A partir dels diferents components actius, els catalitzadors heterogenis es poden dividir en metall i les seves sals, òxids metàl·lics i catalitzadors d'òxids metàl·lics compostos; segons la seva forma, es poden dividir en formes esfèriques, columnars curtes i bresca; en funció del seu procés de preparació, es poden dividir en els que utilitzen un suport i els que no fan servir un suport.
Els catalitzadors heterogenis d'estat sòlid-prevenen en gran mesura la pèrdua de catalitzador, són més fàcils de separar de les aigües residuals i tenen avantatges com ara una bona activitat, una bona estabilitat i un procés de tractament curt;
Tanmateix, hi ha transferència de massa entre fases heterogènies del catalitzador, i els sòlids en suspensió a les aigües residuals i els intermedis de reacció poden provocar que les partícules del catalitzador es recobrisquen o es bloquegin, provocant la desactivació.
I. Tipus de catalitzadors
(1) Metall/catalitzadors suportats
En la tecnologia d'oxidació catalítica heterogènia, els catalitzadors de metalls nobles s'utilitzen àmpliament a causa de la seva alta activitat, llarga vida útil i forta adaptabilitat. Els catalitzadors fets amb metalls nobles com P, Pd i Ru com a components actius no només tenen llocs d'adsorció d'hidrocarburs compatibles, sinó també un gran nombre de llocs d'adsorció d'oxigen, que poden experimentar ràpidament l'activació d'oxigen i l'adsorció d'hidrocarburs a mesura que avança la reacció superficial. Per aconseguir una millor dispersibilitat i reduir la quantitat de metall utilitzat, la impregnació s'utilitza sovint per suportar metalls en suports amb grans àrees de superfície específiques, com ara Al3O2, SiO2, carbó actiu, TiO2, CeO2 i ZrO2.
(2) Òxid metàl·lic/Catalitzadors suportats
La selecció de catalitzadors en processos d'oxidació catalítica requereix la consideració de nombrosos factors, com ara les propietats de la solució, la capacitat catalítica del catalitzador i la seva estabilitat tèrmica a l'aigua. Entre aquests, els òxids metàl·lics són molt valorats per la seva alta estabilitat i bona activitat.
Segons la seva estabilitat, els catalitzadors es poden classificar de la següent manera: 1. Òxids més estables en condicions d'oxidació elevada, com ara òxid de titani, òxid de vanadi, òxid de crom, òxid de magnesi, òxid de zinc i òxid d'alumini; 2. Òxids amb estabilitat moderada, com ara òxid de ferro, òxid de cobalt, òxid de níquel i òxid de plom; 3. Òxids d'alt-oxidació-inestables i metalls nobles, com ara el platí, el pal·ladi, el ruteni i l'or.
(3) Òxid compost/Catalitzadors suportats
Basant-se en el principi complementari de la regulació de l'activitat catalítica, s'espera que els catalitzadors d'òxids compostos assoleixin una activitat catalítica més alta. Els efectes sinèrgics poden millorar l'activitat del catalitzador i inhibir la dissolució dels components actius. Per exemple, la combinació de CoO, CuO o NiO amb òxids de Fe(III), Pt o Ru és un catalitzador d'oxidació eficaç.
II Bases de selecció del catalitzador
(1) Selecció de catalitzadors
En seleccionar un catalitzador, generalment s'han d'utilitzar catalitzadors amb les característiques següents:
1. Velocitat d'oxidació ràpida i millor contacte de fase, accelerant així la reacció;
2. No-selectiu, que permet una oxidació completa;
3. Propietats fisicoquímiques estables en solucions àcides calentes;
4. Alta activitat i llarga vida útil a altes temperatures, i insensible als verins;
5. Alta resistència mecànica i resistència al desgast.
(2) Selecció de suport del catalitzador
D'acord amb la composició de les partícules de suport del catalitzador, es pot dividir aproximadament en tres tipus: suports de partícules, suports-de gra gruixut i substrats.
Quan s'utilitzen catalitzadors, normalment es tenen en compte els punts següents:
1. Composició química i dispersió;
2. Propietats fisicoquímiques superficials-porositat, adsorció, propietats electroquímiques i mecàniques;
3. Gruix i quantitat de material actiu que es pot carregar;
4. Força i estabilitat específiques;
5. Estabilitat química;
6. Resistència a l'abrasió, duresa i resistència a la compressió;
7. Participació en reaccions catalitzadores.
III Causes de la desactivació del catalitzador
A més d'una alta activitat i una bona selectivitat, els catalitzadors també han de tenir una bona resistència mecànica i estabilitat, amb l'estabilitat que afecta la seva capacitat per degradar l'activitat.
Després d'un període d'ús, els catalitzadors experimentaran una desactivació, principalment a causa de la pèrdua de material del catalitzador i de coquització.
La pèrdua de catalitzador és una de les principals causes de desactivació. Aquesta pèrdua es veu afectada principalment pel pH, fent que els components actius es dissolguin. Estudis experimentals han demostrat que el pH de les aigües residuals té un impacte important en l'oxidació de la matèria orgànica en fase líquida.
Per exemple, els catalitzadors d'ozó heterogenis presenten baixes taxes de reacció i altes taxes de desactivació en condicions àcides. La pèrdua de catalitzador és mínima a pH 7. Quan el pH és superior a 7 però inferior a 9, no es produeix cap pèrdua de catalitzador. Tanmateix, quan el pH és superior a 10, la velocitat de reacció es manté baixa. Per tant, ajustar el valor del pH pot reduir o prevenir la pèrdua de catalitzador.
La coquització del catalitzador és una altra causa important de desactivació, també coneguda com a desactivació de l'encrassement del catalitzador. Això és causat principalment per la deposició de carboni, nitrogen i altres substàncies produïdes durant la reacció a la superfície del catalitzador. Les aplicacions d'enginyeria han verificat que alguns catalitzadors heterogenis presenten altes taxes de degradació en un període de temps determinat, seguit de la desactivació. L'anàlisi de la cromatografia fotoelectroquímica d'energia (ESCA) de la superfície del catalitzador revela la deposició de carboni, que dificulta el contacte entre els reactius en fase líquida i la superfície del catalitzador, provocant així la desactivació.
