Disattivazione dei catalizzatori
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La disattivazione (o deattivazione o decadimento) di un catalizzatore è un processo di degradazione nel tempo di un catalizzatore, a cui è associata una perdita di attività o selettività del catalizzatore stesso.
Cause e conseguenze
La disattivazione di un catalizzatore può avvenire per:[1][2]
- degradazione termica
- sinterizzazione (sintering): agglomerazione di più particelle di catalizzatore, che comporta una diminuzione irreversibile della superficie disponibile allo scambio di materia. Questo fenomeno viene accentuato all'aumentare della temperatura;[3]
- invecchiamento (ageing)[4]
- avvelenamento (poisoning): consiste nell'adsorbimento chimico o fisico indesiderato di un composto chimico (detto "veleno"[5]), che in questa maniera diminuisce irreversibilmente (nel caso dell'avvelenamento chimico) o reversibilmente (nel caso dell'avvelenamento fisico) il numero di siti disponibili. L'entità di questo fenomeno dipende dalla quantità e dalla natura delle impurezze presenti nella corrente alimentata al reattore chimico (detta anche "carica"). Sebbene in genere è indesiderato, talvolta l'avvelenamento viene effettuato di proposito al fine di aumentare la selettività del catalizzatore (a discapito della sua attività).[6]
- sporcamento (fouling): ricoprimento della superficie del catalizzatore da polveri, che diminuiscono l'attività del catalizzatore.
- volatilizzazione dei componenti attivi.
Oltre alla perdita dell'efficienza, un altro svantaggio del fenomeno della disattivazione è associato alla complicazione delle equazioni cinetiche, per cui la modellazione risulta più difficoltosa a causa di questo fenomeno.
Rimedi
I fenomeni di disattivazione del catalizzatore possono essere smorzati utilizzando le seguenti tipologie di reattore:[1]
- reattori a letto mobile (moving-bed reactor)
- reattori a trasporto (straight-through transport reactor o STTR).
Una volta che il catalizzatore è stato disattivato, si può ricorrere alla sua rigenerazione o alla sua sostituzione.[8]
Esempi di veleni per catalizzatori
Viene presentata di seguito una tabella non esaustiva di alcuni catalizzatori, i relativi veleni e i processi industriali in cui è possibile che avvenga l'avvelenamento in questione.[2][9]
| Catalizzatore | Veleno | Processo industriale |
|---|---|---|
| Nichel Raney | acciaio dolce | |
| Alluminosilicati (catalizzatori a base di silice-allumina) | carbonio | cracking del petrolio |
| Catalizzatori metallici dei gruppi 10-11 (Ni, Pd, Pt,[10] Cu) | Elementi dei gruppi 15 e 16 (S, Se, Te, P, As), alogeni, composti del piombo, composti del mercurio, ossigeno, piridina, chinolina | idrogenazione o deidrogenazione |
| Catalizzatori a base di Fe | Elementi dei gruppi 15 e 16 (S, Se, Te, P, As), alogeni, acqua, ossigeno, NO, CO | sintesi dell'ammoniaca |
| Catalizzatori a base di Co | Elementi dei gruppi 15 e 16 (S, Se, Te, P, As), CO | |
| Catalizzatori a base di Pt-Rh | P, As, composti dell'antimonio, Pb, Zn, Cd, Bi, ossidi alcalini | idrogenazione |
| Zeoliti acide | ammoniaca, ammine, alcoli, acqua |
Note
- ^ a b Copia archiviata (PPT), su studenti.dicamp.units.it. URL consultato il 22 giugno 2009 (archiviato dall'url originale l'8 marzo 2016).
- ^ a b Ullmann's, cap. 9.1.
- ^ Il meccanismo di sinterizzazione, che non è voluto nel caso della catalisi, trova invece utilizzo in altri settori che riguardano la scienza dei materiali.
- ^ (EN) IUPAC Gold Book, "catalyst ageing"
- ^ (EN) IUPAC Gold Book, "poison (in catalysis)"
- ^ Wen-Teng Chang, "Selective growth of carbon nanotubes using catalyst poisoning and geometric trench"
- ^ (EN) IUPAC Gold Book, "coking"
- ^ Copia archiviata (PDF), su arpa.fvg.it. URL consultato il 22 giugno 2009 (archiviato dall'url originale il 17 aprile 2012). p.158
- ^ catalyst poison (chemistry) - Britannica Online Encyclopedia
- ^ Ad esempio catalizzatore di Adam (PtO2)
Bibliografia
- Calvin H. Bartholomew, Gustavo A. Fuentes "Catalyst Deactivation 1997", Elsevier.
- (EN) Helmut Knözinger, Karl Kochloefl, Heterogeneous catalysis and solid catalysts [collegamento interrotto], in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, vol. 9, 2002, DOI:10.1002/14356007.a05_313.
Voci correlate
Collegamenti esterni
- (EN) Meccanismi di disattivazione dei catalizzatori, su herkules.oulu.fi.
- (EN) Avvelenamento del catalizzatore da zolfo (PDF), su platinummetalsreview.com. URL consultato il 22 giugno 2009 (archiviato dall'url originale il 24 settembre 2015).
- Invecchiamento e avvelenamento dei catalizzatori (PDF), su chimicando.it.
