Katalysatoren sind äußerst vielfältig und können nach mehreren Dimensionen wie Zusammensetzung, Phase, Wirkungs mechanismus und Funktion klass ifi ziert werden.

Klassifizierung durch die Phasen beziehung zwischen dem Katalysator und dem Reaktions system

Das ist das intuitiv steUndEngineering-kritische Klassifizierung methode, die das Design und den Betriebs modus des Reaktors bestimmt.

Homogener Katalysator

Definition: Ein Katalysator, der sich in derselben Phase wie die Reak tanten befindet (normaler weise die Gas-oder Flüssig phase).

Vorteile: Hohe Aktivität und gute Selektivität (da jedes katalytische Zentrum gleichmäßig dispergiert ist und in vollem Kontakt mit den Reak tanten steht).

Nachteile: Schwierig zu trennen und wieder herzustellen, erfordert normaler weise komplexe Destillation, Extraktion und andere Schritte, hohe Kosten und kann das Produkt kontaminieren.

TypischTypen: Säure/Base-Katalysatoren, Wie zSchwefels äure (zur Veresterung und Alkyl ierung), Natrium hydroxid. Rhodium carbonyl (zur Hydro formylierung von Olefinen zu Aldehyden). Palladium/Platin-Komplexe (für Kreuz kupplungs reaktionen wie die Suzuki-Reaktion).

Heterogene Katalysatoren

Definition: Ein Katalysator ist eine Substanz in einer anderen Phase als die Reak tanten. Typischer weise ist der Katalysator ein Feststoff und die Reak tanten sind ein Gas oder eine Flüssigkeit.

Vorteile: Einfach zu trennen (durch einfache Filtration und Sediment ation), kann kontinuierlich produziert werden, hat eine lange Lebensdauer und ist wieder verwendbar. Es ist die wichtigste Form des Katalysators in der Industrie.

Nachteile: Die aktiven Zentren befinden sich an der Oberfläche, was zu einer relativ geringen Auslastung führt. Masse-und Wärme übertragung können die begrenzen den Schritte werden.

Haupt komponenten: Die aktive KomponenteIstDie katalytische Substanz (z. B. Pt, Pd, Ni, V₂ O₅, Cu/ZnO), WährendDie UnterstützungIst im AllgemeinenEin poröses Material, das die aktive Komponente unterstützt und eine hohe spezifische Oberfläche und mechanische Festigkeit bietet (z. B. Al², SiO₂, TiO₂, Aktivkohle, Molekular sieb).

Typische Typen: Automobil-Drei-Wege-Katalysatoren,Mit Pt-Pd-Rh, unterstützt auf Waben keramik. Ammoniak-Eisens yn these katalysatoren, Normaler weise unterstützt aufFe-K₂ O-AlOnes. Entschwefelung katalysatoren, Normaler weise unterstützt aufCo-Mo/Al.com/Ogeon. Erdöl-Crack katalysatoren, Typischer weise in Form vonZeolith-Molekular siebe.

Biokatalysatoren-Enzyme

Definition: Proteine oder RNA mit katalytischen Funktionen. Im Wesentlichen handelt es sich um spezielle Katalysatoren, die zwischen homogenen und heterogenen Phasen existieren.

Vorteile: Ultra hoher Wirkungsgrad (10-10-³ mal höher als bei gewöhnlichen Katalysatoren) und Spezifität ("ein Schlüssel öffnet ein Schloss"), milde Reaktions bedingungen (Raum temperatur und Druck).

TypischIndustrielle Anwendungen: Immobil isierte Enzyme (die als eine Art heterogener Katalysator angesehen werden können) werden zur Herstellung von Sirup, Waschmittel und Arzneimitteln mit hohem Fruchtzucker gehalt (wie Penicillin-Acylase zur Herstellung von halb synthetischem Penicillin) verwendet.

Klass ifi ziert nach chemischer Zusammensetzung und Material

Übergangs metalle der Gruppe VIII (Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Pt, Ir usw.) und Cu, Ag, Au.

Merkmale: Haupt sächlich verwendet bei Reaktionen mit H₂ oder O₂, wie Hydrierung, Dehydrierung, Oxidation und Reform ierung.

Beispiele: Pt/Rh-Netzwerk (Ammoniak oxidation zu Salpeters äure), Pd/C (Hydrierung reduktion), RaneyNi (kosten günstiger Hydrierung katalysator).

Metalloxid-und Sulfid katalysatoren

Merkmale: Hitze beständig, sauerstoff beständig und toxisch resistent; häufig zur Oxidation, Dehydrierung, selektiven Reduktion und Säure-Base-Katalyse.

Beispiele: Oxidierte Formen: V₂ O₅ (Schwefels äure-und Phthalsäure an hydrid produktion), CuO/ZnO/Alfeo O₂ (Methanol synthese), Bi-Mo-O (selektive Propylen oxidation), TiO₂ (Photo katalyse).

Feste Säure/Base-Katalysatoren

Features: Es kann stark korrosive und schwer zu recyceln den flüssigen Säuren/Laugen ersetzen und ist umwelt freundlich.

Beispiele: Feste Säuren, Wie zZeolith-Molekular siebe, Hetero poly säuren, Zirkonium sulfat, saure Harze und Nafion-Membranen. Solide Basen, Wie zHydro talcit, unterstützte Erd alkalimetall oxide und basische Harze.

Komplexe Katalysatoren

Definition: Ein komplexes Ion oder Molekül, das durch ein zentrales Metall atom und einen organischen Liganden durch Koordination bindungen gebildet wird. Es kann in homogenen Phasen verwendet oder auf heterogenen Trägern immobil isiert werden.

Merkmale: Die katalytische Leistung kann durch die Entwicklung von Liganden "zuges chnitten" werden, um eine hohe Enantio selektivität (asymmetrische Katalyse) zu erreichen.

Beispiele: Wilkinson-Katalysatoren (RhCl (PPh­ ­l) ­, Hydrierung), Ziegler-Natta-Katalysatoren (TiCl/AlR­ ge­, Olefin polymer isation) und verschiedene chirale Katalysatoren, die bei der Arzneimittel synthese verwendet werden.

Klass ifi ziert nach Funktion oder Reaktion

Oxidations katalysatoren: Katalysatoren für die vollständige/selektive Oxidation von organischem Material oder CO (wie Ag-Katalysatoren zur Reinigung von Autoabgasen und zur Oxidation von Ethylen zu Ethylenoxid).

Hydrier-/Dehydrierung katalysatoren: Katalysatoren zur Hydrierung ungesättigter Bindungen oder Dehydrierung gesättigter Kohlen wasserstoffe (wie Ni-Katalysatoren zur Hydrierung von Ölen und Fe-K-Katalysatoren zur Dehydrierung von Ethylbenzol zu Styrol).

Säure katalysatoren: katalytisches Cracken, Isomer isierung, Alkyl ierung, Veresterung und andere Reaktionen (wie Zeolithe beim Erdöl cracken).

Polymer isations katalysatoren: Katalysatoren für die Polymer isation von Olefinen und DienenCh als Zn-Katalysatoren und Metallocen-Katalysatoren).

Umwelt freundliche Katalysatoren: speziell zur Reinigung von Schadstoffen.

Abgas reinigungs katalysatoren: Kfz-Drei-Wege-Katalysatoren, Kraftwerks-SCR-Denitrifi kation katalysatoren (V₂ O₅-WO₂/TiO₂).

Photo katalysatoren: Katalysatoren, die nach Absorption von Lichtenergie aktive Spezies produzieren, um Reaktionen zu katalysieren (wie TiO₂-photo katalytische Wassers paltung und Photo abbau von Schadstoffen).

Elektro katalysatoren: Katalysatoren, die elektro chemische Reaktionen auf der Elektroden oberfläche beschleunigen (wie Pt/C-Katalysatoren für Brennstoffzellen und IrO₂/RuO₂-Katalysatoren für die Wasserstoff produktion durch Wasser elektrolyse).