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Catálisis Heterogénea

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Transcript of Catálisis Heterogénea

Catalizadores más comunes
Catálisis Heterogénea
Características de los Catalizadores Heterogeneos
Soporte: Inorgánico o Polimérico
Inertes o con Funcionalidad Ácida o Básica
Metal: Pd, Pt, Ni o Co
Eficiencia catalítica en función de difusión y adsorción, relacionados con naturaleza y estructura del material.

Área superficial (100 a >1000 m2/g)
Distribución del tamaño de poro:
Microporosos (< 1.5 - 2 nm)
Mesoporosos
Macroporosos (> 50 nm)
Usos Generales de los Catalizadores Heterogéneos
Tendencias en la Industria
Avances en el campo de síntesis coloidal
Control fino del tamaño y forma de nanomparticulas metalicas
Estudios cataliticos de la sensibilidad a la estructura en escala nanometrica

Catalizadores en soporte sólido para pasos multiples en sistemas de flujo

Diseño y uso de catalizadores morfoselectivos, regioselectivos y enantioselectivos bajo condicones ambientales poco agresivas (benignas)
Uso de materiales microporosos (Zeolitas,
174 conocidas a 2008)
Tipos más comunes
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
La habilidad de una sustancia para actuar como catalizador en un sistema específico depende de su naturaleza química. En catálisis heterogénea el fenómeno catalítico está relacionado con las propiedades químicas de la superficie del sólido que se ha elegido como catalizador, siendo por supuesto estas propiedades superficiales un reflejo de la química del sólido.
Biól. Nelson Alexander Arreaga Tovar Q. Nora Mayté Sánchez Padilla
Los catalizadores heterogéneos, generalmente óxidos metálicos o metales, pueden dar altas velocidades de reacción, son estables a altas temperaturas y pueden ser fácilmente separados de los productos de reacción. Generalmente su selectividad es baja o no se puede ajustar mucho.
Mundialmente, más del 85% de todos los productos químicos son manufacturados con la ayuda de catalizadores. Virtualmente, todos los metales de transición son catalizadores activos o promotores. Un catalizador heterogéneo metálico típicamente consiste de: un componente metálico activo, un promotor y un soporte. En algunos casos el mismo metal funciona como la fase activa pero esto generalmente se restringe a metales nobles.
El 85% de las reacciones industriales son catalizadas
15-20% de las actividades económicas dependen directamente de la catálisis
El valor comercial aproximado de la catálisis es de $14 billones USD
Los cuatro sectores industriales beneficiados:
Polímeros
Refinería de carbón, petróleo y gas
Manufactura de químicos
Aplicaciones ambientales
Componentes de un catalizador:
Fase activa (Pd, Fe, TiO)
Promotor (BaO)
Soporte (MgO)
Cómo funciona la catálisis heterogénea
Para que la reacción se produzca, uno o más de los reactivos debe difundir a la superficie del catalizador y adsorberse en él. Después de la reacción, los productos deben desorberse de la superficie y difundir lejos de la superficie del sólido. A este proceso se le denomina adsorción disociativa.
La adsorción puede ser de dos tipos:
Química (Quimisorción): la especie adsorbida (quimisorbida) sufre una transformación, más o menos intensa, para dar lugar a una especie distinta.
Física (Fisisorción): la especie adsorbida (fisisorbida) conserva su naturaleza química
La catálisis heterogénea es un fenómeno que ocurre en la superficie.
En términos generales, la catálisis ocurre:
1) Difusión de reactivos a la superficie
2) Adsorción de los reactivos
3) Reacción en superficie
4) Desorción de los productos
5) Difusión de productos hacia la fase fluida
Un buen catalizador debe adsorber lo suficientemente fuerte para hacer reaccionar, pero no tan fuerte que los productos se peguen sobre la superficie.
Catálisis homogénea vs catálisis heterogénea
La catálisis homogénea es usualmente más activa y selectiva que la catálisis heterogénea. Y es más fácil de adaptar para propósitos específicos una vez que se conoce el mecanismo de reacción.
Bibliografía consultada
[1] J. Heveling, “Heterogeneous Catalytic Chemistry by Example of Industrial Applications,” 2012.
[2] B. Cornils, “Concepts in homogeneous catalysis: the industrial view,” Journal of Catalysis, vol. 216, no. 1–2, pp. 23–31, Jun. 2003.
[3] D. Astruc, F. Lu, and J. R. Aranzaes, “Nanoparticles as recyclable catalysts: the frontier between homogeneous and heterogeneous catalysis.,” Angewandte Chemie (International ed. in English), vol. 44, no. 48, pp. 7852–72, Dec. 2005.
[4] J. M. Thomas and W. J. Thomas, “Principles and Practice of Heterogeneous Catalysis.”
[5] A. T. Bell, “The impact of nanoscience on heterogeneous catalysis.,” Science (New York, N.Y.), vol. 299, no. 5613, pp. 1688–91, Mar. 2003.
[6] T. Bligaard, “The d-band model and Heterogeneous Catalysis – Part 1,” 2010.
Propiedades Básicas de un Catalizador Heterogéneo
ACTIVIDAD
Que tan rápido un reactivo clave se consume en una
reacción química.
SELECTIVIDAD
ESTABILIDAD
Resistencia mecánica

Resistencia térmica
Posibilidades para expresar actividad:
1. Expresión de velocidad de reacción
2. Coeficiente cinético
3. Energía de activación
Hidrogenación de un doble enlace carbono-carbono
Conversores Catalíticos
Uso de Óxido de Vanadio (V) en el Proceso de Contacto
Reacción más simple: eteno - hidrógeno con catalizador de Ni
Aplica para cualquier compuesto con doble enlace C-C
P. ej. Hidrogenación de aceites vegetales para hacer margarina
Cambian sustancias tóxicas emitidas por automóviles, como CO y NOx a inofensivas como CO2 y N2.
Capas delgadas de Pt, Pd, Rh sobre un material cerámico
Envenenamiento Catalítico
Pb
Producción de ac. sulfúrico, paso de dióxido de azufre a trióxido de azufre
Uso de catalizadores sólidos para deshidratar y procesar carbohidratos y otros recursos naturales sustentables para generar nuevos químicos y combustibles.

Uso de materiales y reemplazo de metales por aquellos de mas bajo costo.
Metal organic frameworks (MOFs)

Zeolitas
Main applications of MOFs concern: adsorption, gas storage (H2, CO2, etc.), gas separation, acid (Lewis; Brønsted), basic, redox and enantioselective (chirality) catalyses, biomass transformation, biomimetism, enzymes, drug delivery, magnetism, non linear optic, lasers, sensors, luminescence, etc.

In catalysis, the thermal stability and leaching have been a big problem for many years and restrained researches, but now some new systems have been claimed to be stable up to 500 °C.

The MOFs may not replace zeolites in petrorefining but well for fine chemistry under more gentle reaction conditions.
3.2nm
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