, dok su bazne aminske grupe na benzenovim prostenovima katalizatori u procesu aldol-adicije butanala. Na temperaturi od 100 oC i pritisku 10-25 bara, pri kojima se reakcija odvija, postali aldol spontano podleže dehidrataciji pri čemu postaje 2-etil,2-heksenal. Konačno, slično kao u Vilkinsonovom procesu fosfinski rodijumski kompleks, pored hidroformilovanja, katalizuje i hidrogenizaciju dvostruke veze u postalom nezasićenom aldehidu vodonikom iz vodenog gasa, koji je polazna sirovina u procesu (aldehidna funkcija ostaje inataktna), tako da se kao konačni proizvod dobija 2-etil-1-heksanal. On se dalje lako redukuje u željeni proizvod 2-etil-1-heksanol.

38. Deaktivacija katalizatora Iako se teorijski katalizator u hemijskom procesu ne troši, niti menja, u praksi zbog niza procesa katalizator podleže promenama. Pri tome njegova aktivnost i selektivnost vremenom opadaju. Deaktivacija katalizatora se obično izražava kao smanjenje katalitičke aktivnosti sa vremenom.

39. Dužina „životnog veka“ katalizatora je od krucijalnog značaja za ekonomsku isplativost industrijskog procesa. Većina industrijskih katalizatora se može regenerisati. Međutim, posle svake regeneracije aktivnost katalizatora se smanjuje, da bi konačno kada njegova aktivnost opadne na granični nivo za efikasnost procesa on morao biti zamenjen.

40. Glavni razlozi smanjenja katalitičke aktivnosti su: - „trovanje katalizatora“, - stvaranje taloga na površini katalizatora koji blokira aktivne centre, - promene u strukturi katalizatora izazvane zagrevanjem (sinterovanje) i - gubici usled isparavanja.

41. Pojam katalitički otrov koji uzrokuje „trovanje katalizatora“ se prvenstveno odnosi na „stranu supstancu“, najčešće primesu u sirovinama ili proizvod sporedne reakcije, koja se snažno vezuje za površinu katalizatora, blokirajući aktivne centre. Najčešći katalitički otrovi u industrisjkim postupcima su olovo, živa, jedinjenja fosfora, sumora i arsena. Trovanje katalizatora može biti reverzibilno ili ireverzibilno u zavisnosti od tipa katalitičkog otrova i reakcionih uslova. Na primer, trovanje katalizatora na bazi nikla sumporom je ireverzibilno ukoliko se odvija na niskim temperaturama, dok se u slučaju trovanja katalizatora sumporom na visokim temperaturama, sumpor može ukloniti i katalizator regenerisati dejstvom vodonika (hidrogenizacija) i vodene pare. Mogućnost trovanja katalizatora se sprečeva udaljavanjem otrova iz sirovina pre uvođenja u proces ili dodatkom promotera koji neutrališe katalitički otrov. Na primer, trovanje katalizatora na bazi nikla sumporom i njegovim jedinjenjima može se sprečiti dodatkom bakar-hromita, imajući u vidu visok afinitet bakra prema sumporu.

42. Pojava taloga na površini katalizatra blokira aktivne centre i doprinosi deaktivaciji katalizatora. Stvaranja taloga na površini katalizatora obično se odvija u procesima u kojima su sirovine nezasićeni ili aromatični ugljovodonici. Naime, u prisustvu različitih tipova katalizatora ova jedinjenja mogu polimerizovati. Na temperaturama iznad 200 oC, pogotovu u prisustvu kiselih katalizatora i katalizatora koji su stimulišu proces dehidrogenizacije, postali polimeri relativno lako podležu dehidrogenizaciji stvarajući ostatak bogat ugljenikom koji se popularno naziva koks. Stvaranje koksa zapaženo je čak i na katalizatorima koji ne stimulišu proces dehidrogenizacije, ukoliko su oni imobilisani na nosaču kiselog karaktera (zeoliti, silika-gel).

43. Razlog ovakvoj pojavi ogleda se u činjenici da polimerni fragmenti relativno lako migriraju sa katalizatora na nosač, koji svojom kiselošću stimuliše nastanak koksa. Koks se taloži na površini katalizatora blokirajući aktivne centre. Regeneracija katalizatora, pod uslovom da je on termostabilan, može se izvesti zagrevanjem na visoku temperaturu pri kojoj koks sagoreva.

44. Katalizatori i nosači katalizatora mogu podleći različitim promenama pri stalnom zagrevanju. Naime, često se u svojstvu nosača kod imobilisanih katalizatora koriste α-oblik alumunijum-oksida i titan-dioksid u obliku anatasa. Oba nosača u zavisnosti od temperature mogu postojati u više formi, koje se razlikuju po strukturnim osobinama. Pri zagrevanju na temperaturu oko 900 oC α-oblik aluminujum-oksida prelazi u γ-formu, dok se transformacija anatasa u rutil odvija već na temperaturi oko 350 oC. Međutim, γ-oblik Al2O3 i rutil imaju znatno manju slobodnu površinu u poređenju sa α-oblikom i anatasom. 350 oC Anatas Rutil

45. Sa porastom temperature povećava se pokretljivost čestica katalizatora i pojačava kontakt između njih, što dovodi do sinterovanja (slepljivanja) čestica katalizatora i smanjenja aktivne površine. Zanimljivo je da zbog malih dimenzija čestica katalizatora, pogotovu u prisustvu gasovitih reaktanata, one postaju vrlo pokretljive, čak i na temperaturama dva do tri puta nižim od tačke topljenja katalizatora.

46. Do ovih termičkih promena katalizatora, osim u samom industrijskom procesu može doći i tokom regeneracije katalizatora, na primer pri uklanjanju taloga koksa sagorevanjem. Termičke promene katalizatora sprečavaju se dodatkom promotera. Regeneracija metalnih katalizatora posle sinterovanja najčešće podrazumeva njihovo prevođenje u isparljivije jedinjenje (na primer platina se prevodi u platina(II)-hlorid), iz kojeg se katalizator relativno lako izoluje, redisperguje i ponovo koristi.

47. Visoke temperature u kataličkim procesima mogu uzrokovati gubitak aktivne komponente usled isparavanja. To se ne odnosi samo na isparljiva jedinjenja, kao što su fosforna kiselina i živa(II)-hlorid. Naime, tokom katalitičkog procesa i neisparljive suspstance, na primer metali, mogu se konvertovati u relativno lako isparljiva jednjenja, okside, hloride ili karbonile. Najpoznatiji primeri su stvaranje isparljivog platina(IV)-oksida pri katalitičkoj oksidaciji amonijaka u prisustvu platina-rodijumske legure, kao katalizatora u Ostwaldom procesu dobijanja azotne kiseline i stvaranje veoma otrovnog, isparljivog nikl-tetrakarbonila, pri sintezi metana iz vodenog gasa (smeša CO i H2) u prisustvu nikla kao katalizatora.

48. Životni vek“ katalizatora može biti produžen dodatkom promotera. Promoteri su supstance koje nisu katalitički aktivne, ali doprinose porastu katalitičke aktivnosti, selektivnosti i stabilnosti katalizatora, tj. povećavaju njegovu efikasnost. Katalizatoru se može dodati jedan ili više promotera, obično u maloj količini (maksimalan sadržaj promotera u masi katalizatora ne prelazi 20 %).

49. U zavisnosti od funkcije razlikuje se nekoliko tipova promotera. Strukturni promoteri direktno utiču na aktivne centre. Oni sprečavaju adsorbciju drugih molekula na katalitički aktivne centre i ometaju odvijanje sporednih reakcija, favorizujući samo jedan način transformacije reaktanta u željeni proizvod. Stoga se može reći da ovaj tip promotera pre svega utiče na selektivnost katalizatora. Teksturalni promoteri povećavaju termičku stabilnost katalizatora sprečavajući sinterovanje (slepljivanje) čestica katalizatora. Promoteri otporni na katalitičke otrove štite aktivni katalizator od nepoželjnih supstanci koje mogu poticati iz polaznih sirovina ili pak biti proizvodi sporednih reakcija. Katalizatori u većini slučajeva sadrže više promoterskih supstanci, čiji efekti se mogu preklapati, pa je u praksi ponekad teško striktno definisati njihovu ulogu.

50. Primeri heterogene katalize u industriji Činjenica da srazmera zastupljenosti heterogene prema homogenoj katalizi u industrijskim postupcima iznosi približno 5:1, najbolje govori o značaju heterogene katalize. Prehrambena industrija Neorganska hemijska tehnologija Organska hemijska tehnologija Tretman otpada Heterogena kataliza Farmaceutska industrija Petrohemija