Войти
Каталитическое окисление - это процессы, в которых соединения окисляются с использованием катализаторов. Обычные применения включают окисление органических соединений кислородом воздуха. Такие процессы проводятся в большом масштабе для очистки от загрязняющих веществ, производства ценных химикатов и производства энергии. В нефтехимии ценные промежуточные продукты, такие как карбоновые кислоты, альдегиды, кетоны, эпоксиды и спирты получают частичным окислением алканов и алкенов с помощью дикислорода. Эти промежуточные продукты необходимы для производства потребительских товаров. Частичное окисление представляет две проблемы. Во-первых, наиболее предпочтительной реакцией между кислородом и углеводородами является горение. Вторая проблема - это значительная трудность активации двуокиси кислорода, а именно. расщепление молекулы на составляющие ее атомы, имеющее энергетический барьер 498 кДж / моль. Обычная стратегия для контролируемой активации кислорода состоит в использовании молекулярного водорода или монооксида углерода в качестве жертвенных восстановителей в присутствии гетерогенного катализатора, так что активация барьер снижен до < 10 kJ/mol and hence milder reaction conditions are required.
. Одним из наиболее сложных способов селективного окисления, которое было достигнуто с использованием золотых катализаторов на носителе, является эпоксидирование пропилена.
Примером каталитического окисления является превращение метанола в более ценное соединение формальдегид с использованием кислорода в воздухе:
Это превращение идет очень медленно в отсутствие катализаторов. Типичными катализаторами окисления являются оксиды металлов и карбоксилаты металлов.
Промышленно важные примеры включают как неорганические, так и органические субстраты.
| Субстрат | Процесс | Катализатор. (гомогенный или гетерогенный | продукт | Применение |
|---|---|---|---|---|
| диоксид серы | контактный процесс | пятиокись ванадия. (гетерогенный) | серная кислота | производство удобрений |
| аммиак | процесс Оствальда | платина. (гетерогенный) | азотная кислота | основные химические вещества, TNT |
| сероводород | процесс Клауса | пятиокись ванадия. (гетерогенный) | сера | очистка побочных продуктов. нефтеперерабатывающий завод |
| метан,. аммиак | процесс Андруссова | платина. (гетерогенный) | цианистый водород | основные химические вещества, экстрагент для добычи золота |
| этилен | эпоксидирование | смешанные оксиды Ag. (гетерогенные) | этиленоксид | основные химические вещества, поверхностно-активные вещества |
| циклогексан | процесс KA | соли Co и Mn. (гомогенный) | циклогексанол. циклогексанон | предшественник нейлона |
| этилен | процесс Wacker | соли Pd и Cu. (гомогенные) | ацетальдегид | основные химические вещества |
| пара-ксилол | синтез терефталевой кислоты | соли Mn и Co. (гомогенные) | терефталевая кислота | предшественник пластика |
| пропилен | аллильное окисление | Mo-оксиды. (гетерогенные) | акриловая кислота | пластичный предшественник |
| пропилен,. аммиак | SOHIO процесс | Bi-Mo-оксиды. (гетерогенные) | акрилонитрил | предшественник пластика |
| метанол | Formox process | Fe-Mo-оксиды. (гетерогенные) | формальдегид | основные химические вещества, алкидные смолы |
| бутан | Процесс с малеиновым ангидридом | фосфаты ванадия. (гетерогенный) | малеиновый ангидрид | пластмассы, алкидные смолы |
Окисление катализ проводится как гетерогенным катализом, так и гомогенным катализом. В гетерогенных процессах газообразный субстрат и кислород (или воздух) пропускаются над твердыми катализаторами. Типичными катализаторами являются платина и окислительно-восстановительные оксиды железа, ванадия и молибдена. Во многих случаях катализаторы модифицированы множеством добавок или промоторов, которые увеличивают скорость или селективность.
Важными гомогенными катализаторами окисления органических соединений являются карбоксилаты кобальта, железа и марганца. Для обеспечения хорошей растворимости в органическом растворителе эти катализаторы часто получают из нафтеновых кислот и этилгексановой кислоты, которые обладают высокой липофильностью. Эти катализаторы инициируют автоокисление, в результате которого образуются органические радикалы, которые соединяются с кислородом с образованием промежуточных продуктов гидропероксида. Обычно селективность окисления определяется энергиями связи. Например, бензильные связи C-H заменяются кислородом быстрее, чем ароматические связи C-H.
Многие катализаторы селективного окисления были разработаны для производства тонких химических веществ, представляющих фармацевтический или академический интерес. Примерами, удостоенными Нобелевской премии, являются эпоксидирование Шарплесса и дигидроксилирование Шарплесса.
Каталитическое окисление широко распространено в биологии, особенно потому, что аэробная жизнь существует за счет энергии O 2 высвобождается при окислении органических соединений. В отличие от промышленных процессов, которые оптимизированы для производства химических соединений, биологическое окисление с целью получения энергии оптимизировано для производства энергии. Многие металлоферменты опосредуют эти реакции.
Топливные элементы основаны на окислении органических соединений (или водорода) с использованием катализаторов. Каталитические нагреватели генерируют беспламенное тепло от источника горючего топлива и кислорода из воздуха в качестве окислителя.
.
