Роль катализатора в современном мире: Роль катализаторов в современном производстве

Содержание

Роль катализатора в химической реакции

Home  / Публикации / Статьи / ТЕОРИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ / Роль катализатора в химической реакции

Существующее до сих пор определение катализатора (Катализаторами называют вещества, увеличивающие скорость реакции. Катализатор проводит реакцию по пути, требующему меньшей энергии активации) не объясняет явление, а только регистрирует внешнее событие. Наше определение  помогает понять природу химических реакций и химической связи, физический  смысл явления катализа.

Условно катализаторы можно разбить на две группы.

К первой группе относятся вещества, которые в условиях реакции дают значительно больше активных частиц ведущих цепной процесс. Наглядные примеры щелочной и кислотный гидролиз сложных эфиров.

Ко второй группе относятся катализаторы, увеличивающие концентрацию промежуточного соединения.

Эти катализаторы образуют комплекс с обеими исходными насыщенными молекулами и электронная изомеризация протекает через промежуточное образование химических связей с катализатором.

AB + K → ABK

ABK + CD → ABKCD

ABKCD → AC + BD + K

где AB и CD являются реагирующими веществами.

Ускорение реакции (каталитическое действие вещества) может быть объяснено следующим образом. В отсутствии  катализатора промежуточным соединением реакции является AB-CD, тогда как в присутствии катализатора — AB-K-CD. Скорость реакции в обоих случаях пропорциональна концентрации промежуточного соединения. Соотношение же между AB-CD (без катализатора) и AB-K-CD будет определяться энергией связи AB-CD и AB-K-CD.

Энергия связи обеих молекул с катализатором гораздо выше, чем их энергия связи друг с другом, поэтому концентрация промежуточных соединений с катализатором гораздо выше, следовательно, выше и скорость реакции.

Такой механизм действия катализатора типичен для биологических систем, в которых катализаторами обычно являются ферменты (энзимы), объединяющие вступающие в реакции молекулы в своих центрах.

Роль химической активации также возрастает с выигрышем энергии в ходе реакции, которая также идет на разрыв слабых связей, что позволяет понять физический смысл правил Семенова — Поляни.

Т.О., механизмы действия катализатора это :

  1. увеличение концентрации  активных частиц в реакционной смеси;
  2. образование промежуточных соединений с обоими из реагентов реакции;
  3. химическая активация.

Как правило, в каталитической реакции присутствуют несколько механизмов.

Значение катализаторов в народном хозяйстве

    Каучук имеет огромное значение для народного хозяйства. Запасы натурального каучука не могли удовлетворить все растущие потребности в каучуке. Встал вопрос о замене натурального каучука синтетическим. В Советском Союзе С. В. Лебедев впервые в мире разработал промышленный синтез каучука из этилового спирта (дивиниловый, или бутадиеновый, каучук). Суть синтеза состоит в получении из спирта в присутствии катализаторов (АЬОз, ZnO) дивинила (бутадиена-1,3) и последующей полимеризации его в присутствии металлического натрия в каучук  [c.316]
    В настоящее время трудно назвать область науки или народного хозяйства, в которой для решения общих и конкретных задач не применялась бы физическая химия. Являясь в основном теоретической наукой, она решает многие практические задачи, непосредственно относящиеся к проблемам научно-технического прогресса энергетическая проблема, решение которой может осуществиться расширением сети атомных электростанций или использованием в качестве топлива газообразного водорода с его предварительным получением при разложении воды под действием падающих квантов света проблема интенсификации химических и фармацевтических производств путем увеличения скорости химических реакций повышение избирательного превращения реагентов в полезные продукты с уменьшением потерь и отходов производства, что связано с изучением и выбором катализаторов.
Одно из важных направлений применения катализаторов — фиксация азота из воздуха. С помощью комплексных соединеиий переходных металлов удалось восстановить азот до аммиака, что имеет большое значение для народного хозяйства. Применением катализаторов удалось значительно сократить продолжительность процесса получения многих синтетических фармацевтических препаратов Важной нерешенной проблемой остается выбор системы растворителей для эффективной экстракции лекарственных веществ нз растительного сырья. 
[c.8]

    ЗНАЧЕНИЕ КАТАЛИЗАТОРОВ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ [c.6]

    Важно подчеркнуть, что изучение ферментов имеет огромное значение для любой фундаментальной и прикладной области биологии, а также для многих практических отраслей химической, пищевой и фармацевтической индустрии, занятых приготовлением катализаторов, антибиотиков, витаминов и многих других биологически активных веществ, используемых в народном хозяйстве и медицине (рис. 4.1). В фармакологии действие многих лекарственных препаратов основано на определенном, хотя часто [c. 115]

    Большое значение в жизни современного обш,ества имеют такие продукты химической промышленности, как серная кислота, аммиак и азотная кислота. Почти все отрасли народного хозяйства потребляют эти вещества или же другие химические соединения, полученные с их помощью. Между тем крупномасштабное производство серной кислоты [5, 12], аммиака [13, 14] и азотной кислоты из аммиака [14] стало возможным только благодаря открытию соответствующих катализаторов (см. табл. 1) и разработке способов их применения. 

[c.13]


    Значение пористых тел в науке и технике трудно переоценить. Практически все адсорбенты и катализаторы являются пористыми телами. Размеры пор могут изменяться в очень широком интервале—от величин, соизмеримых с размерами молекул, до наблюдаемых непосредственно при небольших увеличениях. Пористые материалы широко применяются в различных областях техники и народного хозяйства пористость почв, грунтов и пород имеет определяющее значение для происходящих в них процессах переноса газообразных и жидких веществ.
[c.5]

    Учитывая колоссальные масштабы производства технического водорода и различных технологических газов, можно сделать заключение, что техническое усовершенствование технологического процесса, катализаторов, аппаратуры, улучшение автоматизации, нахождение оптимальных значений ведения процесса и т. д. приносит народному хозяйству огромную пользу. Большинство способов производства технологических газов и технического водорода в настоящее время основано на реакциях окисления газообразных и жидких углеводородов связанным или свободным кислородом при разных давлениях и температурах. [c.3]

    Кроме безвозвратных потерь дорогих и дефицитных природных материалов и реагентов предприятия несут также затраты на сбор, накопление и вывоз отходов в отвалы. Впоследствии эти отходы попадают в почву, водоемы и загрязняют их. Водорастворимые высокотоксичные компоненты производства катализаторов 3 виде неорганических солей, кислот, щелочей, ионов металлов и их оксидов, вымываясь атмосферными осадками из отходов, поступают в открытые и подземные воды.

В связи с этим поиск возможных путей полезного использования в народном хозяйстве отходов катализаторных производств имеет важное народнохозяйственное значение и большую актуальность. [c.2]

    За последние годы благодаря все возрастающему практическому значению элементоорганических соединений наблюдается быстрое развитие их химии и технологии. Элементоорганические соединения нашли применение в различных областях техники и народного хозяйства. Так, простейшие алюминийорганические соединения — алюминийтриалкилы — используют в качестве одного из компонентов комплексных катализаторов для получения ценных изотактических полиолефинов. Некоторые фосфорорганические и оловоорганические соединения оказались эффективными препаратами в борьбе с вредителями сельского хозяйства. Тетраэтил- и тетраметилсвинец все еще применяются как антидетонаторы топлив и т. д. Этот далеко не полный перечень областей использования элементоорганических соединений достаточно убедительно объясняет причины быстрого развития их промышленного производства за последнее время.

[c.312]

    Значение катализаторов и необходимость их применения неоднократно подчеркивалась в решениях директивных органов. В Основных направлениях развития народного хозяйства СССР на 1976—1980 годы сказано Разработать новые производственные процессы с применением высокоэффективных каталитических систем, обеспечивающих повышение производительности основного технологического оборудования . [c.6]

    Имевшее место за последние несколько десятилетий открытие и выделение ряда витаминов в химически чистом виде и последовавшее за этим раскрытие наукой механизма их действия как биологических катализаторов обмена веществ в живом организме представляет собой явление, имеющее исключительно важное социальное значение. Витамины приобретают все возрастающее значение также и для повышения продуктивности животноводства. Стало очевидным, что витамины с огромным эффектом могут быть использованы в народном хозяйстве. В настоящее время отечественная промышленность располагает методами синтеза всех известных витаминов.

Строительство новых витаминных комбинатов и цехов и реконструкция действующих витаминных предприятий позволят к 1970 г. довести мощность заводов до 1300 тонн витаминов. [c.201]

    Решение проблемы использования природных минеральных сорбентов имеет огромное значение. Большая потребность страны в сорбентах для развивающейся нефтяной, химической и пищевой промышленности обусловила широкий размах научно-исследовательских работ по изучению высокодисперсных природных минералов и применению их в качестве адсорбентов и катализаторов в народном хозяйстве. 

[c.271]

    Наряду с развитием большой химии, включающей многотоннажное производство сравнительно ограниченного ассортимента химических продуктов, огромное значение для народного хозяйства и химизации страны имеют продукты малой химии — сложного, главным образом органического, синтеза. Здесь тоннаж продукции сравнительно невелик, но очень велик ассортимент и несравненно сложнее способы синтеза. К таким продуктам относятся вспомогательные вещества для ироизг. одства иолимррпых материалов (катализаторы, [c.26]


    На современном этапе развития народного хозяйства нефтехимическая и нефтеперерабатывающая промышленность заняла очень важное место. Научные основы современных процессов переработки углеводородов нефти и газа заложены в трудах видных отечественных химиков. Были открыты и изучены пути превращения одних углеводородов в другие, развиты основные теоретические положения по катализу и адсорбции и таким образом была создана база для широкого осуществления промышленных процессов химической переработки углеводородного сырья. Широко распространенные каталитические методы иереработки нефти и нефтепродуктов и методы адсорбционной очистки, осушки и разделения газов связаны с применением высокоактивных и высокопрочных катализаторов и адсорбентов. Среди каталитических процессов ведущими пока являются процессы крекинга с применением алюмосиликатных катализаторов, однако в настоящее время «Йольшое значение приобретают цеолиты (молекулярные сита) и катализаторы на их основе.[c.7]

    Они нашли самое разнообразное применение в качестве реакционноспособных мономеров, олигомеров, пластификаторов, антипиренов и катализаторов реакций при получении полимерных материалов, лекарственных препаратов и средств защиты растений, эффективных реагентов, комплексонов, катионитов, экстрагентов и лигандов металло-комплексов. Ис1 ючительно важное значение имеют фосфорорганиче-ские соединения в органическом синтезе. Предлагаемая авторами книга может представить интерес для ученых и инженеров всех отраслей народного хозяйства, связанных с разработкой, производством и применением химических продуктов и материалов. [c.3]

    Химия фосфорорганических соединений за последние два десятилетия переживает период бурного развития. Это связано прежде всего с тем широким применением, которое нашли эти соединения в самых различных областях народного хозяйства. С каждым годом расширяется использование фосфорорганических соединений в качестве инсектицидов, фунгицидов, гербицидов и нематоцидов в сельском хозяйстве, лекарственных препаратов в медицине, мономеров, пластификаторов и стабилизаторов при производстве полимерных материалов, экстрагентов, растворителей, катализаторов, добавок, придающих материалам огнестойкость, улучшающих работу смазочных масел, и др. Большое практическое значение фосфорорганических соединений стимулировало исследования в области дальнейшего развития, расширения и изучения ранее известных реакций, строения и реакционной способности органических производных фосфора, привело к открытию новых путей синтеза и ряда новых интересных реакций. К реакциям этого типа следует отнести и рассматриваемую в обзоре реакцию присоединения фосфорорганических соединений с подвижным атомом водорода фосфинов, неполных эфиров фосфористой, тиофосфористой, фосфинистой и дитиофосфорной кислот, амидов кислот фосфора, фосфорсодержащих соединений с активной метиленовой группой и некоторых других типов соединений. К настоящему времени изучены реакции присоединения их по кратным углерод-углеродным, двойным углерод-кислородной, углерод-азотной, азот-азотной и азот-кислородной связям. В результате этих реакций образуются фосфины разнообразного строения, полные эфиры фосфиновых, тиофосфиновых, дитиофосфорных кислот, алкилфосфиновые и фосфинистые кислоты, эфироамиды фосфорных и эфироимиды фосфиновых кислот, а также некоторые другие типы органических соединений фосфора. Отдельные реакции этого типа, как, например, присоединение фосфинов, фосфористой и фос-форноватистой кислот к карбонильным соединениям, были известны еще в конце прошлого — начале нашего столетия. Однако в последующие годы они или не получили дальнейшего развития, или использование их было крайне ограниченным. Интерес к этим реакциям вновь проявился лишь спустя несколько десятилетий. Ряд новых [c.9]

    Важное значение придается наращиванию выпуска малотоннажной химической продукции, более полному удовлетворению потребностей народного хозяйства в химических добавках для полимерных материалов, текстильно-всиомогательных веществах, консервантах, катализаторах, синтетических красителях, лакокрасочных материалах, моющих средствах, особо чистых химических материалах и реактивах, а также в специальных особо тонких полимерных пленках. [c.42]


Катализаторы в нефтехимии | Научные открытия и технические новинки из Германии | DW

Помнится, в школе нам говорили о том, что существуют вещества, ускоряющие химические реакции, но сами в них не участвующие и не входящие в состав конечных продуктов, и что эти вещества называются катализаторами. Правда, сегодня слово «катализатор» у большинства населения ассоциируется, как правило, с устройством, расположенным в выхлопной трубе автомобиля и предназначенным для снижения токсичности отработавших газов. Между тем, без катализаторов было бы невозможно само наше существование, потому что чуть ли не все биохимические реакции в живом организме протекают лишь в присутствии ферментов, то есть биологических катализаторов.

Современная промышленность также нуждается в катализаторах: без них производственные процессы в химической и перерабатывающей отраслях либо потребовали бы значительно более высоких энергозатрат, либо вообще были бы невозможны. Особую роль катализаторы играют в нефтехимии. Потребность промышленно развитых государств в нефти постоянно растёт – и не только потому, что она является важнейшим энергоносителем, сырьём для получения реактивного и дизельного топлива, бензина, керосина, мазута и масел. Общий ассортимент нефтепродуктов охватывает около полумиллиона наименований и включает лаки и краски, пластмассы и лекарства. Нефть представляет собой сложную смесь парафиновых, нафтеновых и реже ароматических углеводородов, то есть состоит в основном из длинных тяжёлых молекул. Чтобы получить моторные топлива и химическое сырьё, нефть подвергают переработке, протекающей с распадом этих молекул. Эта операция – она именуется крекингом – происходит при одновременном воздействии на нефть высокой температуры и катализаторов – например, алюмосиликатных. Теперь специалисты Научно-исследовательского института органического катализа в Ростоке разработали технологию, в основе которой – новый катализатор, а конечным продуктом реакции являются амины – соединения, молекулы которых наряду с атомами углерода и водорода содержат и атомы азота. Директор института, профессор Маттиас Беллер (Matthias Beller) поясняет:

В природе амины встречаются в форме аминокислот, а также входят в состав наследственного материала. В технике амины являются исходным сырьём для производства полимерных материалов, например, полиуретана, а также для получения биологически активных веществ, используемых в фармацевтике и агрохимии.

Интерес у ростокских учёных вызывают вполне определённые, относительно простые амины, и этот интерес вполне объясним: сегодня объём их производства значительно превышает миллион тонн в год. Исходным сырьём для получения этого класса веществ служат так называемые этиленовые углеводороды, или олефины, молекулы которой представляют собой «открытую», то есть не замкнутую в кольцо, линейную цепь. Профессор Беллер говорит:

Олефиновые смеси образуются в больших количествах при переработке нефти в крекинговых установках. Эти смеси служат очень важным сырьём для химической промышленности. Причём сначала производится их разделение на отдельные компоненты и фракции, а потом эти компоненты перерабатываются – например, в амины и ряд других органических соединений.

До сих пор непосредственное применение находила лишь часть олефинов – более реакционноспособных. Менее реакционноспособные олефины, – а их образуется ничуть не меньше, – приходилось сперва разделять и очищать путём весьма сложных, энерго- и трудоёмких производственных операций. Именно от этих операций и позволяет отказаться разработанная в Ростоке технология. Она предусматривает совместную переработку в амины всех олефинов сразу.

В нашей технологии в реакцию вступают и менее активные олефиновые компоненты. Они дёшевы, потому что образуются в больших количествах, но до сих пор их не удавалось напрямую преобразовывать в амины.

Разработка учёных Ростокского института позволяет существенно упростить нынешнюю технологию: из трёх производственных операций две оказываются ненужными. Это означает, что то же самое количество аминов можно получать, расходуя втрое меньше времени и энергии, чем сейчас. И всё благодаря новому катализатору. Заявка на патент уже подана, но ещё не рассмотрена, и профессор Беллер явно не готов пока вдаваться в детали, ограничиваясь фразой, что особые свойства катализатору придаёт модификация одного из его компонентов.

Опираясь на наше тесное сотрудничество с нефтеперерабатывающей отраслью, а также используя теоретические расчёты, мы так модифицировали нашу систему катализаторов, что она обеспечила нам строго определённую последовательность протекания всего комплекса реакций.

Многие из этих реакций ранее вообще не были описаны наукой, что вызвало немалый интерес у специалистов во всём мире. Но главное достоинство новой технологии всё же в том, что она позволяет получать амины более экономично и экологично. Сегодня ростокские учёные уже вступили в переговоры с ведущими нефтяными концернами относительно широкого внедрения своего катализатора.

Поиском новых катализаторов занимаются и исследователи Института имени Фрица Хабера в Берлине. Вот уже почти двадцать лет прошло с тех пор, как химики впервые узнали о существовании так называемых фуллеренов – особых кристаллических модификаций углерода, молекулы которых имеют форму полого шара, состоящего из 60-ти, 80-ти, 180-ти, 240-ка или даже 560-ти атомов и своей структурой напоминающего микроскопический футбольный мяч. Позднее были открыты – или синтезированы – молекулы углерода в форме трубок, эллипсоидов, клубков и так далее. Особый интерес к фуллеренам объясняется тем, что среди их производных – сверхпроводники, лекарственные вещества и прочие нужные и полезные вещи. А теперь Роберт Шлёгль (Robert Schlögl), научный сотрудник берлинского института, получил своего рода луковицу из углерода. И тоже с весьма необычными свойствами.

Для подавляющего большинства всё новых и новых веществ, производимых химической промышленностью, исходным сырьём служит от силы дюжина основных химикатов. Один из них – стирол, или винилбензол. Годовой объём мирового производства этой бесцветной жидкости с резким запахом достигает 20 миллионов тонн. Стирол – мономер в производстве полистирола, бутадиен-стирольных каучуков, термоэластопластов и многих других продуктов. Сам стирол получают каталитическим дегидрированием этилбензола. Функцию катализатора выполняют оксиды железа – по крайней мере, так считалось до сих пор. Но теперь Роберт Шлёгль неожиданно обнаружил, что это не так. Оказалось, что реакция идёт лишь в том случае, если оксиды железа покрыты тонким слоем углерода. Более того, присутствие оксидов железа вовсе не обязательно: достаточно одного углерода. Правда, не любого, а его вполне определённой кристаллической модификации. Роберт Шлёгль говорит:

Это алмазная пыль, которая возникает в процессе искусственного получения алмазов из графита посредством взрывной технологии. Существует целый ряд заводов по производству алмазов методом детонационного синтеза – прежде всего, в России. Так вот, при этом образуется чёрное вещество, внешне совсем не похожее на алмаз, однако имеющее его кристаллическую структуру. Можно назвать эту сажу отходом производства синтетических алмазов. Речь идёт о количествах, измеряемых сотнями граммов.

Нагревая эту алмазную сажу, Роберт Шлёгль получает миниатюрные луковицы из углерода. Эти частицы представляют собой сложные структуры, состоящие из множества расположенных в несколько слоёв вогнутых чешуек. Именно здесь берлинский учёный и обнаружил те самые структурные элементы, которые выполняют роль катализатора в производстве стирола:

Среди этих углеродных луковичных чешуек и находится в чистом виде та самая идентифицированная нами в качестве катализатора дефектная структура. То есть максимальная плотность активных центров достигается на этом самом углероде. Это позволяет нам сделать два важных вывода: во-первых, мы теперь смогли убедиться в том, что наша гипотеза о химической природе катализатора в данной реакции была верной; а во-вторых, мы получили исчерпывающее представление о том, какую структуру нам следует синтезировать. Ясно также, что получение искусственных алмазом методом детонационного синтеза не может служить промышленным источником углеродных катализаторов в количествах, измеряемых тоннами, – а потребность в этих компонентах именно такова. Тут нам нужно разработать какую-то иную технологию.

Какой метод окажется наиболее эффективным, пока сказать трудно. Однако уже сейчас очевидно: ни совсем плоские чешуйки, ни слишком сильно искривлённые не годятся на роль катализатора. Идеальной пространственной формой оказалась лёгкая вогнутость. Роберт Шлёгль говорит:

Именно эти участки нам и нужны. И мы увеличиваем их количество за счёт того, что стараемся создать в системе оптимальное внутренне напряжение. Если привнести слишком сильное напряжение, получится гомогенно замкнутое тело; такая форма не годится. Если не прикладывать никакого напряжения, то получатся плоские пластины, вообще не имеющие дефектных участков и, как следствие, активных центров, за исключением физической границы чешуйки. Если же выбрать правильное напряжение, в структуре образуется множество мелких дефектов, и это как раз то, что надо.

Луковичные чешуйки из углерода оказались весьма эффективным катализатором в производстве стирола. Они позволили почти две трети объёма исходного сырья превратить в конечный продукт, в то время как для катализатора на базе оксидов железа этот показатель не превышает 50 процентов. Но основное преимущество нового катализатора не в этом. Промышленность рассчитывает на значительную выгоду от внедрения новинки по другой причине. Роберт Шлёгль говорит:

Главный недостаток используемой сегодня стандартной промышленной технологии состоит в том, что катализатор на базе оксидов железа сам по себе не способен обеспечить протекание реакции, он требует десятикратного количества водяного пара. Значит, для производства 20 миллионов тонн стирола приходится производить 200 миллионов тонн водяного пара, совершенно нам не нужного. Достаточно подсчитать, во что обходится производство этого пара, и сразу же становится ясно, каких огромных потерь удалось бы избежать, если бы можно было отказаться от этих бессмысленных энергозатрат. Вот в этом и заключается самое главное достоинство нашей технологии: она вообще не требует водяного пара. То есть тут речь идёт не о том, чтобы несколько сократить энергоёмкость процесса, а о том, чтобы сэкономить всю энергию, которая сегодня расходуется на получение пара.

А кроме того, это означает, что стирол можно будет производить на небольших предприятиях и тем самым уменьшить объёмы транспортировки опасных грузов и связанный с этим риск – ведь стирол, напомню, ядовит.

Дальнейшая переработка стирола связана, как правило, с процессом так называемой полимеризации. Он является одним из основных процессов в производстве пластмасс и состоит в последовательном присоединении молекул мономера к активному центру на конце растущей цепи. Иногда в силу разных причин синтез таких длинных молекул нарушается, и цепи, вместо того, чтобы расти только в длину, начинают ветвиться. Вместо линейных полимеров образуются так называемые дендримеры. До сих пор технологи старались всячески подавить подобные нежелательные реакции. Однако теперь химики обнаружили, что и ветвистые молекулы могут найти широкое применение в промышленности. Группа учёных Боннского университета во главе с Фрицем Фёгтле (Fritz Vögtle) с недавних пор изучает свойства этих молекул, своей структурой напоминающих трёхмерную снежинку или развесистую древесную крону. Получение молекул-дендримеров не представляет особых трудностей, – говорит Фриц Фёгтле:

Преимущество состоит в том, что достаточно синтезировать лишь один фрагмент такого пирога – ядро макромолекулы, – а дальше она растёт сама собой. То есть весь дальнейший синтез уже не требует ни усилий, ни расходов.

Многие полезные свойства дендримеров напрямую вытекают из их структуры. Так, наличие пустот внутри молекул позволяет использовать их в качестве фильтров, пропускающих лишь те частицы, линейные размеры которых не превышают определённой предельной величины. Те же самые пустоты делают возможной и совсем иную сферу применения дендримеров: в них можно как бы «спрятать» те или иные субстанции – например, лекарственные препараты, – и таким образом «протащить» их через такие трудно преодолимые барьеры, как, скажем, оболочка клетки. Дендримеры, способные транспортировать внутрь клетки наследственный материал, уже имеются на рынке. А поскольку на такие молекулы можно навесить и частицы флуоресцентных красителей, они идеально подходят на роль биомаркеров и экосенсоров. Ведь использование именно таких красителей лежит в основе многих методов медицинской диагностики, равно как и технологий природоохранного мониторинга. Фриц Фёгтле говорит:

Внутри дендримеров можно разместить множество флуоресцентных частиц, и это обеспечивает более высокую точность измерений. Кроме того, значительно повышается чувствительность метода. Ведь чем больше частиц красителя вы можете внедрить в маркер, тем в более широких пределах он способен производить измерения.

С недавних пор особый интерес учёных вызывают молекулы не сферической, а цилиндрической формы. При диаметре всего в несколько нанометров такие макромолекулы могут достигать в длину сотен нанометров и относятся, таким образом, к самым крупным молекулам из всех, когда-либо созданных химиками.

По мнению Дитера Шлютера (Dieter Schlüter), профессора химии в Свободном университете Берлина, это открывает перед исследователями новые перспективы:

Работая с такими большими, действительно очень большими молекулами, можно попытаться перекинуть мост между биологией и материаловедением, поскольку мы как бы находимся в той области величин, к которой относятся и биологически активные молекулы или, скажем, вирусы. А это позволяет обратиться к очень интересным вопросам. Так, материаловеды могут попытаться придать какому-то веществу определённые физические свойства, выстраивая их снизу, с молекулярного уровня. Но для этого нужны молекулы такой величины, чтобы можно было использовать вполне определённые технологии и методы исследования – например, атомносиловую туннельную микроскопию.

Эта техника уже сегодня позволяет с помощью очень тонкой иглы изымать из образца отдельные молекулы и переносить их на другое место. Дитер Шлютер тоже говорит о разных сферах практического применения своих цилиндрических молекул – например, в качестве миниатюрных токопроводящих кабелей. Правда, это потребует ещё нескольких лет напряжённого труда.

Владимир Фрадкин, НЕМЕЦКАЯ ВОЛНА

Афганистан: налаживание диалога на основе нейтральности

  Об МККК часто говорят как о нейтральном посреднике. Что это означает на практике в данном конкретном случае?  

На практике это достаточно просто. Вскоре после того, как разразился кризис с заложниками, с нами связалось Посольство Кореи в Афганистане, которое искало надежную возможность для организации переговоров с представителями движения Талибан. Талибы, со своей стороны, выразили желание, чтобы в данной ситуации в качестве посредника действовал МККК. В этой связи мы предложили сторонам свои услуги, подчеркнув при этом, что наша роль не будет подразумевать прямого участия в переговорах.

Мы наладили контакт между сторонами, и они договорились о форме переговоров и о тех практических шагах, которые необходимо было предпринять для организации первой встречи.

Затем МККК выступил с предложением о проведении переговоров в офисе Афганского Красного Полумесяца в Газни, что оказалось приемлемым для обеих сторон. Основной причиной такого выбора стало то, что вышеназванный офис Афганского Красного Полумесяца расположен в провинции, доступной для представителей обеих сторон.

Присутствие делегатов МККК определило нейтральность места ведения переговоров. Все носители оружия в Афганистане, включая силы правительства и иностранные силы, получили уведомление со стороны МККК о том, что встреча пройдет в данном конкретном месте. В результате переговоры были организованы с согласия всех сторон и прошли при полной открытости.

В конечном итоге, МККК оказал содействие в перевозке заложников и их передаче корейским властям в соответс твии с положениями принятого сторонами соглашения.

  Каковы реальные преимущества нейтральности?  

МККК предлагает свои услуги в качестве нейтрального посредника в связи с тем, что это является частью мандата организации. Благодаря нашей многолетней работе по оказанию помощи жертвам вооруженного конфликта в Афганистане, вне зависимости от их национальности и от того, к какой стороне они принадлежат, мы приобрели широкую известность и сумели завоевать доверие и уважение всех сторон, с которыми мы поддерживаем постоянный диалог.

Другие организации также могли бы сделать то, что сделали мы, но для противоборствующих сторон выбор МККК в качестве нейтрального посредника при разрешении данного кризиса был очевидным. Нейтральность организации позволила создать базу для диалога, и помогла людям успокоиться. Мы очень рады благополучному исходу этой ситуации и освобождению 21 заложника, хотя мы не должны забывать и том, что двое заложников все же были казнены.

  Некоторые инциденты с захватом заложников, в разрешении которых участвовал МККК, закончились трагедией. Чем вы объясняете успешный исход операции в Афганистане?  

Давайте не будем преувеличивать наши заслуги. В данной конкретной ситуации переговорщики с обеих сторон понимали пределы компетенции МККК и отдавали себе отчет в том, что организация выступает исключительно в роли нейтрального посредника. Безусловно, переговоры были сложными, поскольку они продолжались около 20 дней. Однако, единственное, что имеет значение, — это то, что кризис закончился, и что для заложников все обернулось благополучно.

МККК выступил здесь в роли катализатора. Этот случай еще раз показывает, что существование нейтральных и независимых организаций – насущная необходимость в современном мире, котор ый сегодня как никогда поляризован и разобщен. За поселение месяцы МККК выступал в роли нейтрального посредника в Колумбии, Эфиопии и Нигере.

Светодиодное освещение на ферме – залог хорошего производства!

Правильное освещение объектов для содержания сельскохозяйственных животных играет не последнюю роль в получении продукции с высокими показателями качества, что неоднократно подтверждено учеными исследованиями.

В современном мире постоянно ведется работа по улучшению производительности в животноводстве, наращиванию экономической эффективности, повышению производственных показателей продукции: надоев, привесов и длительному сохранению продуктивности животных. 

Работы по повышению производительности скота ведутся постоянно, но их эффективность будет крайне мала, если не обеспечить соответствующую поддержку современным освещением на ферме. Одним из основных факторов является создание и поддержание на должном уровне комфортных условий для жизни животных.


Каким бы генетическим потенциалом не обладало поголовье животных, данный потенциал не будет реализован на практике, если в помещениях для содержания не будет смонтировано современное освещение, правильно отрегулированное и адаптированное к определенным параметрам, полезным для животных.

«Правильный» свет выступает в роли катализатора обмена веществ у животных, улучшает энергетический обмен организма. В условиях низкой освещенности или короткого светового дня замедляется и подавляется синтезирование белков и отложение его в органах и тканях, что неизбежно ведет к снижению привесов и замедлению роста, низкой молокоотдаче и торможению процесса развития животных.

Недостаток освещенности неизбежно приводит к ослаблению костного скелета или патологиям в костных тканях, отложению жиров в мышечных тканях, ожирению и неправильной работе внутренних органов.

Каким должно быть освещение

Освещение на животноводческих фермах обязательно должно иметь ночной и дневной режимы, а также определенную продолжительность светового дня.

Средняя продолжительность зимнего дня на территории России составляет примерно 8 часов, что катастрофически мало для организма животных, даже если ферма оборудована окнами, пропускающими большое количество солнечного света в помещение. 

Потребности животного организма в полной мере удовлетворяет только 12-16 часовая продолжительность светового дня, что доказано в научных трудах известных европейских и американских специалистов. При таком световом периоде продуктивность стада увеличивается до 15% за счет повышенного потребления кормов и их качественной переработке желудочно-кишечным трактом. 

Освещенность помещения, в котором содержатся животные, в светлое время суток должно составлять в идеале 200 люкс. Возможно снижение до 160 люкс в отдельных углах, если нет возможности выставить свет равномерно. Измерения проводятся прибором под названием «люксметр» на высоте полуметра от пола.

Осветительные лампы и светильники

Помочь увеличить световой день в помещениях, где содержатся животные, призваны многочисленные осветительные приборы различных конструкций и мощности потребления электрической энергии.

Обычно в коровниках, свинарниках и на птицефермах используются:

  • Обычные лампочки, осветительным элементом в которых является нить накаливания. Это самый недорогой светильник, но света производит мало при большой потребляемой мощности. 90 процентов потребляемой энергии не освещают ферму, а преобразуются в тепловую энергию.

  • Люминесцентные светильники потребляют мало энергии, стоят недорого, обладают большей светоотдачей, но имеют существенный недостаток – в прохладном помещении световая эффективность у них резко снижается, потери могут составлять более шестидесяти процентов.

  • Ртутные лампы обладают хорошим белым светом, полезным для животных, но затраты на их утилизацию высоки.

Наилучшими показателями в настоящее время для применения в этой области обладают светодиодные приборы. Равномерное распределение светового потока в нейтральном спектре способствует сохранению здоровья животных и птиц. Ведь очень важно, чтобы освещение в птичнике и загонах было на высоком уровне.

Каким бывает искусственное освещение на животноводческих комплексах

В животноводческих комплексах наряду с животными постоянно находятся и люди, выполняющие работы по обслуживанию, уходу и охране. Для обслуживающего персонала и сохранения здоровья также важны комфорт и безопасные условия, предоставить которые может только установка качественного освещения, в соответствии с требованиями и нормативами, прописанными в СНиП.

Искусственное освещение на птицефермах и  животноводческих комплексах делится на следующие виды:

  • Общее рабочее. В местах содержания животных и там, где люди выполняют свои должностные обязанности.

  • Дежурное. Включается в ночное время в помещениях, где находятся животные.

  • Аварийное. Устанавливается на случай возникновения неисправности в общей сети.

  • Охранное. Освещает территорию и подходы к территории животноводческого комплекса в темное время суток.

Недостаток естественного света обязательно должен корректироваться добавочным искусственным освещением для поддержания должного здоровья животных.

Какими особенностями должны обладать светильники на фермах

Для того, чтобы осветительная система фермы работала без перебоев и потерь светового потока, необходимо, чтобы светильники обладали следующими достоинствами:

  • Повышенная устойчивость к агрессивным химическим веществам, содержащимся в виде влажных паров в воздухе помещения, где находится большое количество животных. К таким веществам относятся пары аммиака и испарения ядовитых веществ, которые вырабатываются вследствии периодически проводимых дезинфекционных мероприятий и санитарных обработок.

  • Легкая и безопасная очистка осветительных приборов от загрязнений и пылевого налета при помощи техники для профессионального мытья без демонтажа системы освещения.

  • Надежная работа светильников в условиях частых переключений и смене режимов освещенности.

  • Ночная работа светильников должна предусматривать освещение в красном спектре. Этого требуют физиологические потребности организмов животных.

Удовлетворяют всем этим требованиям в полной мере и при этом позволяют значительно сэкономить затраты на потребление электрической энергии только системы освещения, собранные на основе светодиодов.

Основное достоинство светодиодов – создавать световой поток при минимальном потреблении электрической энергии.

Что такое светодиод

Светодиодом или светоизлучающим диодом называют полупроводник, или сказать проще — кристалл, который при пропускании через него электрического тока начинает испускать видимый световой поток. Выращивается из химических элементов. Для осветительных приборов используются кристаллы, излучающие холодный белый, просто белый и теплый белый цвета. Для эксплуатации светодиода нужен электрический ток малой мощности, обычные значения от полутора до четырех вольт.

Сельскохозяйственные светильники DS-Tube

Светодиодный светильник DS-Tube разработан компанией специально для устройства освещения в сложном микроклимате помещений для сельскохозяйственных животных. Световой спектр устройства подобран таким образом, чтобы оказывать благотворное воздействие на рост, здоровье и размножение. Светильник не боится влажных паров и механического воздействия, обладает длительным периодом эксплуатации.

Светодиодный светильник DS-TUBE

   

Конструктивные особенности осветительного прибора обладают рядом достоинств:

  • Обеспечение длительного периода бесперебойной работы в условиях постоянного испарения большого количества влаги.

  • Полная водонепроницаемость позволяет своевременно очищать их от пыли, грязи и пуха под сильным потоком проточной воды.

  • Внешний защитный корпус из высокопрочного поликарбоната устойчив к механическим воздействиям и коррозии, к парам соединений аммиака.

  • Светодиоды в приборе не содержат вредных для здоровья животных и людей веществ, не испаряют ядовитых окислов, в том числе и ртутных паров.

  • Не греются в процессе эксплуатации и не отдают излишки тепловой энергии в помещение.

  • Безопасны в работе и не предполагают затрат на дорогостоящую утилизацию.

Срок службы светодиодных приборов DS-Tube не менее 75 тысяч часов.

Преимущества в сравнении с другими лампами

В сравнении с ДРЛ или ДНаТ обладают выраженными преимуществами:

  • Коэффициент полезного действия на порядок выше. Экономия электроэнергии составляет до 60 процентов.

  • Регулирование светового потока осуществляется в диапазоне от 0 до 100%

  • Даже после выработки срока службы светодиодные светильники сохраняют способность излучать до трех четвертей светового потока в сравнении с первоначальным.

  • Корпус герметичен, устойчив к внешним механическим воздействиям.

  • Нет необходимости трат на расходные материалы. Источником световой энергии служат светодиодные линейки, а не лампы.

  • Драйвер обеспечивает защиту от короткого замыкания и перепадов напряжения до 1кВ.

  • Пульсация составляет не более 4%.

  • Спектр светового излучения подобран в соответствии с потребностями животных.

Может использоваться для внутреннего и внешнего освещения.

Преимущества использования светодиодных систем освещения на животноводческих комплексах

В отличии от освещения, построенного на основе ламп накаливания, люминесцентных или ртутных, монтаж светодиодного освещения обладает следующими полезными особенностями и преимуществами:

  • Светодиодные светильники могут быть по желанию заказчика оснащены аварийным блоком питания. В таком случае не потребуется нести затраты на установку и монтаж аварийной системы освещения.

  • В условиях постоянного включения-выключения светодиоды не выходят из строя, и служат на порядок дольше, чем люминесцентные или лампы накаливания при прочих равных условиях.

  • Световые характеристики светодиодных светильников менее подвержены снижению в процессе длительной эксплуатации. Срок службы составляет более 75 тысяч часов.

  • Светодиодные приборы работают на низковольтном напряжении, что существенно повышает безопасность персонала или животных от поражения, вызванного ударом электрического тока.

  • Светодиодные светильники имеют самый высокий класс экологической безопасности. Для них не требуется специальная программа утилизации.

  • Высокая устойчивость к механическим нагрузкам, вибрациям и повреждениям является основной конструктивной особенностью, позволяющей длительную эксплуатацию в непрерывном режиме.

  • Отсутствие мерцательного периода при запуске, быстрый и беззвучный пуск не подвергают нервную систему животных дополнительному стрессу.

  • Материальные затраты на монтаж системы освещения из светодиодных светильников могут быть значительно снижены при применении метода сквозного монтажа.

Опытным путем в процессе эксплуатации на объектах, оснащенных новейшим светодиодным освещением, было установлено, что затраты на установку нового осветительного оборудования для предприятия полностью окупаются за полтора года эксплуатации за счет повышения рентабельности производства.

Выбирайте светодиодное освещение с умом!

Заказать бесплатную консультацию и светорасчёт вы можете заполнить форму здесь:


 Мы поможем вам подобрать оптимальное решение для вашей фермы! 

Стратегия развития: будущее европейского катализа

Сулимов А. В.,
Орлов А.В.,
Сергеев С.Ф.,
Овчарова А.В.

Нижегородский государственный
технический университет им. Р.Е. Алексеева,
Нижний Новгород,

Sulimov A.V.,
Orlov A.V.,
Sergeev S.F.,
Ovcharova A.V.

Nizhny Novgorod State
Technical University n.a. R.E.Alekseev,

E-mail: [email protected]

Подавляющее большинство химических процессов, активно эксплуатирующихся в промышленных масштабах, являются каталитическими. В связи с этим в современных условиях сложно переоценить роль катализатора. Сейчас катализ является одной из наиболее динамично развивающихся отраслей, которую с уверенностью можно назвать двигателем устойчивого развития химического направления. Жесткие требования экологического и экономического характера диктуют настоятельную необходимость создания новых, эффективных, экологически чистых и ресурсосберегающих технологий. Успешный дизайн таких процессов напрямую зависит от катализатора, от его природы, способности селективно ускорять целевые реакции, времени жизни, возможности реактивации и рециркуляции. На заре становления данного направления к каталитически активным контактам применялось только одно требование — катализатор должен ускорять реакцию, то на сегодняшний день катализатор это «умная» система. Такие контакты должны селективно ускорять целевые реакции, быть технологичными, легко отделяться от реакционной массы и реактивироваться, они должны быть экологичными и не создавать трудностей, связанных с их утилизацией. В этой связи исследование данного направления является актуальной задачей. В обзоре рассматривается инициатива Европейской комиссии по активизации деятельности в области катализа — ключевого направления будущего устойчивого развития Европы. Обсуждается тематический европейский кластер по катализу и его основной результат — Европейская дорожная карта по науке и технологии европейского катализа.

Ключевые слова: катализ, катализатор, возобновляемые источники сырья, циркуляционная экономика, энергоэффективность, перспективные технологии.

DEVELOPMENT STRATEGY: THE FUTURE OF EUROPEAN CATALYSIS

The vast majority of chemical processes that are actively used on an industrial scale are catalytic. In this regard, in modern conditions it is difficult to overestimate the role of the catalyst. Now catalysis is one of the most dynamically developing industries, which can surely be called the engine of sustainable development in the chemical field. Strict environmental and economic requirements dictate the urgent need to create new, efficient, environmentally friendly and resource-saving technologies. The successful design of such processes directly depends on the catalyst, on its nature, the ability to selectively accelerate target reactions, the lifetime, the possibility of reactivation and recycling. At the dawn of the development of this direction, only one requirement was applied to catalytically active contacts — the catalyst must accelerate the reaction, now the catalyst is a «smart» system. Such contacts should selectively accelerate target reactions, be technologically advanced, easily separated from the reaction mass and reactivated, they should be environmentally friendly and not create difficulties associated with their disposal. In this regard, the study of this direction is an urgent task. The review examines the initiative of the European Commission for the revitalization of catalysis, a key direction for the future sustainable development of Europe. The thematic European cluster on catalysis is discussed and its main result is the European roadmap on science and technology of European catalysis.

Keywords: catalysis, catalyst, renewable sources of raw materials, circulation economy, energy efficiency, promising technologies.

Введение

На современном этапе своего развития, как впрочем, и в относительно недавнем прошлом химическая промышленность была мощным двигателем индустриального, социального и экономического развития общества и государства в целом. С другой стороны, постоянное стремление исследователей, инженеров к использованию новых типов сырья и передовых технологий способствовало развитию и самой химической отрасли. Однако ряд событий имевших место быть как в государственном устройстве, так и в обществе в целом определяли наличие экономических циклов и переходных периодов [1]. По мнению экспертов Европейского союза, на сегодняшний день есть довольно много предпосылок, свидетельствующих о том, что мы находимся в очередном переходном периоде развития химического производства [2,3]. История убедительно показывает, что некогда успешные предприятия, не сумевшие своевременно адаптироваться к изменяющимся рыночным условиям, быстро теряли свои лидерские позиции зачастую полностью уходя в небытие. В этой связи особую актуальность приобретают вопросы сохранения конкурентоспособности химической промышленности. А обеспечение ее устойчивого развития в отдаленной перспективе требует определенных усилий уже на текущем этапе [4]. Сегодня на наше общество глубоко влияют передовые материалы и современные технологии, о которых в прошлом даже и не задумывалось человечество. Они помогли повысить уровень нашей жизни и открыть перед нами новые горизонты. Достижения последних десятилетий ставят новые задачи перед человечеством. Ключевым элементом успеха в будущем является разработка новых материалов и технологий уже в настоящем. Сложность все больше проникает в наш мир и простые механические технологии все чаще заменяются невидимыми и интеллектуальными материалами и технологиями с индивидуальными свойствами. Парадоксальность ситуации заключается еще и в том, что производителям химических продуктов приходится конкурировать не только на рынке производимой продукции, но и в сырьевом сегменте. Количество природных ресурсов не безгранично, рациональное и эффективное использование сырьевых источников становится очень актуальным. Все это диктует настоятельную необходимость прогнозирования потребностей науки и техники, которые могут поддерживать конкурентоспособность в этой стратегической области на долгие годы.

Одним из эффективных рычагов оптимизации и разработки новых химических процессов, имеющий неограниченный потенциал роста, является катализ.

Современная роль катализа

Катализ является давним фактором, обеспечивающим устойчивость и конкурентоспособность химического вектора, и по этой причине он играет ключевую роль в формировании будущего данного направления. Катализ помимо того, что играет решающую роль во многих существующих экологически чистых технологиях, он является одним из самых перекрестных и ключевых дисциплин в химической технологии. Каталитические материалы имеют важное значение для уменьшения экологических нагрузок. Различные каталитические системы, применяемые в химической промышленности, помогают сделать продукцию более экологически чистой, сократить выбросы CO2, решить ряд энергетических проблем.

Катализаторы и каталитические процессы прямо или косвенно относятся к 20-30% мирового ВВП [5]. Производство катализаторов в Европе имеет важное экономическое значение. Суммарный объем европейского рынка катализаторов на 2012 г. оценивался примерно 16.3 млрд. долларов. Ожидается, что глобальный рынок катализаторов к 2024 году достигнет 34,3 млрд. долларов (средний годовой темп роста составит 3,5%) [6].

Из 50 крупнейших химических веществ, производимых в настоящее время, 30 производятся с использованием каталитических технологий. Ежегодный совокупный объем выбросов углекислого газа в атмосферу от наиболее крупных предприятий, производящих эти 50 веществ составляет более 20 миллиардов тонн. На производство 18 продуктов приходится около 80% спроса на энергию и 75% выбросов парниковых газов [7].

По оценкам IEA [7] оптимизация существующих и применение новых каталитических систем и связанных с ним процессов могут снизить энергоемкость этих продуктов на 20-40%. В абсолютном выражении эти усовершенствования могут сэкономить колоссальные затраты энергии и в значительной степени уменьшить эмиссию диоксида углерода по сравнению со сценарием «как обычно».

«Зеленая» и устойчивая будущая экономика резко зависит от прорывных открытий в области катализа, которые направлены на повышение энергоэффективности существующих процессов и повышения их экологичности. В текущем переходе от ископаемого топлива к возобновляемому сырью катализатор может играть ключевую роль на различных технологических этапах. Катализ является самым междисциплинарным и всеобъемлющим фактором в химической промышленности. Подтверждением тому является тот факт, что для эффективного проведения каталитического процесса требуется его исследование в многомерном масштабе, от уровня единичной молекулярной реакции на каталитически активном участке (нм-шкала) до нескольких метров — масштаб промышленного каталитического реактора.

Кроме того, катализ охватывает несколько стратегических секторов (от энергетического до производства материалов и продуктов питания), включая его одну из важных ролей в области охраны окружающей среды (защита от промышленных и муниципальных выбросов, квалифицированная утилизация отходов и пр.). Развитие катализа и разработка новых энергоэффективных, экологически чистых и ресурсосберегающих технологий является ключевым звеном экономики, обеспечивающим стабильный рост и устойчивость химической промышленности в целом.

Европа является ведущим игроком как в академических исследованиях по катализу, так и в промышленном внедрении катализаторов, но это лидерство все более ослабевает в условиях стремительно растущих экономик, таких как Китай, или зрелых, но все еще инновационных экономик, таких как США или Япония. Европейское лидерство в области катализа постепенно ослабляется все еще существующей разрозненностью, недостаточной координацией между мероприятиями общеевропейского характера и мероприятиями отдельных стран этого региона, иногда резким сокращением средств для фундаментальных исследований во многих европейских странах и отсутствием крупномасштабных инфраструктур, посвященных катализу.

Чтобы справиться с этими проблемами и решить эти и дальнейшие стратегические задачи для Европы, Европейская комиссия запустила тематический европейский кластер по катализу [8], объединив проекты, финансируемые ЕС, и другими заинтересованными сторонами в этой и тесно связанных областях. Основная цель этой стратегической кластерной инициативы — лучше интегрировать фрагментированные мероприятия в Европе, создавая синергию между проектами, финансируемыми ЕС, и другими участниками, а также предоставить информацию о будущих исследовательских потребностях в Европейскую комиссию.

Европейский кластер по катализу

Кластер, в который входят более 450 ученых со всей Европы, рассматривается как открытая и динамично развивающаяся платформа, доступная всем игрокам и заинтересованным сторонам, как из академических кругов, так и инженерно-технических работников, деятельность которых направлена на катализ и его применение [8].

Помимо составления всеобъемлющего Компендиума [9] всех финансируемых Европейским союзом проектов в области катализа, координации и интеграции деятельности участников ЕС, одним из основных результатов Кластера была подготовка единого документа «Европейской Дорожной карты по науке и технологии катализа. Путь к созданию устойчивого будущего». Проект «дорожной карты» был предметом широких консультаций и согласований, в которых участвовали многие университеты, организации, компании и даже отдельные ученые со всей Европы. В настоящее время «дорожная карта» европейского катализа опубликована [10]. Мировому научному сообществу она была представлена на обсуждение на различных научных мероприятиях (например, на 6th European Association for Chemical and Molecular Sciences (EuCheMs) — the European Conference on Chemistry; Seville, Spain, Sept.  2016 и 16th International Congress on Catalysis (ICC) — the world conference on catalysis, Beijing, China July 2016).

Европейская дорожная карта по науке и технологии катализа

Разработанная «дорожная карта» охватывает три основных направления. Первая часть посвящена анализу современного состояния и возможным сценариям развития химического производства. Стоит отметить, что в этой части проводится более широкое рассмотрение вопросов химической технологии, не ограничивающихся только известными каталитическими процессами. Основной упор делается на переход на возобновляемые источники сырья и энергии и в этой связи определяются основные пути трансформации и обсуждаются критические элементы, характеризующие изменение. Этот раздел представляет общий интерес для всех исследователей химии и энергетики и ниже он будет рассмотрен более подробно.

Вторая часть «Дорожной карты» посвящена выявлению фундаментальных целей в области каталитической химии. Основные задачи, которые обсуждаются в этом разделе, могут быть сформулированы следующим образом:

1) катализ для решения эволюционирующих энергетических и химических задач;

2) катализ для более чистого и устойчивого будущего;

3) разработка комплексных катализаторов селективного действия (совершенствование и дизайн новых катализаторов, понимание катализаторов как на микро-, так макроуровне, расширение концепций катализа).

Третья часть посвящена стратегическим исследованиям и плану реализации фундаментальных задач в области катализа. Этот раздел, в частности, основан на уже существующих дорожных картах и документах по катализу, среди которых стоит упомянуть «Научная и технологическая дорожная карта для катализа в Нидерландах» [11] и «Дорожная карта исследований катализа в Германии», [12], разработанные соответственно в Нидерландах и Германии.

Эта третья часть согласовала, объединила и обновила существующие «дорожные карты». Безусловным достижением этого раздела является контекстуализация каталитического направления в более общей перспективе для Европы. Это должно способствовать более глубокому взаимодействию и интеграции академических и производственных кругов из разных частей ЕС. «Дорожная карта» нацелена на то, чтобы лучше определить приоритеты и задачи будущих исследований по катализу и подчеркнуть его влияние на общество и устойчивое промышленное производство в Европе. Связанная с этим цель заключается в максимизации социальных и экологических последствий путем разработки улучшенных каталитических материалов и процессов. Чтобы справиться с этими задачами, необходимо стимулировать и усиливать синергию между результатами фундаментальных исследований и их последующим технологическим воплощением. Релевантные аспекты, рассматриваемые здесь, включают интеграцию новых каталитических материалов, молекулярной химии и биологических наук. Успешная реализация новых каталитических решений и технологий требует интеграции (междисциплинарный подход) знаний и опыта из фундаментальных областей (химии, физики, биологии, математики и т. д.) в прикладную (промышленную химия и т. д.). Интеграция априорного теоретического моделирования с исследованиями in situ / operando для понимания механизмов реакции, подготовка катализаторов на наномасштабном уровне, современная микрокинетика и моделирование реактора являются примерами текущих тенденций в катализе, которые необходимо перевести на более высокий уровень. Другая задача состоит в том, чтобы использовать единый подход для гомогенного, гетерогенного и биокатализа. Все эти аспекты являются элементами общей проблемы «каталитического дизайна».

Долгосрочная перспектива для развития катализа

В настоящее время область катализа переходит от описания к предсказанию. Востребован более рациональный подход к разработке новых каталитических материалов для химических процессов. Важными элементами такого подхода являются компьютерное моделирование каталитических процессов и передовые синтетические подходы, направленные на сборку катализаторов на молекулярном уровне.

Первый раздел «Дорожной карты» представляет собой долгосрочное видение, основанное на анализе развития химических производств. Он определяет долгосрочные стратегические цели, но затрагиваемые в этом разделе вопросы во многом лежат вне самого катализа. Здесь определены следующие основные факторы устойчивого развития химического и энергетического секторов:

1. Изменение взаимосвязей энергетической химии [13] — необходимость перехода к возобновляемым источникам энергии (солнечная энергия, энергия ветра, воды и пр.) и уменьшение доли углеродсодержащего сырья, используемого в энергетических целях, более широкое использование возобновляемого растительного сырья.

2. Изменение системы хранения энергии, переход на новый уровень химического хранения энергии, позволяющий вести торговлю возобновляемыми источниками энергии в мировом масштабе [14].

3. Новая организация нефтеперерабатывающих заводов, биоперерабатывающих заводов и биозаводов. [15]

4. Использование водорода в качестве возобновляемого источника энергии и повышение роли CO2 в качестве ключевого источника углерода.

5. Увеличение роли метанола, не только как важнейшего продукта химической технологии, но и широкое его использование как источника энергии.

6. Использование новых возможностей — химию сланцевого газа и биогазовую химию.

7. Солнечная химия (солнечные панели, фотоэлементы и пр.).

Последний пункт — это область, также обсуждаемая в недавнем документе EuCheMS и Deutsche Forschungs-gemeinschaft (DFG, Немецкий исследовательский фонд) как видение будущего устойчивого развития химии [16].

Для реализации представленных выше задач, требуются не только новые катализаторы, но также и новые технологии, материалы и процессы. В качестве фонового лейтмотива для многих из этих тем есть возможность перехода к циркуляционной и симбиотической экономике, которая сводит к минимуму использование энергии ископаемого топлива, сырья и практически исключает выбросы углекислого газа. Последний может стать кроссовером новой циркуляционной экономики, которая уже начинает появляться и на промышленном уровне.

В «дорожной карте» описывается видение будущего, а также ряд приоритетов и пробелов в науке и технике для его реализации. Среди краткосрочных аспектов существует настоятельная необходимость энергетической трансформации, которая может быть привлекательной возможностью для бизнеса при условии ее правильной организации. Примером может служить внедрение энергетического сектора на основе СО2, который позволит создать систему торговли возобновляемыми источниками энергии во всем мире с потенциальным эффектом сокращения выбросов различных парниковых газов, что, к тому же, будет способствовать улучшению экологической обстановки и стабилизации климата.

В более долгосрочной перспективе необходимо пересмотреть химические процессы, чтобы свести к минимуму использование ископаемых видов топлива особенно с точки зрения возможности применения возобновляемых источников энергии. Это означает, что для разработки новых процессов, обусловленных нетрадиционными триггерами, такими как электроны, фотоны, излучения, генерируемые плазмой, реактивные частицы и др., потребуется, например, концептуально новый тип катализаторов, который способен избирательно контролировать пути реакции в присутствии этих высокоэнергетических систем. Выделение энергии будет фактором устойчивого развития в дополнение к селективности по отношению к углероду и по этой причине требуются новые подходы в дизайне катализаторов. В среднесрочной перспективе необходимы новые каталитические материалы для эффективной переработки солнечного света и технологий преобразования возобновляемого сырья, при этом биомасса находит свою нишу в качестве источника биотоплива и зеленых материалов.

Выводы

Рассмотренные вопросы четко указывают на необходимость переосмысления катализа для решения этих новых задач. В «дорожной карте» подчеркивается важность индивидуального подхода к созданию новых материалов с целью более глубокого понимания механизма работы катализатора на молекулярном уровне. Это позволит ускорить движение к разработке каталитических систем, способных более эффективно выполнять каталитические функции с учетом всевозрастающих экологических требований.

Разработанная «дорожная карта» и деятельность Европейского кластера катализа [8], подкрепленная исследованиями и инновациями DG (Директивные промышленные технологии) Европейской комиссии, имеют амбициозную цель — определить новый путь для создания устойчивого будущего, посредством катализа, особенно в отношении целей Horizont 2020 (h3020, Рамочная программа ЕС по исследованиям и инновациям), но не ограничивается только этим аспектом. Этот процесс будет проходить снизу вверх, поскольку он начинается с национальных «дорожных карт» и материалов по всей Европе с участием научных кругов, промышленности и различных организаций. Результатом является более широкое видение и определение стратегий решения задач, стоящих перед промышленностью и обществом в настоящий промежуток времени.

Это отражается на растущей значимости катализа не в качестве инструмента, а в качестве одной из проблем и стимулирующих факторов для достижения общественных целей и общей цели «революции промышленного производства» и связанных с ней областей: карбонизация и энергетика, циркуляционная экономика. Катализ имеет решающее значение для более эффективного использования ресурсов (сырья, воды и т. д.) и энергии (включая возобновляемые источники энергии) и для реализации циркуляционной экономики путем минимизации отходов и максимального использования ресурсов, включая повторное использование двуокиси углерода. Все эти аспекты подробно отражены в «дорожной карте», которая, таким образом, становится способом совместного (общеевропейского) исследования и направлена на создание предпосылок реального индустриального возрождения. Одновременно она также способствует решению социальных и экологических проблем, создавая необходимые предпосылки перехода от линейной модели экономики к циркуляционной.

Список литературы

  1. Cavani F., Centi G., Perathoner S., Trifir F. Sustainable Industrial Chemistry: Principles, Tools and Industrial Examples. Weinheim: Wiley-VCH, 2009.
  2. Valencia R.C. The Future of the Chemical Industry by 2050. Weinheim: Wiley-VCH, 2013.
  3. Stolten D., Scherer V. Transition to Renewable Energy Systems. Weinheim: WileyVCH, 2013.
  4. Lanzafame P., Centi G., Perathoner S. Catalysis for biomass and CO2 use through solar energy: opening new scenarios for a sustainable and low-carbon chemical production. Chem. Soc. Rev. 2014. vol. 43. P. 7562–7580.
  5. The European Chemical Industry Council (CEFIC), European chemistry for growth. Unlocking a competitive, low carbon and energy efficient future. Bruxelles: Cefic, 2013.
  6. R. Starling, Hydrocarbon Eng. URL: https://www.energyglobal.com/downstream/refining/
  7. 09062016/catalyst-market-to-reachus343-billion-by-2024—3488/ (дата обращения: 09. 11.2018).
  8. International Energy Agency (IEA), Technology Roadmap. Energy and GHG Reductions in the Chemical Industry via Catalytic Processes. Paris: IEA, 2013.
  9. European Cluster of Catalysis. URL: http://www.catalysiscluster.eu (дата обращения: 13.11.2018).
  10. Catalysis Cluster-Compendium. URL: http://www.catalysiscluster.eu/nanocatalyst-cluster-compendium (дата обращения: 12.10.2018).
  11. European Roadmap on Science and Technology of Catalysis. A path to create a sustainable future. URL: http://http://www.suschem.org/cust/documentrequest.aspx?DocID=1062 (дата обращения: 21.10.2018).
  12. Catalysis-Key to a Sustainable Future Science and Technology Roadmap for Catalysis in the Netherlands. URL: http://http://www.niok.eu/en/wp-content/files/catalysis-key-to-a-sustainable-future-web1.pdf. (дата обращения: 02.11.2018).
  13. Roadmap for Catalysis Research In Germany. Catalysis. A Key Technology for Sustainable Economic Growth. URL: https://dechema.de/dechema_media/Katalyse_Roadmap_2010_en-p-3334-view_image-1called_by-dechema-original_site-dechema_eV-original_page124930.pdf. (дата обращения: 14.11.2018).
  14. Abate S., Centi G., Lanzafame P., Perathoner S. The energy-chemistry nexus: A vision of the future from sustainability perspective. J. Energy Chem. 2015. vol. 24. P. 535–547.
  15. Abate S., Centi G., Perathoner S. Chemical energy conversion as enabling factor to move to a renewable energy economy. Green. 2015. vol. 5. P. 43–54.
  16. Abate S., Lanzafame P., Perathoner S., Centi G. New Sustainable Model of Biorefineries: Biofactories and Challenges of Integrating Bio‐and Solar Refineries. ChemSusChem. 2015. vol. 8. P. 2854–2866.
  17. EuCheMS (The European Federation of Catalysis Societies), White Paper on Solar-driven Chemistry. URL: http://www.euchems.eu/solar-driven-chemistry (дата обращения: 26.10.2018).

Элитарное образование и социальная ответственность

3 февраля 2014

Эксклюзив

Заведующая кафедрой английского языка №5 Лилия Раицкая — о том, что такое социальная ответственность элит и элитарного образования и почему она важна для нормального функционирования общества.

В современном общественном сознании элитарное образование связано с целым рядом противоречивых мифов — от недостижимости и притягательности до полного социального неприятия. Вследствие такого положения сами элитарные учебные заведения постоянно стремятся к высшим, часто недостижимым научно-образовательным, социальным и духовно-нравственным ориентирам.

Элитарное образование существует в любом обществе, формирующем элиты. К последним современная наука относит ту часть общества, которая отличается особыми достижениями и общественным признанием и представители которой принадлежат к самым разным политическим, профессиональным, социальным группам населения.

Элитарность — свойство объективного характера, которое формируется под влиянием целого ряда факторов. Уникальность учебного заведения и образования, которое можно в нем получить, историческое положение и роль учебного заведения, его профессура и научно-педагогические кадры, выпускники и их роль в общественно-политической и экономической жизни общества, отношение к учебному заведению, его престижность, качество образования, востребованность выпускников обществом и экономикой — эти и другие аспекты играют определяющую роль в том, что учебное заведение воспринимается как элитарное. Практически в любой профессиональной сфере есть ведущие университеты и академии, которые могут быть отнесены к такого рода институтам. Но в ряде случаев учебное заведение соединяет в себе причастность к ряду элит и играет особую роль в образовательной системе государства. В обществе со временем создаются мифы, связанные с подобными университетами. Именно такое восприятие элитарности исключает возможность для нового учебного заведения объявить себя элитарным; элитарность представляется категорией исторической.

Современное общественное восприятие элитарности, как правило, ориентировано на бизнес- и политическую элиты. В условиях происходящего в последние годы размывания ценностей и изменений морально-этических норм, когда меритократические ориентиры почти полностью сменились аномией, социальной дезориентацией особенно молодого поколения, отсутствием принятой широкими общественными кругами национальной идеи, — понимание элиты практически свелось к основному узкому значению слова (как части общества, осуществляющей руководство политическими и экономическими институтами общества и владеющей или распоряжающейся значительной частью национального богатства, а также части общества, имеющей широкую известность, например, эстрадные певцы, актеры, медийные «селебритиз» и проч. ).

Вместе с тем, этот термин может иметь и, к сожалению, сегодня часто имеет негативное значение, когда речь идет о социальной группе, имеющей исключительное положение в негативном контексте, например, криминальная элита и другие аналогичные маргинальные группы. Но в то же время меритократическое значение элитарности также отошло на второй план. Высокий профессионализм, академические заслуги, ученые степени и звания в обществе все в меньшей степени ассоциируются с элитой в широком понимании. Данная часть общества воспринимается в лучшем случае как научная, или академическая, элита, но не как элита вообще. То же относится к элитам в различных профессиональных сферах, где общественное восприятие сводится к пониманию ведущей роли данной группы профессионалов, но которая зачастую не воспринимается как элита.

Для социума элита (вернее, элиты) во всем своем многообразии играет роль своеобразного ориентира, примера, наиболее активной части общества, имеющей в тоже время социально-политический или иной вес в обществе, влияющей на вектор развития страны, устанавливающей морально-этические ориентиры. Образование, которое транслирует потребности общества, представляет собой механизм по передаче социального опыта и социальных ориентиров молодому поколению. Та часть образовательной системы, которая может считаться элитарной, по сути, транслирует социальный опыт элит и воспроизводит элиту в новых поколениях.

Для благополучного эволюционного развития общества важно соответствие потребностей и ожиданий общества в отношении той роли, которую элита играет в обществе. А элита через социальные механизмы влияет на общество, придавая ему тот или иной импульс движения. Когда элита играет роль катализатора эволюционных процессов, способствует развитию и процветанию общества, в том числе в духовно-нравственной области, общество не вступает в противоречие с элитой. Отношение к такой элите может быть определено как положительное.

В ситуациях, когда элиты преследуют свои интересы, никак не связанные, а часто противоречащие широким общественным интересам, и реализуют их за счет общества, не играя более роль своеобразного «локомотива» в общественном сознании, возникает противоречие между обществом и элитой.

Социальная ответственность элит определяется, во-первых, их высоким социальным положением и влиянием на социум, во-вторых, их собственным высоким развитием, которое и определяет их ведущую роль во всех областях общественной жизни.

Элитарное образование (кроме характеристик, которые позволяют подготовить эту часть молодого поколения к выполнению целого ряда социальных функций в качестве элиты) должно транслировать в полной мере самые высокие и актуальные для данного периода истории морально-этические нормы общества, которые позволяют самой развитой (по определению) части общества находиться во главе общества и не вступать с этим обществом в конфликт. Понимание и полное принятие того, что от профессиональной, экономической и проч. деятельности каждого человека, получающего элитарное образование, зависит будущее и благополучие страны, общества, других людей, должно стать частью учебно-воспитательного процесса в университете. Будущий профессионал в любой сфере, в том числе и в общественно-политической и экономической, получая высшее профессиональное образование, не только формирует и развивает собственные профессиональные компетентности, но и проходит соответствующую стадию возрастного развития личности — взросление, когда окончательно складывается мировоззрение, определяются ценности, а молодой человек становится сформировавшейся личностью. Именно в университетах, относящихся к элитарным, молодой человек имеет возможность наряду с самым лучшим образованием получить и социальный опыт, необходимый для собственного всестороннего личностного развития, имея возможность профессионального и личностного общения с ведущими учеными и профессорами, представителями различных элит, ровесниками, которые в основной массе представляют элиты страны.

По определению академика РАО А.Новикова, элитарное образование характеризуется рядом аспектов: системой «естественного» отбора, обучением на высоком уровне сложности, высоким уровнем самостоятельности, четкой профессиональной ориентацией, разносторонностью развития, общением с выдающимися людьми, развитием лидерских качеств, традициями. Если продолжить данный перечень, то важнейшим базовым компонентом, который очевидно связан с высоким личностным развитием, является социальная ответственность как важная часть духовно-нравственных ценностей на высоком для данного общества уровне.

Точка зрения авторов, комментарии которых публикуются в рубрике
«Говорят эксперты МГИМО», может не совпадать с мнением редакции портала.

Источник: Портал МГИМО

Коммерческое использование данной информации запрещено.
При перепечатке ссылка на Портал МГИМО обязательна.

Катализатор — Энциклопедия Нового Света

Катализатор на Saab 9-5.

Чтобы произошла химическая реакция, требуется определенное минимальное количество энергии, называемое ее энергией активации . Если вещество может снизить эту энергию активации, не изменяясь и не расходуясь во время реакции, оно называется катализатором или каталитическим агентом . Действие катализатора называется катализом .

Катализатор снижает энергию активации, обеспечивая альтернативный путь протекания реакции.При этом катализатор заставляет реакцию протекать быстрее и при более низкой температуре, чем некатализируемая реакция. Кроме того, если данная реакция может производить множество продуктов, катализатор может помочь направить реакцию на образование определенной подгруппы продуктов.

Катализаторы играют важную роль в биологических системах и промышленных процессах. В живых организмах ферменты катализируют многочисленные биохимические реакции, поддерживающие жизнь и участвующие в росте и репродуктивных функциях.В промышленности катализаторы используются для широкого спектра производственных процессов, включая производство аммиака, серной кислоты, полимеров и заменителей нефтепродуктов. В промышленно развитых странах, возможно, наиболее известным примером использования катализаторов является каталитический нейтрализатор, устройство, расщепляющее вредные вещества в выхлопных газах автомобилей. Исследования катализа и использования катализаторов продолжают оставаться в центре внимания многих исследователей в области естественных и прикладных наук.

В более общем смысле термин катализатор может применяться к любому агенту (включая человека или группу), который вызывает ускоренные изменения.Например, кого-то можно назвать «катализатором политических изменений».

История и этимология

Термин катализ был введен в 1835 году Йонсом Якобом Берцелиусом, который отметил, что некоторые химические вещества ускоряют реакцию. Слово происходит от греческого существительного κατάλυσις, связанного с глаголом καταλύειν, означающим «растворять», «аннулировать», «развязывать» или «подбирать».

Примерно в то же время химик Александр Мичерлих говорил о «контактных процессах», а Иоганн Вольфганг Доберейнер говорил о «контактном действии».Доберейнер работал над использованием платины в качестве катализатора и изобрел зажигалку, которая воспламенялась от воздействия водорода на платиновую губку. Эта зажигалка, названная лампой Доберейнера, имела огромный коммерческий успех в 1820-х годах.

Общий каталитический процесс

Катализатор участвует в одной или нескольких стадиях реакции, но обычно он не является реагентом или продуктом общей реакции, которую он катализирует. Исключением из этого правила является процесс, известный как автокатализа , в котором продукт реакции действует как катализатор реакции.Вещество, тормозящее действие катализатора, называется ингибитором ; тот, который ускоряет действие катализатора, называется промотором .

Катализатор может реагировать с одним или несколькими реагентами с образованием промежуточного химического вещества, и это промежуточное соединение впоследствии вступает в реакцию с образованием конечного продукта реакции. В общем процессе катализатор регенерируется. В качестве альтернативы катализатор может обеспечивать поверхность, к которой прикрепляются реагенты, облегчая их реакцию, сближая их. Образующиеся продукты высвобождаются из катализатора.

Рассмотрим следующую схему реакции, в которой C представляет катализатор, A и B — реагенты, а D — продукт реакции A и B.

A + C → AC (1)
B + AC → ABC (2)
ABC → CD (3)
CD → C + D (4)
Здесь, 9004 катализатор (С) расходуется реакцией на первой стадии, но регенерируется на четвертой стадии.Таким образом, общую реакцию можно записать в виде:

A + B + C → D + C

Типы катализаторов

Катализаторы могут быть как гетерогенными, так и гомогенными. Биологические катализаторы (или биокатализаторы) часто выделяют в отдельную группу.

Гетерогенный катализатор — это катализатор, находящийся в фазе, отличной от фазы реагентов. Например, твердый катализатор можно использовать в жидкой реакционной смеси. С другой стороны, гомогенный катализатор находится в той же фазе, что и реагенты.Например, катализатор может быть растворен в жидкой реакционной смеси.

Гетерогенные катализаторы

Простая модель гетерогенного катализа включает катализатор, создающий поверхность, на которой реагенты (или субстраты) временно адсорбируются. [1] Химические связи в субстрате становятся достаточно ослабленными для создания новых связей. По мере образования продуктов они относительно слабо связываются с катализатором и поэтому высвобождаются. Известны различные возможные механизмы реакций на поверхности в зависимости от того, как происходит адсорбция.

Например, рассмотрим процесс Габера для производства аммиака из азота и водорода. В этом случае мелкодисперсное железо выступает в роли гетерогенного катализатора. Поскольку молекулы реагентов (водорода и азота) связываются с катализатором, этот процесс связывания имеет два эффекта: во-первых, молекулы сближаются ближе, чем они были бы в газовой фазе; во-вторых, их внутренние связи ослабевают. Таким образом, катализатор позволяет молекулам реагентов реагировать быстрее, чем если бы они оставались в газовой фазе.

Гомогенные катализаторы

При гомогенном катализе сам катализатор может быть преобразован на ранней стадии реакции, а к концу реакции регенерирован. Примером может служить расщепление озона свободными радикалами хлора (свободными атомами хлора). Свободные радикалы хлора образуются при воздействии ультрафиолетового излучения на хлорфторуглероды (ХФУ). Эти свободные радикалы реагируют с озоном с образованием молекул кислорода, а свободные радикалы хлора регенерируются.Ниже приведены некоторые из простейших реакций.

CL + O 3 → CLO + O 2
CLO + O 3 → CL + 2 O 2

Биологические катализаторы

В природе ферменты являются катализаторами биохимических реакций, протекающих в живых организмах. Большинство ферментов являются белками, но некоторые ферменты, называемые рибозимами , состоят из РНК. Было обнаружено, что некоторые молекулы ДНК, называемые дезоксирибозимами , обладают каталитической активностью. Кроме того, некоторые антитела, обычно получаемые искусственно, обладают каталитической активностью и называются абзимами .

Энергетика реакций

Катализаторы обеспечивают альтернативный механизм химической реакции — механизм, который снижает энергию активации по сравнению с некатализируемой реакцией. Это означает, что катализаторы уменьшают количество энергии, необходимой для начала химической реакции. Кроме того, «переходное состояние» (нестабильное промежуточное соединение), образующееся реагентами во время катализируемой реакции, обычно отличается от состояния, образующегося во время некаталитической реакции.

Диаграмма энергетического профиля справа показывает, что катализированный путь (красный) имеет более низкую энергию активации, чем некаталитический путь (синий). Кроме того, это показывает, что чистое изменение энергии для всей реакции одинаково, независимо от того, используется катализатор или нет.

Таким образом, катализаторы могут позволить реакциям протекать с гораздо большей скоростью, определенными специфическими способами или при более низких температурах. Кроме того, некоторые реакции протекают только в присутствии катализатора.

Катализаторы не могут обеспечить энергетически невыгодные реакции.Они не оказывают никакого влияния на химическое равновесие реакции, потому что скорость прямой и обратной реакции в равной степени зависит от катализатора.

Производной единицей СИ для измерения «каталитической активности» катализатора является катал (моль в секунду). В биохимии каталитическую активность фермента измеряют в единицах фермента.

Активность катализатора также может быть описана номером оборота (TON).В энзимологии число оборотов определяется как максимальное количество молей субстрата, которое фермент может превратить в продукт на каталитический центр (фермента) в единицу времени. В других химических областях число оборотов (TON) определяется как количество молей субстрата, которое может преобразовать моль катализатора до того, как катализатор станет инактивированным. Термин частота оборота (TOF) используется для обозначения оборота в единицу времени, как в энзимологии.

Отравление катализатора

Катализатор может быть отравлен, если другое соединение (подобное ингибитору) изменяет его химически или связывается с ним и не высвобождает его.Такие взаимодействия эффективно уничтожают полезность катализатора, поскольку он больше не может участвовать в реакции, которую должен был катализировать. Обычными каталитическими ядами являются свинец, сера, цинк, марганец и фосфор.

Приложения

По некоторым оценкам, 60 процентов всех промышленных химических продуктов требуют катализаторов на каком-либо этапе их производства. [2] Наиболее эффективными катализаторами обычно являются переходные металлы или комплексы переходных металлов.

Каталитический нейтрализатор автомобиля является хорошо известным примером использования катализаторов. В этом устройстве в качестве катализаторов могут использоваться платина, палладий или родий, поскольку они помогают расщеплять некоторые из наиболее вредных побочных продуктов выхлопных газов автомобилей. «Трехкомпонентный» каталитический нейтрализатор выполняет три задачи: (а) восстановление оксидов азота до азота и кислорода; б) окисление монооксида углерода до диоксида углерода; и (c) окисление несгоревших углеводородов до двуокиси углерода и воды.

Другими примерами катализаторов и их применения являются следующие.

  • Массовое производство полимера, такого как полиэтилен или полипропилен, катализируется агентом, известным как катализатор Циглера-Натта, который основан на хлориде титана и алкилалюминиевых соединениях.
  • Оксид ванадия(V) является катализатором для производства серной кислоты в высоких концентрациях по методу, известному как контактный процесс .
  • Глинозем и диоксид кремния являются катализаторами распада больших молекул углеводородов на более простые — процесс, известный как крекинг .
  • Ряд ферментов используется для химических превращений органических соединений. Эти ферменты называются биокатализаторами , а их действие называется биокатализом .
  • Электроды топливного элемента покрыты катализатором, таким как платина, палладий или наноразмерный порошок железа.
  • Процесс Фишера-Тропша представляет собой химическую реакцию, при которой монооксид углерода и водород превращаются в жидкие углеводороды в присутствии катализаторов на основе железа и кобальта.Этот процесс в основном используется для производства синтетического заменителя нефти для топлива или смазочного масла.
  • Реакции гидрирования, которые включают добавление водорода к органическим соединениям, таким как алкены или альдегиды, требуют катализатора, такого как платина, палладий, родий или рутений.
  • Ряд химических реакций катализируется кислотами или основаниями.

См. также

Ссылки

Ссылки ISBN поддерживают NWE за счет реферальных сборов

  1. ↑ Обратите внимание, что термин «адсорбция» означает связывание с поверхностью вещества.В этом случае реагенты связываются с поверхностью катализатора.
  2. ↑ «Признание лучших в инновациях: прорывной катализатор», R&D Magazine , сентябрь 2005 г., стр. 20.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 17 января 2017 г.

Кредиты

Энциклопедия Нового Света авторов и редакторов переписали и дополнили статью Википедии в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с надлежащим указанием авторства. Упоминание должно осуществляться в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на авторов New World Encyclopedia , так и на самоотверженных добровольных участников Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних вкладов википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :

Примечание. На использование отдельных изображений, лицензированных отдельно, могут распространяться некоторые ограничения.

Катализатор — Энциклопедия Нового Света

Катализатор на Saab 9-5.

Чтобы произошла химическая реакция, требуется определенное минимальное количество энергии, называемое ее энергией активации . Если вещество может снизить эту энергию активации, не изменяясь и не расходуясь во время реакции, оно называется катализатором или каталитическим агентом . Действие катализатора называется катализом .

Катализатор снижает энергию активации, обеспечивая альтернативный путь протекания реакции.При этом катализатор заставляет реакцию протекать быстрее и при более низкой температуре, чем некатализируемая реакция. Кроме того, если данная реакция может производить множество продуктов, катализатор может помочь направить реакцию на образование определенной подгруппы продуктов.

Катализаторы играют важную роль в биологических системах и промышленных процессах. В живых организмах ферменты катализируют многочисленные биохимические реакции, поддерживающие жизнь и участвующие в росте и репродуктивных функциях.В промышленности катализаторы используются в самых разных производственных процессах, включая производство аммиака, серной кислоты, полимеров и заменителей нефтепродуктов. В промышленно развитых странах, возможно, наиболее известным примером использования катализаторов является каталитический нейтрализатор, устройство, расщепляющее вредные вещества в выхлопных газах автомобилей. Исследования катализа и использования катализаторов продолжают оставаться в центре внимания многих исследователей в области естественных и прикладных наук.

В более общем смысле термин катализатор может применяться к любому агенту (включая человека или группу), который вызывает ускоренные изменения.Например, кого-то можно назвать «катализатором политических изменений».

История и этимология

Термин катализ был введен в 1835 году Йонсом Якобом Берцелиусом, который отметил, что некоторые химические вещества ускоряют реакцию. Слово происходит от греческого существительного κατάλυσις, связанного с глаголом καταλύειν, означающим «растворять», «аннулировать», «развязывать» или «подбирать».

Примерно в то же время химик Александр Мичерлих говорил о «контактных процессах», а Иоганн Вольфганг Доберейнер говорил о «контактном действии».Доберейнер работал над использованием платины в качестве катализатора и изобрел зажигалку, которая воспламенялась от воздействия водорода на платиновую губку. Эта зажигалка, названная лампой Доберейнера, имела огромный коммерческий успех в 1820-х годах.

Общий каталитический процесс

Катализатор участвует в одной или нескольких стадиях реакции, но обычно он не является реагентом или продуктом общей реакции, которую он катализирует. Исключением из этого правила является процесс, известный как автокатализа , в котором продукт реакции действует как катализатор реакции.Вещество, тормозящее действие катализатора, называется ингибитором ; тот, который ускоряет действие катализатора, называется промотором .

Катализатор может реагировать с одним или несколькими реагентами с образованием промежуточного химического вещества, и это промежуточное соединение впоследствии вступает в реакцию с образованием конечного продукта реакции. В общем процессе катализатор регенерируется. В качестве альтернативы катализатор может обеспечивать поверхность, к которой прикрепляются реагенты, облегчая их реакцию, сближая их.Образующиеся продукты высвобождаются из катализатора.

Рассмотрим следующую схему реакции, в которой C представляет катализатор, A и B — реагенты, а D — продукт реакции A и B.

A + C → AC (1)
B + AC → ABC (2)
ABC → CD (3)
CD → C + D (4)
Здесь, 9004 катализатор (С) расходуется реакцией на первой стадии, но регенерируется на четвертой стадии.Таким образом, общую реакцию можно записать в виде:

A + B + C → D + C

Типы катализаторов

Катализаторы могут быть как гетерогенными, так и гомогенными. Биологические катализаторы (или биокатализаторы) часто выделяют в отдельную группу.

Гетерогенный катализатор — это катализатор, находящийся в фазе, отличной от фазы реагентов. Например, твердый катализатор можно использовать в жидкой реакционной смеси. С другой стороны, гомогенный катализатор находится в той же фазе, что и реагенты.Например, катализатор может быть растворен в жидкой реакционной смеси.

Гетерогенные катализаторы

Простая модель гетерогенного катализа включает катализатор, создающий поверхность, на которой реагенты (или субстраты) временно адсорбируются. [1] Химические связи в субстрате становятся достаточно ослабленными для создания новых связей. По мере образования продуктов они относительно слабо связываются с катализатором и поэтому высвобождаются. Известны различные возможные механизмы реакций на поверхности в зависимости от того, как происходит адсорбция.

Например, рассмотрим процесс Габера для производства аммиака из азота и водорода. В этом случае мелкодисперсное железо выступает в роли гетерогенного катализатора. Поскольку молекулы реагентов (водорода и азота) связываются с катализатором, этот процесс связывания имеет два эффекта: во-первых, молекулы сближаются ближе, чем они были бы в газовой фазе; во-вторых, их внутренние связи ослабевают. Таким образом, катализатор позволяет молекулам реагентов реагировать быстрее, чем если бы они оставались в газовой фазе.

Гомогенные катализаторы

При гомогенном катализе сам катализатор может быть преобразован на ранней стадии реакции, а к концу реакции регенерирован. Примером может служить расщепление озона свободными радикалами хлора (свободными атомами хлора). Свободные радикалы хлора образуются при воздействии ультрафиолетового излучения на хлорфторуглероды (ХФУ). Эти свободные радикалы реагируют с озоном с образованием молекул кислорода, а свободные радикалы хлора регенерируются.Ниже приведены некоторые из простейших реакций.

CL + O 3 → CLO + O 2
CLO + O 3 → CL + 2 O 2

Биологические катализаторы

В природе ферменты являются катализаторами биохимических реакций, протекающих в живых организмах. Большинство ферментов являются белками, но некоторые ферменты, называемые рибозимами , состоят из РНК. Было обнаружено, что некоторые молекулы ДНК, называемые дезоксирибозимами , обладают каталитической активностью.Кроме того, некоторые антитела, обычно получаемые искусственно, обладают каталитической активностью и называются абзимами .

Энергетика реакций

Катализаторы работают, обеспечивая альтернативный механизм химической реакции — механизм, который снижает энергию активации по сравнению с некатализируемой реакцией. Это означает, что катализаторы уменьшают количество энергии, необходимой для начала химической реакции. Кроме того, «переходное состояние» (нестабильное промежуточное соединение), образующееся реагентами во время катализируемой реакции, обычно отличается от состояния, образующегося во время некаталитической реакции.

Диаграмма энергетического профиля справа показывает, что катализированный путь (красный) имеет более низкую энергию активации, чем некаталитический путь (синий). Кроме того, это показывает, что чистое изменение энергии для всей реакции одинаково, независимо от того, используется катализатор или нет.

Таким образом, катализаторы могут позволить реакциям протекать с гораздо большей скоростью, определенными специфическими способами или при более низких температурах. Кроме того, некоторые реакции протекают только в присутствии катализатора.

Катализаторы не могут обеспечить энергетически невыгодные реакции.Они не оказывают никакого влияния на химическое равновесие реакции, потому что скорость прямой и обратной реакции в равной степени зависит от катализатора.

Производной единицей СИ для измерения «каталитической активности» катализатора является катал (моль в секунду). В биохимии каталитическую активность фермента измеряют в единицах фермента.

Активность катализатора также может быть описана номером оборота (TON).В энзимологии число оборотов определяется как максимальное количество молей субстрата, которое фермент может превратить в продукт на каталитический центр (фермента) в единицу времени. В других химических областях число оборотов (TON) определяется как количество молей субстрата, которое может преобразовать моль катализатора до того, как катализатор станет инактивированным. Термин частота оборота (TOF) используется для обозначения оборота в единицу времени, как в энзимологии.

Отравление катализатора

Катализатор может быть отравлен, если другое соединение (подобное ингибитору) изменяет его химически или связывается с ним и не высвобождает его.Такие взаимодействия эффективно уничтожают полезность катализатора, поскольку он больше не может участвовать в реакции, которую должен был катализировать. Обычными каталитическими ядами являются свинец, сера, цинк, марганец и фосфор.

Приложения

По некоторым оценкам, 60 процентов всех промышленных химических продуктов требуют катализаторов на каком-либо этапе их производства. [2] Наиболее эффективными катализаторами обычно являются переходные металлы или комплексы переходных металлов.

Каталитический нейтрализатор автомобиля является хорошо известным примером использования катализаторов. В этом устройстве в качестве катализаторов могут использоваться платина, палладий или родий, поскольку они помогают расщеплять некоторые из наиболее вредных побочных продуктов выхлопных газов автомобилей. «Трехкомпонентный» каталитический нейтрализатор выполняет три задачи: (а) восстановление оксидов азота до азота и кислорода; б) окисление монооксида углерода до диоксида углерода; и (c) окисление несгоревших углеводородов до двуокиси углерода и воды.

Другими примерами катализаторов и их применения являются следующие.

  • Массовое производство полимера, такого как полиэтилен или полипропилен, катализируется агентом, известным как катализатор Циглера-Натта, который основан на хлориде титана и алкилалюминиевых соединениях.
  • Оксид ванадия(V) является катализатором для производства серной кислоты в высоких концентрациях по методу, известному как контактный процесс .
  • Глинозем и диоксид кремния являются катализаторами распада больших молекул углеводородов на более простые — процесс, известный как крекинг .
  • Ряд ферментов используется для химических превращений органических соединений. Эти ферменты называются биокатализаторами , а их действие называется биокатализом .
  • Электроды топливного элемента покрыты катализатором, таким как платина, палладий или наноразмерный порошок железа.
  • Процесс Фишера-Тропша представляет собой химическую реакцию, при которой монооксид углерода и водород превращаются в жидкие углеводороды в присутствии катализаторов на основе железа и кобальта.Этот процесс в основном используется для производства синтетического заменителя нефти для топлива или смазочного масла.
  • Реакции гидрирования, которые включают добавление водорода к органическим соединениям, таким как алкены или альдегиды, требуют катализатора, такого как платина, палладий, родий или рутений.
  • Ряд химических реакций катализируется кислотами или основаниями.

См. также

Ссылки

Ссылки ISBN поддерживают NWE за счет реферальных сборов

  1. ↑ Обратите внимание, что термин «адсорбция» означает связывание с поверхностью вещества.В этом случае реагенты связываются с поверхностью катализатора.
  2. ↑ «Признание лучших в инновациях: прорывной катализатор», R&D Magazine , сентябрь 2005 г., стр. 20.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 17 января 2017 г.

Кредиты

Энциклопедия Нового Света авторов и редакторов переписали и дополнили статью Википедии в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с надлежащим указанием авторства. Упоминание должно быть выполнено в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на авторов New World Encyclopedia , так и на самоотверженных добровольных участников Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних вкладов википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :

Примечание. На использование отдельных изображений, лицензированных отдельно, могут распространяться некоторые ограничения.

Катализатор — Энциклопедия Нового Света

Катализатор на Saab 9-5.

Чтобы произошла химическая реакция, требуется определенное минимальное количество энергии, называемое ее энергией активации . Если вещество может снизить эту энергию активации, не изменяясь и не расходуясь во время реакции, оно называется катализатором или каталитическим агентом . Действие катализатора называется катализом .

Катализатор снижает энергию активации, обеспечивая альтернативный путь протекания реакции.При этом катализатор заставляет реакцию протекать быстрее и при более низкой температуре, чем некатализируемая реакция. Кроме того, если данная реакция может производить множество продуктов, катализатор может помочь направить реакцию на образование определенной подгруппы продуктов.

Катализаторы играют важную роль в биологических системах и промышленных процессах. В живых организмах ферменты катализируют многочисленные биохимические реакции, поддерживающие жизнь и участвующие в росте и репродуктивных функциях.В промышленности катализаторы используются в самых разных производственных процессах, включая производство аммиака, серной кислоты, полимеров и заменителей нефтепродуктов. В промышленно развитых странах, возможно, наиболее известным примером использования катализаторов является каталитический нейтрализатор, устройство, расщепляющее вредные вещества в выхлопных газах автомобилей. Исследования катализа и использования катализаторов продолжают оставаться в центре внимания многих исследователей в области естественных и прикладных наук.

В более общем смысле термин катализатор может применяться к любому агенту (включая человека или группу), который вызывает ускоренные изменения. Например, кого-то можно назвать «катализатором политических изменений».

История и этимология

Термин катализ был введен в 1835 году Йонсом Якобом Берцелиусом, который отметил, что некоторые химические вещества ускоряют реакцию. Слово происходит от греческого существительного κατάλυσις, связанного с глаголом καταλύειν, означающим «растворять», «аннулировать», «развязывать» или «подбирать».

Примерно в то же время химик Александр Мичерлих говорил о «контактных процессах», а Иоганн Вольфганг Доберейнер говорил о «контактном действии».Доберейнер работал над использованием платины в качестве катализатора и изобрел зажигалку, которая воспламенялась от воздействия водорода на платиновую губку. Эта зажигалка, названная лампой Доберейнера, имела огромный коммерческий успех в 1820-х годах.

Общий каталитический процесс

Катализатор участвует в одной или нескольких стадиях реакции, но обычно он не является реагентом или продуктом общей реакции, которую он катализирует. Исключением из этого правила является процесс, известный как автокатализа , в котором продукт реакции действует как катализатор реакции.Вещество, тормозящее действие катализатора, называется ингибитором ; тот, который ускоряет действие катализатора, называется промотором .

Катализатор может реагировать с одним или несколькими реагентами с образованием промежуточного химического вещества, и это промежуточное соединение впоследствии вступает в реакцию с образованием конечного продукта реакции. В общем процессе катализатор регенерируется. В качестве альтернативы катализатор может обеспечивать поверхность, к которой прикрепляются реагенты, облегчая их реакцию, сближая их.Образующиеся продукты высвобождаются из катализатора.

Рассмотрим следующую схему реакции, в которой C представляет катализатор, A и B — реагенты, а D — продукт реакции A и B.

A + C → AC (1)
B + AC → ABC (2)
ABC → CD (3)
CD → C + D (4)
Здесь, 9004 катализатор (С) расходуется реакцией на первой стадии, но регенерируется на четвертой стадии. Таким образом, общую реакцию можно записать в виде:

A + B + C → D + C

Типы катализаторов

Катализаторы могут быть как гетерогенными, так и гомогенными. Биологические катализаторы (или биокатализаторы) часто выделяют в отдельную группу.

Гетерогенный катализатор — это катализатор, находящийся в фазе, отличной от фазы реагентов. Например, твердый катализатор можно использовать в жидкой реакционной смеси. С другой стороны, гомогенный катализатор находится в той же фазе, что и реагенты.Например, катализатор может быть растворен в жидкой реакционной смеси.

Гетерогенные катализаторы

Простая модель гетерогенного катализа включает катализатор, создающий поверхность, на которой реагенты (или субстраты) временно адсорбируются. [1] Химические связи в субстрате становятся достаточно ослабленными для создания новых связей. По мере образования продуктов они относительно слабо связываются с катализатором и поэтому высвобождаются. Известны различные возможные механизмы реакций на поверхности в зависимости от того, как происходит адсорбция.

Например, рассмотрим процесс Габера для производства аммиака из азота и водорода. В этом случае мелкодисперсное железо выступает в роли гетерогенного катализатора. Поскольку молекулы реагентов (водорода и азота) связываются с катализатором, этот процесс связывания имеет два эффекта: во-первых, молекулы сближаются ближе, чем они были бы в газовой фазе; во-вторых, их внутренние связи ослабевают. Таким образом, катализатор позволяет молекулам реагентов реагировать быстрее, чем если бы они оставались в газовой фазе.

Гомогенные катализаторы

При гомогенном катализе сам катализатор может быть преобразован на ранней стадии реакции, а к концу реакции регенерирован. Примером может служить расщепление озона свободными радикалами хлора (свободными атомами хлора). Свободные радикалы хлора образуются при воздействии ультрафиолетового излучения на хлорфторуглероды (ХФУ). Эти свободные радикалы реагируют с озоном с образованием молекул кислорода, а свободные радикалы хлора регенерируются.Ниже приведены некоторые из простейших реакций.

CL + O 3 → CLO + O 2
CLO + O 3 → CL + 2 O 2

Биологические катализаторы

В природе ферменты являются катализаторами биохимических реакций, протекающих в живых организмах. Большинство ферментов являются белками, но некоторые ферменты, называемые рибозимами , состоят из РНК. Было обнаружено, что некоторые молекулы ДНК, называемые дезоксирибозимами , обладают каталитической активностью.Кроме того, некоторые антитела, обычно получаемые искусственно, обладают каталитической активностью и называются абзимами .

Энергетика реакций

Катализаторы обеспечивают альтернативный механизм химической реакции — механизм, который снижает энергию активации по сравнению с некатализируемой реакцией. Это означает, что катализаторы уменьшают количество энергии, необходимой для начала химической реакции. Кроме того, «переходное состояние» (нестабильное промежуточное соединение), образующееся реагентами во время катализируемой реакции, обычно отличается от состояния, образующегося во время некаталитической реакции.

Диаграмма энергетического профиля справа показывает, что катализированный путь (красный) имеет более низкую энергию активации, чем некаталитический путь (синий). Кроме того, это показывает, что чистое изменение энергии для всей реакции одинаково, независимо от того, используется катализатор или нет.

Таким образом, катализаторы могут позволить реакциям протекать с гораздо большей скоростью, определенными специфическими способами или при более низких температурах. Кроме того, некоторые реакции протекают только в присутствии катализатора.

Катализаторы не могут обеспечить энергетически невыгодные реакции.Они не оказывают никакого влияния на химическое равновесие реакции, потому что скорость прямой и обратной реакции в равной степени зависит от катализатора.

Производной единицей СИ для измерения «каталитической активности» катализатора является катал (моль в секунду). В биохимии каталитическую активность фермента измеряют в единицах фермента.

Активность катализатора также может быть описана номером оборота (TON).В энзимологии число оборотов определяется как максимальное количество молей субстрата, которое фермент может превратить в продукт на каталитический центр (фермента) в единицу времени. В других химических областях число оборотов (TON) определяется как количество молей субстрата, которое может преобразовать моль катализатора до того, как катализатор станет инактивированным. Термин частота оборота (TOF) используется для обозначения оборота в единицу времени, как в энзимологии.

Отравление катализатора

Катализатор может быть отравлен, если другое соединение (подобное ингибитору) изменяет его химически или связывается с ним и не высвобождает его.Такие взаимодействия эффективно уничтожают полезность катализатора, поскольку он больше не может участвовать в реакции, которую должен был катализировать. Обычными каталитическими ядами являются свинец, сера, цинк, марганец и фосфор.

Приложения

По некоторым оценкам, 60 процентов всех промышленных химических продуктов требуют катализаторов на каком-либо этапе их производства. [2] Наиболее эффективными катализаторами обычно являются переходные металлы или комплексы переходных металлов.

Каталитический нейтрализатор автомобиля является хорошо известным примером использования катализаторов. В этом устройстве в качестве катализаторов могут использоваться платина, палладий или родий, поскольку они помогают расщеплять некоторые из наиболее вредных побочных продуктов выхлопных газов автомобилей. «Трехкомпонентный» каталитический нейтрализатор выполняет три задачи: (а) восстановление оксидов азота до азота и кислорода; б) окисление монооксида углерода до диоксида углерода; и (c) окисление несгоревших углеводородов до двуокиси углерода и воды.

Другими примерами катализаторов и их применения являются следующие.

  • Массовое производство полимера, такого как полиэтилен или полипропилен, катализируется агентом, известным как катализатор Циглера-Натта, который основан на хлориде титана и алкилалюминиевых соединениях.
  • Оксид ванадия(V) является катализатором для производства серной кислоты в высоких концентрациях по методу, известному как контактный процесс .
  • Глинозем и диоксид кремния являются катализаторами распада больших молекул углеводородов на более простые — процесс, известный как крекинг .
  • Ряд ферментов используется для химических превращений органических соединений. Эти ферменты называются биокатализаторами , а их действие называется биокатализом .
  • Электроды топливного элемента покрыты катализатором, таким как платина, палладий или наноразмерный порошок железа.
  • Процесс Фишера-Тропша представляет собой химическую реакцию, при которой монооксид углерода и водород превращаются в жидкие углеводороды в присутствии катализаторов на основе железа и кобальта. Этот процесс в основном используется для производства синтетического заменителя нефти для топлива или смазочного масла.
  • Реакции гидрирования, которые включают добавление водорода к органическим соединениям, таким как алкены или альдегиды, требуют катализатора, такого как платина, палладий, родий или рутений.
  • Ряд химических реакций катализируется кислотами или основаниями.

См. также

Ссылки

Ссылки ISBN поддерживают NWE за счет реферальных сборов

  1. ↑ Обратите внимание, что термин «адсорбция» означает связывание с поверхностью вещества.В этом случае реагенты связываются с поверхностью катализатора.
  2. ↑ «Признание лучших в инновациях: прорывной катализатор», R&D Magazine , сентябрь 2005 г., стр. 20.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 17 января 2017 г.

Кредиты

Энциклопедия Нового Света авторов и редакторов переписали и дополнили статью Википедии в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с надлежащим указанием авторства. Упоминание должно осуществляться в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на авторов New World Encyclopedia , так и на самоотверженных добровольных участников Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних вкладов википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :

Примечание. На использование отдельных изображений, лицензированных отдельно, могут распространяться некоторые ограничения.

Катализатор — Энциклопедия Нового Света

Катализатор на Saab 9-5.

Чтобы произошла химическая реакция, требуется определенное минимальное количество энергии, называемое ее энергией активации . Если вещество может снизить эту энергию активации, не изменяясь и не расходуясь во время реакции, оно называется катализатором или каталитическим агентом . Действие катализатора называется катализом .

Катализатор снижает энергию активации, обеспечивая альтернативный путь протекания реакции.При этом катализатор заставляет реакцию протекать быстрее и при более низкой температуре, чем некатализируемая реакция. Кроме того, если данная реакция может производить множество продуктов, катализатор может помочь направить реакцию на образование определенной подгруппы продуктов.

Катализаторы играют важную роль в биологических системах и промышленных процессах. В живых организмах ферменты катализируют многочисленные биохимические реакции, поддерживающие жизнь и участвующие в росте и репродуктивных функциях.В промышленности катализаторы используются в самых разных производственных процессах, включая производство аммиака, серной кислоты, полимеров и заменителей нефтепродуктов. В промышленно развитых странах, возможно, наиболее известным примером использования катализаторов является каталитический нейтрализатор, устройство, расщепляющее вредные вещества в выхлопных газах автомобилей. Исследования катализа и использования катализаторов продолжают оставаться в центре внимания многих исследователей в области естественных и прикладных наук.

В более общем смысле термин катализатор может применяться к любому агенту (включая человека или группу), который вызывает ускоренные изменения.Например, кого-то можно назвать «катализатором политических изменений».

История и этимология

Термин катализ был введен в 1835 году Йонсом Якобом Берцелиусом, который отметил, что некоторые химические вещества ускоряют реакцию. Слово происходит от греческого существительного κατάλυσις, связанного с глаголом καταλύειν, означающим «растворять», «аннулировать», «развязывать» или «подбирать».

Примерно в то же время химик Александр Мичерлих говорил о «контактных процессах», а Иоганн Вольфганг Доберейнер говорил о «контактном действии». Доберейнер работал над использованием платины в качестве катализатора и изобрел зажигалку, которая воспламенялась от воздействия водорода на платиновую губку. Эта зажигалка, названная лампой Доберейнера, имела огромный коммерческий успех в 1820-х годах.

Общий каталитический процесс

Катализатор участвует в одной или нескольких стадиях реакции, но обычно он не является реагентом или продуктом общей реакции, которую он катализирует. Исключением из этого правила является процесс, известный как автокатализа , в котором продукт реакции действует как катализатор реакции.Вещество, тормозящее действие катализатора, называется ингибитором ; тот, который ускоряет действие катализатора, называется промотором .

Катализатор может реагировать с одним или несколькими реагентами с образованием промежуточного химического вещества, и это промежуточное соединение впоследствии вступает в реакцию с образованием конечного продукта реакции. В общем процессе катализатор регенерируется. В качестве альтернативы катализатор может обеспечивать поверхность, к которой прикрепляются реагенты, облегчая их реакцию, сближая их.Образующиеся продукты высвобождаются из катализатора.

Рассмотрим следующую схему реакции, в которой C представляет катализатор, A и B — реагенты, а D — продукт реакции A и B.

A + C → AC (1)
B + AC → ABC (2)
ABC → CD (3)
CD → C + D (4)
Здесь, 9004 катализатор (С) расходуется реакцией на первой стадии, но регенерируется на четвертой стадии.Таким образом, общую реакцию можно записать в виде:

A + B + C → D + C

Типы катализаторов

Катализаторы могут быть как гетерогенными, так и гомогенными. Биологические катализаторы (или биокатализаторы) часто выделяют в отдельную группу.

Гетерогенный катализатор — это катализатор, находящийся в фазе, отличной от фазы реагентов. Например, твердый катализатор можно использовать в жидкой реакционной смеси. С другой стороны, гомогенный катализатор находится в той же фазе, что и реагенты.Например, катализатор может быть растворен в жидкой реакционной смеси.

Гетерогенные катализаторы

Простая модель гетерогенного катализа включает катализатор, создающий поверхность, на которой реагенты (или субстраты) временно адсорбируются. [1] Химические связи в субстрате становятся достаточно ослабленными для создания новых связей. По мере образования продуктов они относительно слабо связываются с катализатором и поэтому высвобождаются. Известны различные возможные механизмы реакций на поверхности в зависимости от того, как происходит адсорбция.

Например, рассмотрим процесс Габера для производства аммиака из азота и водорода. В этом случае мелкодисперсное железо выступает в роли гетерогенного катализатора. Поскольку молекулы реагентов (водорода и азота) связываются с катализатором, этот процесс связывания имеет два эффекта: во-первых, молекулы сближаются ближе, чем они были бы в газовой фазе; во-вторых, их внутренние связи ослабевают. Таким образом, катализатор позволяет молекулам реагентов реагировать быстрее, чем если бы они оставались в газовой фазе.

Гомогенные катализаторы

При гомогенном катализе сам катализатор может быть преобразован на ранней стадии реакции, а к концу реакции регенерирован. Примером может служить расщепление озона свободными радикалами хлора (свободными атомами хлора). Свободные радикалы хлора образуются при воздействии ультрафиолетового излучения на хлорфторуглероды (ХФУ). Эти свободные радикалы реагируют с озоном с образованием молекул кислорода, а свободные радикалы хлора регенерируются.Ниже приведены некоторые из простейших реакций.

CL + O 3 → CLO + O 2
CLO + O 3 → CL + 2 O 2

Биологические катализаторы

В природе ферменты являются катализаторами биохимических реакций, протекающих в живых организмах. Большинство ферментов являются белками, но некоторые ферменты, называемые рибозимами , состоят из РНК. Было обнаружено, что некоторые молекулы ДНК, называемые дезоксирибозимами , обладают каталитической активностью.Кроме того, некоторые антитела, обычно получаемые искусственно, обладают каталитической активностью и называются абзимами .

Энергетика реакций

Катализаторы обеспечивают альтернативный механизм химической реакции — механизм, который снижает энергию активации по сравнению с некатализируемой реакцией. Это означает, что катализаторы уменьшают количество энергии, необходимой для начала химической реакции. Кроме того, «переходное состояние» (нестабильное промежуточное соединение), образующееся реагентами во время катализируемой реакции, обычно отличается от состояния, образующегося во время некаталитической реакции.

Диаграмма энергетического профиля справа показывает, что катализированный путь (красный) имеет более низкую энергию активации, чем некаталитический путь (синий). Кроме того, это показывает, что чистое изменение энергии для всей реакции одинаково, независимо от того, используется катализатор или нет.

Таким образом, катализаторы могут позволить реакциям протекать с гораздо большей скоростью, определенными специфическими способами или при более низких температурах. Кроме того, некоторые реакции протекают только в присутствии катализатора.

Катализаторы не могут обеспечить энергетически невыгодные реакции.Они не оказывают никакого влияния на химическое равновесие реакции, потому что скорость прямой и обратной реакции в равной степени зависит от катализатора.

Производной единицей СИ для измерения «каталитической активности» катализатора является катал (моль в секунду). В биохимии каталитическую активность фермента измеряют в единицах фермента.

Активность катализатора также может быть описана номером оборота (TON).В энзимологии число оборотов определяется как максимальное количество молей субстрата, которое фермент может превратить в продукт на каталитический центр (фермента) в единицу времени. В других химических областях число оборотов (TON) определяется как количество молей субстрата, которое может преобразовать моль катализатора до того, как катализатор станет инактивированным. Термин частота оборота (TOF) используется для обозначения оборота в единицу времени, как в энзимологии.

Отравление катализатора

Катализатор может быть отравлен, если другое соединение (подобное ингибитору) изменяет его химически или связывается с ним и не высвобождает его.Такие взаимодействия эффективно уничтожают полезность катализатора, поскольку он больше не может участвовать в реакции, которую должен был катализировать. Обычными каталитическими ядами являются свинец, сера, цинк, марганец и фосфор.

Приложения

По некоторым оценкам, 60 процентов всех промышленных химических продуктов требуют катализаторов на каком-либо этапе их производства. [2] Наиболее эффективными катализаторами обычно являются переходные металлы или комплексы переходных металлов.

Каталитический нейтрализатор автомобиля является хорошо известным примером использования катализаторов. В этом устройстве в качестве катализаторов могут использоваться платина, палладий или родий, поскольку они помогают расщеплять некоторые из наиболее вредных побочных продуктов выхлопных газов автомобилей. «Трехкомпонентный» каталитический нейтрализатор выполняет три задачи: (а) восстановление оксидов азота до азота и кислорода; б) окисление монооксида углерода до диоксида углерода; и (c) окисление несгоревших углеводородов до двуокиси углерода и воды.

Другими примерами катализаторов и их применения являются следующие.

  • Массовое производство полимера, такого как полиэтилен или полипропилен, катализируется агентом, известным как катализатор Циглера-Натта, который основан на хлориде титана и алкилалюминиевых соединениях.
  • Оксид ванадия(V) является катализатором для производства серной кислоты в высоких концентрациях по методу, известному как контактный процесс .
  • Глинозем и диоксид кремния являются катализаторами распада больших молекул углеводородов на более простые — процесс, известный как крекинг .
  • Ряд ферментов используется для химических превращений органических соединений. Эти ферменты называются биокатализаторами , а их действие называется биокатализом .
  • Электроды топливного элемента покрыты катализатором, таким как платина, палладий или наноразмерный порошок железа.
  • Процесс Фишера-Тропша представляет собой химическую реакцию, при которой монооксид углерода и водород превращаются в жидкие углеводороды в присутствии катализаторов на основе железа и кобальта.Этот процесс в основном используется для производства синтетического заменителя нефти для топлива или смазочного масла.
  • Реакции гидрирования, которые включают добавление водорода к органическим соединениям, таким как алкены или альдегиды, требуют катализатора, такого как платина, палладий, родий или рутений.
  • Ряд химических реакций катализируется кислотами или основаниями.

См. также

Ссылки

Ссылки ISBN поддерживают NWE за счет реферальных сборов

  1. ↑ Обратите внимание, что термин «адсорбция» означает связывание с поверхностью вещества.В этом случае реагенты связываются с поверхностью катализатора.
  2. ↑ «Признание лучших в инновациях: прорывной катализатор», R&D Magazine , сентябрь 2005 г., стр. 20.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 17 января 2017 г.

Кредиты

Энциклопедия Нового Света авторов и редакторов переписали и дополнили статью Википедии в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с надлежащим указанием авторства. Упоминание должно осуществляться в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на авторов New World Encyclopedia , так и на самоотверженных добровольных участников Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних вкладов википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :

Примечание. На использование отдельных изображений, лицензированных отдельно, могут распространяться некоторые ограничения.

На пути к лучшему катализатору

Платформа

оптимизирует конструкцию новых настраиваемых каталитических систем.

Лия Берроуз, SEAS Communications

(КЕМБРИДЖ, Массачусетс) — В конце 1700-х годов шотландский химик Элизабет Фулхэм обнаружила, что некоторые химические реакции происходят только в присутствии воды и что в конце этих реакций количество воды не исчерпывается. Фулхейм был первым ученым, который продемонстрировал силу катализатора — материала, который может ускорить химическую реакцию, не поглощаясь ею.

Институт Висса разрабатывает новый тип покрытия для каталитических нейтрализаторов, который, вдохновленный наноразмерной структурой крыла бабочки, может значительно снизить стоимость и повысить эффективность технологий очистки воздуха, сделав их более доступными для всех. Фото: Институт Висса при Гарвардском университете

Двести лет спустя катализаторы стали одним из двигателей современной жизни. Химическая промышленность использует катализаторы для 90% своих процессов — от очистки нефти, превращения нефти в пластик и производства удобрений, продуктов питания и лекарств до очистки воздуха от вредных загрязняющих веществ, выбрасываемых автомобилями и заводами.

Разработка каталитических систем для такого широкого спектра применений является большой проблемой. Катализаторы должны быть интегрированы в системы, охватывающие широкий диапазон размеров, форм и составов материалов, и контролировать множество химических реакций в самых разных условиях. Кроме того, в большинстве специализированных катализаторов используются редкие и дорогие металлы, такие как платина, палладий и родий, нанесенные на металлические или оксидные матрицы с большой площадью поверхности.

Теперь группа исследователей из Института Висса при Гарвардском университете и Гарвардского университета имени Джона А. Школа инженерии и прикладных наук Полсона (SEAS) разработала и протестировала новый подход к оптимизации конструкции настраиваемых каталитических систем.

Исследование, проведенное под руководством Джоанны Айзенберг, члена основного факультета Института Висса, описано в серии статей, опубликованных в журналах Advanced Materials , Advanced Functional Materials и Chemistry — A European Journal . Айзенберг также является профессором материаловедения Эми Смит Берилсон и профессором химии и химической биологии.

У природы были миллиарды лет исследований и разработок, направленных на совершенствование конструкции каталитических систем.

Таня Ширман

Одной из самых больших проблем в разработке эффективных катализаторов является проектирование наноструктурированных пористых твердых тел, на которых и в которых происходят реакции. В течение долгого времени исследования Айзенберга были сосредоточены на изучении сложных природных микро- и наноструктурированных материалов, таких как радужные опалы или крылья бабочки, и на изучении того, как биология контролирует химию и морфологию своих наноразмерных строительных блоков. Вдохновленная природными процессами, группа исследователей разработала методологию создания совершенных, высокоупорядоченных, похожих на опал микроматериалов для широкого спектра каталитических и фотокаталитических реакций.

Для создания этих структур исследователи внедрили метод совместной сборки, при котором крошечные сферические частицы и прекурсоры матрицы осаждаются одновременно из одной смеси для получения бездефектных пленок более чем в сантиметровом масштабе. Исследователи продемонстрировали этот процесс на широко используемых каталитических материалах, включая диоксид титана, оксид алюминия и цирконий, включающих различные моно- и полиметаллические наночастицы.

«Расширение этой методологии на небиологические кристаллические материалы приведет к созданию микромасштабных архитектур с улучшенными фотонными, электронными и каталитическими свойствами», — сказала соавтор Таня Ширман, научный сотрудник по развитию технологий в Институте Висса и научный сотрудник SEAS.

При разработке самих каталитических частиц исследователи также обратились к природе, вдохновившись биокатализаторами, такими как ферменты. В биологических системах наноразмерные каталитические материалы прикрепляются к более крупным объектам, таким как белки и клетки, которые самоорганизуются, образуя более крупные сети точно спроектированных каталитических центров.

Новая технология вдохновлена ​​​​наноструктурой крыла бабочки, которая является пористой, отталкивает воду и преломляет свет. Предоставлено: Shutterstock/Ondrej Prosicky

«У природы были миллиарды лет исследований и разработок, чтобы усовершенствовать дизайн каталитических систем», — сказала Таня Ширман. «В результате они невероятно эффективны и позволяют координировать и настраивать сложные реакции за счет оптимального расположения каталитических комплексов».

Исследователи воспроизвели иерархическую архитектуру природных катализаторов, разработав модульную платформу, которая создает сложные катализаторы из органических коллоидов и неорганических каталитических наночастиц. Команда может контролировать все, от состава, размера и размещения каталитических наночастиц до размера коллоида, формы и соединения, а также общей формы и структуры сети. В полученных каталитических системах используется значительно меньшее количество драгоценных металлов, чем в существующих катализаторах.

«Драгоценный металл — очень ограниченный ресурс, — сказал соавтор Элайджа Ширман, научный сотрудник Института Висса и SEAS. «Оптимизируя дизайн и сводя к минимуму количество драгоценных металлов, используемых в каталитических системах, мы можем создавать более устойчивые катализаторы в целом и использовать каталитические материалы способами, которые в настоящее время недоступны.

Метод относительно прост: во-первых, каталитические наночастицы прикрепляются к коллоидам посредством различных видов химической и физической связи. Затем коллоиды, покрытые наночастицами, помещают в раствор предшественника матрицы и позволяют им самостоятельно собираться в желаемую форму, которую можно контролировать, ограничивая сборку определенной формой. Наконец, коллоиды удаляются, так что формируется структурированная сеть, украшенная наночастицами, частично встроенными в матрицу.Эта иерархическая пористая структура с прочно прикрепленными каталитическими центрами максимально увеличивает площадь поверхности для каталитической реакции и повышает надежность катализатора.

«Наша синтетическая платформа позволяет нам взять компоненты сборки и сформировать полностью взаимосвязанную, высокоупорядоченную пористую микроархитектуру, в которую уникальным образом включены каталитические наночастицы», — сказала Таня Ширман. «Это обеспечивает исключительную механическую, термическую и химическую стабильность, а также большую площадь поверхности и полную доступность для диффундирующих реагентов.

Архитектура, вдохновленная крыльями бабочки, позволяет стратегически размещать катализаторы из драгоценных металлов (белые) на пористом каркасе (серые), чтобы каталитическая реакция была намного более эффективной и экономичной. Предоставлено: Институт Висса Гарвардского университета

«Технология, разработанная в моей лаборатории, особенно перспективна для преодоления разрыва между современными исследованиями и разработками и реальными приложениями», — сказал Айзенберг. «Благодаря своей модульной конструкции и возможности настройки эту структуру можно использовать в различных областях, от синтеза важных химических продуктов до борьбы с загрязнением окружающей среды.Наши результаты ясно показывают, что теперь мы можем создавать лучшие катализаторы, использовать меньше драгоценных металлов и совершенствовать известные каталитические процессы».

В настоящее время эта технология проверяется и разрабатывается для коммерческого использования Институтом Висса.

Команда Айзенберга в настоящее время занимается разработкой катализаторов следующего поколения для ряда применений — от технологий очистки воздуха и каталитических нейтрализаторов до усовершенствованных электродов для каталитических топливных элементов — надеясь вскоре протестировать свои конструкции в реальных системах.

Команда недавно заняла второе место в конкурсе инноваций президента Гарварда, который определяет и продвигает перспективные технологические предприятия, которые могут оказать значительное влияние на общество и окружающую среду.

Исследование было проведено в соавторстве с Синтией Френд, доктором философии, профессором химии и материаловедения Теодора Уильяма Ричардса в SEAS; Анна В. Шнейдман, доктор философии, научный сотрудник группы Айзенберга; Элисон Гринталь, научный сотрудник группы Айзенберга; Кэтрин Р.Филлипс, аспирант группы Айзенберга; бывшие студенты группы Айзенберга Хейли Уилан, Эли Балджер, Маркус Абрамович, Джатин Патил и Рошель Неварез; Тереза ​​М. Кей, бывший научный сотрудник группы Айзенберга; Постдокторские исследователи в группе друзей Джудит Латтимер, доктор философии, Матильда Люно, доктор философии, и Кристиан Рис, доктор философии; Майкл Айзенберг, доктор философии, старший научный сотрудник Института Висса; и Роберт Мэдикс, доктор философии, старший научный сотрудник SEAS.

Эта работа была поддержана программой National Science Foundation Designing Materials to Revolution and Engineering our Future, Integrated Mesoscale Architectures for Sustainable Catalysis и Исследовательским центром Energy Frontier, финансируемым Университетом США. S. Министерство энергетики, Управление науки, фундаментальные энергетические науки.

катализаторов в энергетике 21 века

катализатор в энергетике 21 века

Питер Ван


16 декабря 2016 г.

Представлено в качестве курсовой для Ph340, Стэнфордский университет, осень 2016 г.

Введение

Рис. 1: Диаграмма свободной энергии химические реакции с катализаторами и без них.(Источник: Викисклад)

Преобразование и использование энергии всегда был одним из основных двигателей мировой экономики с момента промышленная революция, однако, вызовы меняющейся планеты, рост стоимости товаров и повышение осведомленности об окружающей среде. Влияние традиционных форм энергии привело к сосредоточению внимания на новой энергии. ресурсы, такие как природный газ и другие возобновляемые источники энергии.Однако одна из самых больших проблем с возобновляемыми источниками энергии была в хранение и транспортировка энергии. [1] В то время как прорывы в рекуперация энергии и производство возобновляемой энергии привели к обильному источник природного газа, а также обещание отсутствия парниковых газов электричество, большая часть наших существующих технологий и инфраструктуры не может легко использовать эти источники энергии. Для преобразования, хранения и использовать энергию из этих новых источников, нам нужны катализаторы.[2,3]

Что такое катализаторы?

Катализаторы, в самом широком смысле, представляют собой материал что увеличивает скорость химической реакции. Они решают эту задачу путем снижения барьера перехода промежуточного состояния между реагент и конечный продукт, как показано на рис. 1. Пока они не изменить общую энтальпию химической реакции, они могут значительно влияют на кинетику, скорость или химическую реакцию. [4] Почему нас волнует кинетика? Потому что для того, чтобы нам преобразовать достаточно количество материала от одного химического вещества к другому химическому веществу, оно должно быть быстрым и дешевым.

Во-первых, процесс должен быть быстрым, чтобы он мог произойти на скорости производства. Возможно, один из самых ярких примеров этого алмаз и графит. Химическая реакция, идущая от алмаза к Графит энергетически выгоден. Однако из-за кинетики химическая реакция от алмаза до графита под нашей атмосферой условия настолько медленные, что этот процесс слишком медленный, чтобы его можно было наблюдать.Только при весьма благоприятных условиях для этой реакции, можем ли мы наблюдать это преобразование в разумные сроки. [5]

Рис. 2: Это псевдоожиженный каталитический реактор крекинга в Техасе. (Источник: Викимедиа Коммонс)

Тогда процесс будет намного дешевле. В идеале это означает что целевая реакция может протекать с достаточной скоростью без экстремальных разность энергий, приводящая к реакции.Берите пример с классика Процесс Фишера-Тропша превращения газа в жидкое топливо. Новая углеродная нанотрубка инкапсулированный железный катализатор имеет в 6 раз более высокую удельную активность, чем традиционные железные катализаторы на основе активного угля в направлении C5+ углеводороды. [6] Это приводит к повышению эффективности производства желаемый продукт, что также означает, что он дешевле и требует меньше энергии интенсивное создание продукта.

Современное использование катализаторов в энергетике

Катализаторы уже формируют наше энергопотребление и использование.С первых дней нефтяной промышленности катализаторы использовались для преобразования менее ценных продуктов сырой нефти, таких как асфальт и гудрон, к продуктам с более короткой цепочкой, таким как дизельное топливо, бензин и керосин. Этот процесс называется крекингом, который проводится в больших Химические технологические установки, такие как показанная на рис. 2, были повышая нашу способность извлекать больше продуктов с добавленной стоимостью из сырая нефть. [7]

Повышенное изобилие природного газа из-за Бум гидроразрыва пласта в Соединенных Штатах также привел к возрождению исследование технологий преобразования газа в жидкость, включая новые катализаторы.По оценкам, 140-170 миллиардов кубометров природного газа сжигается каждый год в процессе восстановления ископаемого топлива. [8] Хотя природный газ легко используется в качестве источника топлива, объемная плотность энергии, а также отсутствие у нас инфраструктурной поддержки Использование природного газа в качестве топлива для транспорта привело к отсутствию использование. Если мы сможем эффективно преобразовать природный газ в обычный жидкое топливо, которое может значительно уменьшить количество парниковых газов выбрасывается в атмосферу за счет сокращения всех неиспользуемых вспышек, и, таким образом, вытесняя часть потребности в увеличении добычи нефти. [9]

Катализаторы в возобновляемых источниках энергии

Рис. 3: Схема водородного топлива клетка, помеченная ролью платинового катализатора на анод топливного элемента. (Источник: Викимедиа Коммонс)

Катализаторы также важны для достижения нашей цели увеличения внедрение возобновляемых источников энергии.Одним из таких источников является преобразование растительной биомассы в углеродно-нейтральное жидкое топливо. То процесс использует ту же технологию, что и традиционный метод Фишера-Тропша. процесс, однако из-за нечистой химической природы растительного вещества, катализаторы, используемые в этом процессе, должны быть более устойчивыми к каталитическим отравление , процесс, при котором нежелательные реагенты реагируют с катализатором таким образом, чтобы он эффективно уменьшал его в сторону желаемого товар. [10]

Солнечная промышленность также рассматривает возможность использования катализаторы как средства хранения энергии.Солнечная энергия сильно зависит от дневной свет и погода, таким образом, одна из самых больших проблем для реализация солнечной является проблема хранения. [11] Разделение воды катализаторы представляют собой интересное потенциальное решение этой проблемы. Используя только воду, можно использовать избыточную электроэнергию, вырабатываемую солнечными батареями. расщепить воду на водород и кислород, которые затем можно рекомбинировать при позднее время в топливном элементе для производства электроэнергии. То Катализатор в этом случае имеет решающее значение для снижения перенапряжения, необходимого для управлять кинетикой реакции реакции расщепления воды, таким образом уменьшение потерь при преобразовании энергии.[12]

Катализатор также имеет решающее значение для разблокировки топливных элементов. как коммерчески выгодный способ получения электроэнергии. В настоящее время, превращение водорода в кислород осуществляется с помощью дорогостоящих катализаторы из платины и других благородных металлов, которые запрещены дорого. [13] Преобладающий катализатор полуреакции на анод, показанный на рис. 3, состоит преимущественно из платины, что чрезвычайно дорого запретительный. Новое исследование в этой области дало несколько многообещающих новых катализаторы с использованием железа и марганца, которые дешевле производить.[14]

Заключение

Быстро увеличивающееся изменение нашей энергии профиль потребления в сочетании с нашей существующей инфраструктурой требует, чтобы мы преобразовывали энергию в материалы, которые мы можем легко использовать. Спрос на энергоемкое, легко используемое и дешевое топливо никогда не был выше. Область каталитических исследований готова сделать многочисленные прорывы как в традиционной, так и в возобновляемой энергетике поля.

© Питер Ван. Автор дает разрешение на копировать, распространять и отображать это произведение в неизмененном виде, с ссылка на автора только в некоммерческих целях. Все остальные права, включая коммерческие права, сохраняются за автором.

Каталожные номера

[1] М. М. Теккерей, К. Волвертон и Э. Д. Айзекс, «Хранение электроэнергии на транспорте — приближаемся к пределу литий-ионных аккумуляторов и выхода за их пределы», Energy Environ.науч. 5 , 7854 (2012).

[2] Г. А. Олах, «Помимо нефти и газа: метанол Экономика», Angew. Chem. Int. Ed. 44 , 2636 (2005).

[3] М. Крумпельт и др. , «Обработка топлива для Системы топливных элементов в транспортных и портативных источниках энергии». Катал. Сегодня 77 , 3 (2002).

[4] М. Будар и Г. Джега-Мариадассу, Кинетика гетерогенных каталитических реакций (Принстон Университетское издательство, 2014).

[5] Гогоци Ю.Г., Кайлер А., Никель К.Г., «Материалы: превращение алмаза в графит», Nature 401 , 663 (1999).

[6] W. Chen et al. , «Эффект заключения в Углеродные нанотрубки на активность железного катализатора Фишера-Тропша», J. Являюсь. хим. соц. 130 , 9414 (2008 г.).

[7] Дж. Анчейта, С. Санчес и М.А. Родригес, «Кинетическое моделирование гидрокрекинга тяжелой нефти». Фракции: обзор», Катал.Сегодня 109 , 76 (2005).

[8] К. Д. Элвидж и др., «Пятнадцатилетний отчет о Глобальное факельное сжигание природного газа на основе спутниковых данных», Energy 2 , 595 (2009).

[9] Ходаков А.Ю., Чу В., Фонгарланд П., «Достижения в разработке новых кобальтовых катализаторов Фишера-Тропша Для синтеза углеводородов с длинной цепью и чистых топлив», Chem. Rev. 107 , 1692 (2007).

[10] Г. В. Хубер, С. Иборра, А. Корма, «Синтез транспортных топлив из биомассы: химия, катализаторы и Engineering», Chem. Rev. 106 , 4044 (2006).

[11] Н. С. Льюис и Д. Г. Носера, «Powering the Планета: химические проблемы использования солнечной энергии», Proc. Natl. акад. науч. (США) 103 , 15729 (2006 г.).

[12] P. Du и R. Eisenberg, «Катализаторы из Земно-обильные элементы (Co, Ni, Fe) для расщепления воды: недавние Прогресс и будущие вызовы», Energy Environ.науч. 5 , 6012 (2012).

[13] А. Ф. Генчу, «Обзор технологии переработки топлива. Катализаторы для производства водорода в системах топливных элементов PEM, Curr. мнение Твердая ул. М. 6 , 389 (2002).

[14] Р. Беркитт, Т. Р. Уиффен и Е. Х. Ю, «Железный Фталоцианин и MnO x Композитные катализаторы для микробных Применение топливных элементов», Заявка по каталогу B-Environ. 181 , 279 (2016).

Промышленные катализаторы — Catalyst Анализ

Выберите страну / регион *

Выберите страну / regionUnited StatesCanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийский океан TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral африканских RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo, Демократическая Республика ofCook IslandsCosta RicaCote D’IvoireCroatiaCubaCyprusCzech РеспубликаДанияДжибутиДоминикаДоминиканская РеспубликаВосточный ТиморЭквадорЕгипетСальвадорЭкваториальная ГвинеяЭритреяЭстонияЭфиопияФолклендские (Мальвинские) островаФарерские островаФиджиФинляндияFmr Югославская Республика МакедонияФранцияФранцузская ГвианаФранцузская ПолинезияФранцузские Южные ТерриторииГабонГамбияГрузияГерманияГанаГибралтарGr eeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard и McDonald IslandsHoly Престол (Ватикан) HondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIran (Исламская Республика) IraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJordanKazakstanKenyaKiribatiKorea, Корейские Народно-Демократической RepKorea, Республика ofKuwaitKyrgyzstanLao Народный Демократической RepLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Arab JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacauMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia, Федеративные StatesMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPanamaPapua Нового GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint HelenaSaint Китс и НевисСент-ЛюсияСент-Пьер и МикелонСамоаСан-МариноСао Том и PrincipeSaudi ArabiaSenegalSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSpainSri LankaSth Georgia & Sth Sandwich Институт социальный Винсент и GrenadinesSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwan, провинция ChinaTajikistanTanzania, Объединенная Республика ofThailandTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited Арабского EmiratesUnited KingdomUruguayUS Малого отдаленное IslandsUzbekistanVanuatuVenezuelaVietnamVirgin остров (Британский) Виргинские острова (U.

Author: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.