เนื่องจากการเติบโตอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรม ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาจึงเป็นที่ต้องการมากขึ้นเรื่อยๆ ในการผลิตเคมี วิศวกรรมเครื่องกล และโลหะวิทยา ด้วยการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ทำให้สามารถเปลี่ยนวัตถุดิบคุณภาพต่ำให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีค่าได้
ความสำคัญ
ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยามีความโดดเด่นจากสารต่างๆ ที่ใช้ ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ พวกมันมีส่วนในการเร่งความเร็วของดีไฮโดรจีเนชัน ไฮโดรจิเนชัน ไฮเดรชัน ออกซิเดชัน และโพลีเมอไรเซชันอย่างมีนัยสำคัญ ตัวเร่งปฏิกิริยาถือได้ว่าเป็น "ศิลาอาถรรพ์" ที่เปลี่ยนวัตถุดิบให้เป็นผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป: เส้นใย ยา สารเคมี ปุ๋ย เชื้อเพลิง พลาสติก
ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาทำให้ได้ผลิตภัณฑ์จำนวนมาก โดยที่ชีวิตปกติและกิจกรรมของมนุษย์จะเป็นไปไม่ได้
การเร่งปฏิกิริยาช่วยให้คุณเร่งกระบวนการในเป็นพันๆ ล้านครั้ง จึงทำให้ปัจจุบันมีการใช้ในอุตสาหกรรมเคมีต่างๆ ถึง 91%
ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจ
กระบวนการทางอุตสาหกรรมสมัยใหม่หลายอย่าง เช่น การสังเคราะห์กรดซัลฟิวริก สามารถทำได้โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเท่านั้น สารเร่งปฏิกิริยาที่หลากหลายช่วยให้มั่นใจได้ถึงการสร้างน้ำมันเครื่องสำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์ ในปี 1900 เป็นครั้งแรกในระดับอุตสาหกรรม มีการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาของมาการีนจากวัตถุดิบพืช (โดยการเติมไฮโดรเจน)
ตั้งแต่ปี 1920 กลไกได้รับการพัฒนาสำหรับปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาในการผลิตเส้นใยและพลาสติก เหตุการณ์สำคัญคือการผลิตเอสเทอร์ โอเลฟินส์ กรดคาร์บอกซิลิก ตลอดจนวัสดุตั้งต้นอื่นๆ สำหรับการผลิตสารประกอบโพลีเมอร์
กลั่นน้ำมัน
ตั้งแต่กลางศตวรรษที่ผ่านมา ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาถูกนำมาใช้ในการกลั่นน้ำมัน การประมวลผลทรัพยากรธรรมชาติอันมีค่านี้เกี่ยวข้องกับกระบวนการเร่งปฏิกิริยาหลายอย่างพร้อมกัน:
- ปฏิรูป;
- แตก;
- ไฮโดรซัลโฟเนชั่น;
- โพลีเมอไรเซชัน;
- ไฮโดรแคร็กกิ้ง;
- อัลคิเลชั่น
ตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ผ่านมา มีความเป็นไปได้ที่จะพัฒนาเครื่องฟอกไอเสียเชิงเร่งปฏิกิริยาเพื่อลดการปล่อยไอเสียสู่ชั้นบรรยากาศ
ได้รับรางวัลโนเบลหลายรางวัลสำหรับงานเร่งปฏิกิริยาและสาขาที่เกี่ยวข้อง
ความเกี่ยวข้องในทางปฏิบัติ
ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาคือกระบวนการใดๆ ที่เกี่ยวข้องกับการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา (ตัวเร่งปฏิกิริยา) ในการประเมินความสำคัญเชิงปฏิบัติของปฏิกิริยาดังกล่าว เราสามารถยกตัวอย่างปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับไนโตรเจนและสารประกอบของไนโตรเจนได้ เนื่องจากปริมาณนี้มีจำกัดในธรรมชาติ การสร้างโปรตีนจากอาหารโดยไม่ใช้แอมโมเนียสังเคราะห์จึงเป็นปัญหาอย่างมาก ปัญหาได้รับการแก้ไขด้วยการพัฒนากระบวนการเร่งปฏิกิริยา Haber-Bosch การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยามีการขยายตัวอย่างต่อเนื่อง ซึ่งทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของเทคโนโลยีต่างๆ ได้
การผลิตแอมโมเนีย
ลองพิจารณาปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยากัน ตัวอย่างจากเคมีอนินทรีย์มีพื้นฐานมาจากอุตสาหกรรมทั่วไป การสังเคราะห์แอมโมเนียเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนและย้อนกลับได้ ซึ่งมีลักษณะเฉพาะโดยการลดปริมาตรของสารที่เป็นแก๊ส กระบวนการนี้เกิดขึ้นบนตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งเป็นเหล็กที่มีรูพรุนด้วยการเติมอะลูมิเนียมออกไซด์ แคลเซียม โพแทสเซียม ซิลิกอน ตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวทำงานและเสถียรในช่วงอุณหภูมิ 650-830K
ส่งสารประกอบกำมะถันไปกลับไม่ได้ โดยเฉพาะคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมา ด้วยการนำเทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมมาใช้ ความกดดันได้ลดลงอย่างมาก ตัวอย่างเช่น มีการสร้างตัวแปลงที่ให้คุณลดตัวบ่งชี้ความดันเป็น 8106 - 15106 Pa
ความทันสมัยของวงจรด้านหน้าช่วยลดโอกาสในการพบสารเร่งปฏิกิริยาในนั้น - สารประกอบกำมะถันคลอรีน. ข้อกำหนดสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาก็เพิ่มขึ้นอย่างมากเช่นกัน หากก่อนหน้านี้ผลิตโดยการหลอมเหล็กออกไซด์ (สเกล) โดยเติมแมกนีเซียมและแคลเซียมออกไซด์ ตอนนี้โคบอลต์ออกไซด์จะทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นใหม่
ออกซิเดชันของแอมโมเนีย
ปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาและไม่ใช่ตัวเร่งปฏิกิริยามีลักษณะอย่างไร? ตัวอย่างของกระบวนการที่ขึ้นอยู่กับการเติมสารบางชนิดสามารถพิจารณาได้จากการเกิดออกซิเดชันของแอมโมเนีย:
4NH3+ 5O2=4NO+ 6H2O.
กระบวนการนี้สามารถทำได้ที่อุณหภูมิประมาณ 800 องศาเซลเซียส เช่นเดียวกับตัวเร่งปฏิกิริยาแบบคัดเลือก เพื่อเร่งปฏิกิริยา แพลตตินั่มและโลหะผสมกับแมงกานีส เหล็ก โครเมียม และโคบอลต์ถูกนำมาใช้ ปัจจุบัน ตัวเร่งปฏิกิริยาอุตสาหกรรมหลักคือส่วนผสมของแพลตตินัมกับโรเดียมและแพลเลเดียม วิธีนี้ทำให้สามารถลดต้นทุนของกระบวนการได้อย่างมาก
การสลายตัวของน้ำ
เมื่อพิจารณาจากสมการของปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา เราไม่สามารถละเลยปฏิกิริยาของการได้รับก๊าซออกซิเจนและไฮโดรเจนจากอิเล็กโทรไลซิสในน้ำ กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับต้นทุนด้านพลังงานจำนวนมาก ดังนั้นจึงมีการใช้งานไม่บ่อยนักในระดับอุตสาหกรรม
โลหะแพลตตินั่มที่มีขนาดอนุภาคประมาณ 5-10 นาโนเมตร (นาโนคลัสเตอร์) ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสมที่สุดสำหรับกระบวนการดังกล่าว การแนะนำของสารดังกล่าวช่วยเร่งการสลายตัวของน้ำ 20-30 เปอร์เซ็นต์ ประโยชน์อื่นๆ ได้แก่ ความเสถียรของตัวเร่งปฏิกิริยาคาร์บอนมอนอกไซด์แพลทินัม
ในปี2010ทีมนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันได้รับตัวเร่งปฏิกิริยาราคาถูกซึ่งช่วยลดการใช้พลังงานสำหรับการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า พวกเขากลายเป็นสารประกอบของนิกเกิลและโบรอนซึ่งมีราคาต่ำกว่าแพลตตินัมอย่างมาก ตัวเร่งปฏิกิริยาโบรอน - นิกเกิลได้รับความนิยมในการผลิตไฮโดรเจนอุตสาหกรรม
การสังเคราะห์อะลูมิเนียมไอโอไดด์
เอาเกลือนี้ไปทำปฏิกิริยากับผงอะลูมิเนียมกับไอโอดีน หยดน้ำเพียงหยดเดียวก็เพียงพอที่จะทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อเริ่มปฏิกิริยาเคมี
อย่างแรก ฟิล์มอะลูมิเนียมออกไซด์ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งกระบวนการ ไอโอดีนที่ละลายในน้ำทำให้เกิดส่วนผสมของกรดไฮโดรไอโอดิกและกรดไอโอดิก ในทางกลับกัน กรดจะละลายฟิล์มอะลูมิเนียมออกไซด์ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับกระบวนการทางเคมี
สรุป
ทุก ๆ ปี ขนาดของการประยุกต์ใช้กระบวนการเร่งปฏิกิริยาในด้านต่างๆ ของอุตสาหกรรมสมัยใหม่เพิ่มขึ้น ตัวเร่งปฏิกิริยาอยู่ในความต้องการที่ช่วยให้คุณสามารถทำให้เป็นกลางสารที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม บทบาทของสารประกอบที่จำเป็นสำหรับการผลิตไฮโดรคาร์บอนสังเคราะห์จากถ่านหินและก๊าซก็เติบโตขึ้นเช่นกัน เทคโนโลยีใหม่ช่วยลดต้นทุนด้านพลังงานในอุตสาหกรรมการผลิตสารต่างๆ
ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา ทำให้ได้สารประกอบโพลีเมอร์ ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณสมบัติอันทรงคุณค่า ปรับปรุงเทคโนโลยีที่ทันสมัยสำหรับการเปลี่ยนเชื้อเพลิงเป็นพลังงานไฟฟ้า สังเคราะห์สารที่จำเป็นสำหรับชีวิตมนุษย์และกิจกรรม
