Экология и производственная безопасность

Кат-Кат энергетического уровня молекул взаи­ модействующих веществ. Роль катали­ заторов сводится к увеличению скорос­ ти окисления и понижению температу­ ры реакции. С помощью катализатора обеспечивается взаимодействие на его поверхности конвертируемых веществ и образование активированных комплек­ сов в виде промежуточных поверхност­ ных соединений катализатора и реаги­ рующих веществ. Схему каталитического гетероген­ ного процесса для газовой смеси мож­ но представить в виде реакции: А + В + К ^ К(АВ); К(АВ) ^ С + К, где А, В - взаимодействующие компо­ ненты; К - катализатор; К(АВ) - акти­ вированное промежуточное соединение на поверхности катализатора; С - конеч­ ное вещество (менее токсичное). Для гетерогенных процессов осо­ бую важность имеет транспорт вещества из объема газа к твердой поверхности катализатора - внешняя диффузия, опи­ сываемая законом Фика: dq =-Е>^ {dd dl) dt, где dq - количество вещества, проходя­ щее за время dt через поверхность 5"; D - коэффициент диффузии; dddl - гра­ диент концентрации. Для большинства каталити­ ческих гомогенных и гетерогенных про­ цессов константа скорости реакции к может быть определена по уравнению Аррениуса: к = ^о-ехр {-Е / RT), где к„ - предэкспоненциальный множи­ тель; Е - энергия активации; R - газовая постоянная; Т - абсолютная температу­ ра. На основании уравнения опытным путем может быть определена путем энергия активации. Можно сравнить энергию активации гетерогенной реак­ ции (iirex) с энергией активации той же реакции, но проведенной в гомогенной среде без катализатора {Е^оу). Сравнение энергии активации Е (кДж-моль') некоторых гомогенных и гетерогенных реакций Реакции -•-^гом Катали­ затор j-^гет F j-^гет 2 N 2 0 ^ 245 А и 121 123 ^ 2N2+0 Pt 134 111 W 163 163 Mo 121,3- 205- 2 N H 3 ^ 326 176 151 ^ N2 + ЗН2 Fe 125,5- 176 200,9- 150 Os 197 129 2SO2 + О2 ^ ^ 2 8 0 з 251 Pt 63 188 Как видно из таблицы, хотя раз­ личные катализаторы и проявляют спе­ цифические свойства и энергии актива­ ции одной и той же реакции различны на разных катализаторах, в целом на­ блюдается резкое снижение энергии ак­ тивации гетерогенного процесса по сравнению с энергией гомогенного. Снижение энергии активации ре­ акции в присутствии катализатора объясняется экзотермическим процес­ сом адсорбции образовавшегося проме­ жуточного соединения на катализаторе (активированного комплекса). Существует несколько теорий ка­ тализа. Наиболее многочисленны тео­ рии гетерогенного катализа. Общим для них является представление, что реак­ ция осуществляется в той или иной фор­ ме через образование поверхностных промежуточных соединений. Это озна­ чает, что активность катализатора зави­ сит от таких свойств его поверхности. 278