أسباب اختيار وتعطيل المحفزات غير المتجانسة

بناءً على المكونات النشطة المختلفة، يمكن تقسيم المحفزات غير المتجانسة إلى فلز وأملاحه، وأكاسيد الفلز، ومحفزات أكسيد الفلز المركب؛ بناءً على شكلها، يمكن تقسيمها إلى أشكال كروية، وعمودية قصيرة، وأشكال على شكل قرص العسل؛ بناءً على عملية إعدادهم، يمكن تقسيمهم إلى أولئك الذين يستخدمون الدعم وأولئك الذين لا يستخدمون الدعم.

تمنع المحفزات غير المتجانسة-الحالة الصلبة إلى حد كبير فقدان المحفز، كما أنها أسهل في فصلها عن مياه الصرف الصحي، ولها مزايا مثل النشاط الجيد، والاستقرار الجيد، وعملية المعالجة القصيرة؛

ومع ذلك، هناك نقل جماعي بين مراحل المحفز غير المتجانسة، وقد تتسبب المواد الصلبة العالقة في مياه الصرف الصحي ووسائط التفاعل في تغليف جزيئات المحفز أو حظرها، مما يؤدي إلى إلغاء التنشيط.

(1) المعادن/المحفزات المدعومة

في تكنولوجيا الأكسدة الحفزية غير المتجانسة، يتم استخدام محفزات المعادن النبيلة على نطاق واسع بسبب نشاطها العالي، وعمرها الطويل، وقدرتها القوية على التكيف. المحفزات المصنوعة من معادن نبيلة مثل P وPd وRu كمكونات نشطة لا تحتوي فقط على مواقع امتزاز هيدروكربونية متوافقة ولكن أيضًا على عدد كبير من مواقع امتزاز الأكسجين، والتي يمكن أن تخضع بسرعة لتنشيط الأكسجين وامتزاز الهيدروكربون مع استمرار التفاعل السطحي. لتحقيق تشتت أفضل وتقليل كمية المعدن المستخدم، غالبًا ما يتم استخدام التشريب لدعم المعادن على ناقلات ذات مساحات سطحية عالية محددة، مثل Al3O2 وSiO2 والكربون المنشط وTiO2 وCeO2 وZrO2.

(2) أكسيد المعدن/المحفزات المدعومة

يتطلب اختيار المحفزات في عمليات الأكسدة الحفزية النظر في عوامل عديدة، مثل خصائص المحلول، والقدرة التحفيزية للمحفز، واستقراره الحراري في الماء. ومن بين هذه الأكاسيد المعدنية، تحظى بتقدير كبير بسبب ثباتها العالي ونشاطها الجيد.

بناءً على ثباتها، يمكن تصنيف المحفزات على النحو التالي: 1. الأكاسيد الأكثر استقرارًا تحت ظروف الأكسدة العالية، مثل أكسيد التيتانيوم، وأكسيد الفاناديوم، وأكسيد الكروم، وأكسيد المغنسيوم، وأكسيد الزنك، وأكسيد الألومنيوم؛ 2. أكاسيد ذات ثبات متوسط، مثل أكسيد الحديد، وأكسيد الكوبالت، وأكسيد النيكل، وأكسيد الرصاص؛ 3. أكاسيد الحالة-الأكسدة العالية-غير المستقرة والمعادن النبيلة، مثل البلاتين والبلاديوم والروثينيوم والذهب.

(3) الأكسيد المركب/المحفزات المدعومة

واستنادًا إلى المبدأ التكميلي لتنظيم النشاط التحفيزي، من المتوقع أن تحقق محفزات الأكسيد المركب نشاطًا تحفيزيًا أعلى. يمكن للتأثيرات التآزرية أن تعزز نشاط المحفز وتمنع انحلال المكونات النشطة. على سبيل المثال، يعتبر مزيج CoO أو CuO أو NiO مع أكاسيد Fe(III) أو Pt أو Ru بمثابة محفز أكسدة فعال.

(1) اختيار المحفز

عند اختيار المحفز، يجب بشكل عام استخدام المحفزات ذات الخصائص التالية:

1. معدل أكسدة سريع واتصال أفضل للطور، وبالتالي تسريع التفاعل؛

2. غير -انتقائي، مما يسمح بالأكسدة الكاملة؛

3. الخواص الفيزيائية والكيميائية المستقرة في المحاليل الحمضية الساخنة.

4. نشاط عالي وعمر طويل في درجات الحرارة المرتفعة، وعدم الحساسية للسموم.

5. قوة ميكانيكية عالية ومقاومة التآكل.

(2) اختيار دعم المحفز

استنادًا إلى تركيبة جزيئات دعم المحفز، يمكن تقسيمها تقريبًا إلى ثلاثة أنواع: دعامات الجسيمات، ودعامات الحبيبات الخشنة-، والركائز.

عند استخدام المحفزات، عادة ما يتم أخذ النقاط التالية بعين الاعتبار:

1. التركيب الكيميائي والتشتت.

2. الخواص الفيزيائية والكيميائية السطحية-المسامية، والامتزاز، والخواص الكهروكيميائية والميكانيكية؛

3. سمك وكمية المادة الفعالة التي يمكن تحميلها.

4. قوة واستقرار محددين.

5. الاستقرار الكيميائي.

6. مقاومة التآكل، والصلابة، وقوة الضغط.

7. المشاركة في التفاعلات التحفيزية.

بالإضافة إلى النشاط العالي والانتقائية الجيدة، يجب أن تمتلك المحفزات أيضًا قوة ميكانيكية جيدة واستقرارًا، مع تأثير الاستقرار على قدرتها على تحلل النشاط.

بعد فترة من الاستخدام، ستتعرض المحفزات للتعطيل، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى فقدان مادة المحفز وفحم الكوك.

يعد فقدان المحفز سببًا رئيسيًا للتعطيل. ويتأثر هذا الفقدان بشكل رئيسي بدرجة الحموضة، مما يؤدي إلى ذوبان المكونات النشطة. أظهرت الدراسات التجريبية أن الرقم الهيدروجيني لمياه الصرف الصحي له تأثير كبير على أكسدة المواد العضوية في الطور السائل.

على سبيل المثال، تظهر محفزات الأوزون غير المتجانسة معدلات تفاعل منخفضة ومعدلات تعطيل عالية في ظل الظروف الحمضية. يكون فقدان المحفز في حده الأدنى عند درجة الحموضة 7. وعندما يكون الرقم الهيدروجيني أكبر من 7 ولكن أقل من 9، لا يحدث فقدان للمحفز. ومع ذلك، عندما يكون الرقم الهيدروجيني أكبر من 10، يظل معدل التفاعل منخفضًا. ولذلك، فإن ضبط قيمة الرقم الهيدروجيني يمكن أن يقلل أو يمنع فقدان المحفز.

يعد فحم الكوك المحفز سببًا رئيسيًا آخر للتعطيل، والمعروف أيضًا باسم إلغاء تنشيط قاذورات المحفز. يحدث هذا بشكل أساسي بسبب ترسب الكربون والنيتروجين والمواد الأخرى الناتجة أثناء التفاعل على سطح المحفز. لقد أثبتت التطبيقات الهندسية أن بعض المحفزات غير المتجانسة تظهر معدلات تحلل عالية خلال فترة زمنية معينة، يليها التعطيل. يكشف التحليل اللوني الكهروكيميائي الضوئي للطاقة (ESCA) لسطح المحفز عن ترسب الكربون، مما يعيق الاتصال بين المواد المتفاعلة في الطور السائل وسطح المحفز، مما يؤدي إلى التعطيل.