विषमांगी उत्प्रेरकों का चयन एवं निष्क्रियकरण

विभिन्न सक्रिय घटकों के आधार पर, विषम उत्प्रेरकों को धातु और उसके लवण, धातु ऑक्साइड और मिश्रित धातु ऑक्साइड उत्प्रेरक में विभाजित किया जा सकता है; उनके आकार के आधार पर, उन्हें गोलाकार, छोटे स्तंभ और छत्ते के आकार में विभाजित किया जा सकता है; उनकी तैयारी प्रक्रिया के आधार पर, उन्हें समर्थन का उपयोग करने वालों और समर्थन का उपयोग नहीं करने वालों में विभाजित किया जा सकता है।

ठोस अवस्था वाले विषमांगी उत्प्रेरक बड़े पैमाने पर उत्प्रेरक हानि को रोकते हैं, अपशिष्ट जल से अलग करना आसान होता है, और अच्छी गतिविधि, अच्छी स्थिरता और लघु उपचार प्रक्रिया जैसे फायदे होते हैं;

हालाँकि, विषम उत्प्रेरक चरणों के बीच बड़े पैमाने पर स्थानांतरण होता है, और अपशिष्ट जल और प्रतिक्रिया मध्यवर्ती में निलंबित ठोस उत्प्रेरक कणों को लेपित या अवरुद्ध कर सकते हैं, जिससे निष्क्रियता हो सकती है।

(1) धातु/समर्थित उत्प्रेरक

विषम उत्प्रेरक ऑक्सीकरण प्रौद्योगिकी में, महान धातु उत्प्रेरक का व्यापक रूप से उनकी उच्च गतिविधि, लंबी उम्र और मजबूत अनुकूलनशीलता के कारण उपयोग किया जाता है। सक्रिय घटकों के रूप में पी, पीडी, और आरयू जैसी महान धातुओं से बने उत्प्रेरक में न केवल संगत हाइड्रोकार्बन सोखने वाली साइटें होती हैं, बल्कि बड़ी संख्या में ऑक्सीजन सोखने वाली साइटें भी होती हैं, जो सतह की प्रतिक्रिया के बढ़ने पर तेजी से ऑक्सीजन सक्रियण और हाइड्रोकार्बन सोखना से गुजर सकती हैं। बेहतर फैलाव प्राप्त करने और उपयोग की जाने वाली धातु की मात्रा को कम करने के लिए, उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्रों जैसे कि Al3O2, SiO2, सक्रिय कार्बन, TiO2, CeO2 और ZrO2 वाले वाहक पर धातुओं को सहारा देने के लिए अक्सर संसेचन का उपयोग किया जाता है।

(2) धातु ऑक्साइड/समर्थित उत्प्रेरक

उत्प्रेरक ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं में उत्प्रेरक के चयन के लिए कई कारकों पर विचार करने की आवश्यकता होती है, जैसे समाधान के गुण, उत्प्रेरक की उत्प्रेरक क्षमता और पानी में इसकी थर्मल स्थिरता। इनमें से, धातु ऑक्साइड को उनकी उच्च स्थिरता और अच्छी गतिविधि के कारण अत्यधिक महत्व दिया जाता है।

उनकी स्थिरता के आधार पर, उत्प्रेरकों को निम्नानुसार वर्गीकृत किया जा सकता है: 1. ऑक्साइड जो उच्च ऑक्सीकरण स्थितियों के तहत सबसे अधिक स्थिर होते हैं, जैसे टाइटेनियम ऑक्साइड, वैनेडियम ऑक्साइड, क्रोमियम ऑक्साइड, मैग्नीशियम ऑक्साइड, जिंक ऑक्साइड और एल्यूमीनियम ऑक्साइड; 2. मध्यम स्थिरता वाले ऑक्साइड, जैसे आयरन ऑक्साइड, कोबाल्ट ऑक्साइड, निकल ऑक्साइड और लेड ऑक्साइड; 3. प्लैटिनम, पैलेडियम, रूथेनियम और सोना जैसे ऑक्साइड और उत्कृष्ट धातुओं की अस्थिर उच्च {{3}ऑक्सीकरण {{4}स्थिति।

(3) समग्र ऑक्साइड/समर्थित उत्प्रेरक

उत्प्रेरक गतिविधि विनियमन के पूरक सिद्धांत के आधार पर, मिश्रित ऑक्साइड उत्प्रेरक से उच्च उत्प्रेरक गतिविधि प्राप्त करने की उम्मीद की जाती है। सहक्रियात्मक प्रभाव उत्प्रेरक गतिविधि को बढ़ा सकते हैं और सक्रिय घटकों के विघटन को रोक सकते हैं। उदाहरण के लिए, Fe(III), Pt, या Ru के ऑक्साइड के साथ CoO, CuO, या NiO का संयोजन एक प्रभावी ऑक्सीकरण उत्प्रेरक है।

(1) उत्प्रेरक चयन

उत्प्रेरक का चयन करते समय, आम तौर पर निम्नलिखित विशेषताओं वाले उत्प्रेरक का उपयोग किया जाना चाहिए:

1. तेज ऑक्सीकरण दर और बेहतर चरण संपर्क, जिससे प्रतिक्रिया तेज हो जाती है;

2. गैर-चयनात्मक, पूर्ण ऑक्सीकरण को सक्षम करना;

3. गर्म अम्लीय समाधानों में स्थिर भौतिक रासायनिक गुण;

4. उच्च तापमान पर उच्च गतिविधि और लंबा जीवनकाल, और जहर के प्रति असंवेदनशील;

5. उच्च यांत्रिक शक्ति और पहनने का प्रतिरोध।

(2) उत्प्रेरक समर्थन चयन

उत्प्रेरक समर्थन कणों की संरचना के आधार पर, इसे मोटे तौर पर तीन प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: कण समर्थन, मोटे अनाज वाले समर्थन, और सब्सट्रेट।

उत्प्रेरकों का उपयोग करते समय, आमतौर पर निम्नलिखित बिंदुओं पर विचार किया जाता है:

1. रासायनिक संरचना और फैलाव;

2. सतह के भौतिक रासायनिक गुण {{1} सरंध्रता, सोखना, विद्युत रसायन और यांत्रिक गुण;

3. लोड की जा सकने वाली सक्रिय सामग्री की मोटाई और मात्रा;

4. विशिष्ट शक्ति और स्थिरता;

5. रासायनिक स्थिरता;

6. घर्षण प्रतिरोध, कठोरता, और संपीड़न शक्ति;

7. उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं में भागीदारी।

उच्च गतिविधि और अच्छी चयनात्मकता के अलावा, उत्प्रेरकों के पास अच्छी यांत्रिक शक्ति और स्थिरता भी होनी चाहिए, जिसमें स्थिरता गतिविधि को कम करने की उनकी क्षमता को प्रभावित करती है।

उपयोग की अवधि के बाद, उत्प्रेरक निष्क्रियता का अनुभव करेंगे, मुख्य रूप से उत्प्रेरक सामग्री और कोकिंग के नुकसान के कारण।

उत्प्रेरक हानि निष्क्रियता का एक प्रमुख कारण है। यह हानि मुख्य रूप से पीएच से प्रभावित होती है, जिससे सक्रिय घटक घुल जाते हैं। प्रायोगिक अध्ययनों से पता चला है कि अपशिष्ट जल का पीएच तरल चरण में कार्बनिक पदार्थों के ऑक्सीकरण पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है।

उदाहरण के लिए, विषम ओजोन उत्प्रेरक अम्लीय परिस्थितियों में कम प्रतिक्रिया दर और उच्च निष्क्रियता दर प्रदर्शित करते हैं। पीएच 7 पर उत्प्रेरक हानि न्यूनतम होती है। जब पीएच 7 से अधिक लेकिन 9 से कम होता है, तो कोई उत्प्रेरक हानि नहीं होती है। हालाँकि, जब pH 10 से अधिक होता है, तो प्रतिक्रिया दर कम रहती है। इसलिए, पीएच मान को समायोजित करने से उत्प्रेरक हानि को कम या रोका जा सकता है।

उत्प्रेरक कोकिंग निष्क्रियता का एक अन्य प्रमुख कारण है, जिसे उत्प्रेरक फाउलिंग निष्क्रियता के रूप में भी जाना जाता है। यह मुख्य रूप से उत्प्रेरक सतह पर प्रतिक्रिया के दौरान उत्पन्न कार्बन, नाइट्रोजन और अन्य पदार्थों के जमाव के कारण होता है। इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों ने सत्यापित किया है कि कुछ विषम उत्प्रेरक एक निश्चित समय सीमा के भीतर उच्च गिरावट दर प्रदर्शित करते हैं, जिसके बाद निष्क्रियता होती है। उत्प्रेरक सतह के ऊर्जा फोटोइलेक्ट्रोकेमिकल क्रोमैटोग्राफी (ईएससीए) विश्लेषण से कार्बन जमाव का पता चलता है, जो तरल चरण और उत्प्रेरक सतह में अभिकारकों के बीच संपर्क में बाधा डालता है, जिससे निष्क्रियता होती है।