מבוא לזרזי מתכות יקרות

1. מאפיינים של זרזי מתכות יקרות
שינוי קצב התגובות הכימיות
לא משתתף בתוצר הסופי של התגובה
כמעט כל המתכות היקרות יכולות לשמש כזרזים
ביניהם, זרזי המתכות היקרות הנפוצים ביותר בשימוש כוללים פלטינה, פלדיום, רודיום, כסף, רותניום וכו'. ביניהם, פלטינה ורודיום הם הנפוצים ביותר. בשל אורביטלי האלקטרונים הבלתי מלאים שלהם, המשטחים שלהם נוטים לספוח מגיבים ובעלי חוזק בינוני, מה שמקל על היווצרות "תרכובות פעילות" ביניים. בשל מאפיין זה, יש לו פעילות קטליטית גבוהה ותכונות מצוינות מקיפות כגון עמידות בטמפרטורה גבוהה, עמידות חמצון ועמידות בפני קורוזיה, מה שהופך אותו לחומר זרז חשוב.
2, מדדי הפעילות העיקריים של זרזי מתכות יקרות
01 פעילות
פעילות היא הסטנדרט למדידת יעילותו של זרז. בתעשייה, הוא מתבטא בדרך כלל ככמות המוצרים המתקבלת ליחידת נפח (או משקל) של זרז בתנאים מסוימים וליחידת זמן.
02סלקטיביות
סלקטיביות מתייחסת לספציפיות של פעולתו של זרז, כלומר, בתנאים מסוימים, זרז רק מאיץ תגובה כימית מסוימת. סלקטיביות מתבטאת בדרך כלל כאחוז מהיחס בין מספר מולקולות המוצר הרצויות המתקבלות לאחר התגובה למספר חומרי הגלם המשתתפים בתגובה.
03יציבות
יציבות מתייחסת ליכולתו של זרז לשמור על פעילותו וסלקטיביות במהלך השימוש, המתבטאת בדרך כלל במונחים של חיי השירות שלו. הביצועים הטובים של זרזים תלויים לא רק במאפיינים המובנים של מתכות פעילות (כגון המבנה האלקטרוני של אטומים), אלא גם בגורמים כמו מבנה הגביש שלהם, גודל החלקיקים, שטח הפנים הספציפי, מבנה הנקבוביות ומצב הפיזור שלהם. בנוסף, גם לזרזים ולספקים משותפים יש השפעה משמעותית על הביצועים של זרזים.
3. סיווג זרזי מתכות יקרות
על פי עקרונות סיווג שונים, זרזים שייכים לקטגוריות שונות.
01מחולק לפי צורת המנשא
ניתן לחלק זרזים נתמכים לצורות חלקיקיות, כדוריות, עמודות וחלות דבש.
02Cמסווג לפי המתכות הפעילות העיקריות של הזרז
זרזים נפוצים כוללים זרזי כסף, זרזי פלטינה, זרזי פלדיום וזרזי רודיום.
03מסווג לפי קטגוריית תגובה קטליטית
ניתן לחלק את זרזי המתכות היקרות לשתי קטגוריות: זרזים הטרוגניים וזרזים הומוגניים:
זרזים הומוגניים הם בדרך כלל תרכובות מסיסות (מלחים או קומפלקסים), כגון פלדיום כלוריד, רודיום כלוריד, פלדיום אצטט, קרבוניל רודיום, טריפנילפוספין קרבוניל רודיום וכו'.
זרזים רב-פאזיים הם מוצקים בלתי מסיסים, בעיקר בצורה של רשת תיל מתכת ומצבי מתכת נקבוביים בנשאים אורגניים. הרוב המכריע של הזרזים הרב-פאזיים הם סוגי מתכות אצילות הנתמכות בנשא, כגון Pt/Al2O3, Pd/C, Ag/Al2O3, Rh/SiO2, Pt Pd/Al2O3, Pt Rh/Al2O3 וכו'.
בכל התגובות הקטליטיות, תגובות קטליטיות הטרוגניות מהוות 80% עד 90%.
03הבדל בין זרזים של מתכות יקרות לבין זרזים מסורתיים
4.זרזי מתכת יקריםVSTזרזים מסורתיים
01זרזי מתכת יקרים יציבים יותר וקלים יותר לאחסון מאשר זרזי מתכת רגילים
מתכות יקרות בדרך כלל פחות מועדות לתגובות כימיות ובעלות תכונות יציבות יחסית (כגון אלומיניום מתחמצן בקלות והופך לאלומינה בעת חשיפה לאוויר). הם אינם מתחמצנים בקלות בטמפרטורת החדר ואינם מתלקחים מעצמם בטמפרטורות גבוהות. בדרך כלל, חומצות ובסיסים אינם יכולים לשתות אותם. לכן, לאחר הכנה עם זרזי מתכת יקרים, הם יציבים יותר וקלים יותר לאחסון מאשר זרזי מתכת רגילים.
02זרזי מתכות יקרות מפגינים פעילות וסלקטיביות גבוהות יותר בטמפרטורות נמוכות
מחקר מצא שהאינטראקציה בין חלקיקי מתכת יקרים ונושאים בקנה מידה ננו יכול לשנות את תכונות פני השטח שלהם (מבנה גיאומטרי ואלקטרוני פני השטח), להאיץ תגובות ולהפגין פעילות קטליטית גבוהה.
03ההשפעה הסינרגטית של זרזי מתכות יקרות
ניתן להשתמש בזרזים שונים של מתכות יקרות לא רק בנפרד אלא גם בשילוב.
בשימוש בשילוב, ישנה אפקט סינרגטי בין זרזים שונים (כאשר משתמשים בשני זרזים יחד, הפעילות הקטליטית שלהם גדולה מסכום השניים בשימוש בנפרד), מה שמגביר מאוד את הפעילות הקטליטית של התגובה.
יתרה מכך, מתכות יקרות יכולות ליצור זרזים מרוכבים עם יחסי תכולה וגדלים שונים של חלקיקים עם מתכות כלליות, לשפר את סלקטיביות התגובה ואת תוחלת החיים של הזרז (משך הזמן שמיש), ולהפחית את עלויות הזרז (כמות המתכות היקרות בטבע קטנה מאוד, ולכן המחירים שלהן גבוהים בהרבה מאלה של מתכות כלליות).
04שיטת ההכנה פשוטה וביצועי המיחזור טובים
תנאי הסינתזה של כמה זרזים מתכת יקרים הם מתונים, שיטות הסינתזה פשוטות, וביצועי המיחזור של זרזים ישנים עדיין טובים מאוד, מה שהופך אותם לסוג הזרז הנחקר ביותר כיום.
זרזי מתכות יקרות משמשים בעיקר בתגובות הידרוגנציה וחמצון, ועד כה, המחקר שלהם התמקד בעיקר בשיטות הכנה, גודל החלקיקים ואינטראקציות עם נשאים (חומרים עמוסים בחלקיקי מתכת יקרה).
למרות שלזרזים של מתכות יקרות יש יתרונות שונים, עלינו גם להבין שהם אינם כל יכול. במהלך השימוש, זרזי מתכות יקרות עלולים לאבד את פעילותם עקב גורמים שונים, המחולקים בדרך כלל לשלוש קטגוריות: הרעלה, סינטר וניתוק תרמי, קוקוס וחסימה.
5. במעלה הזרם ומורד הזרם של זרזי מתכות יקרות
01חומרי הגלם במעלה הזרם של זרזי מתכות יקרות מסתמכים על יבוא
במעלה הזרם של זרזי מתכות יקרות כרוך בעיקר מינרלים של מתכות יקרות, פיתוח נשאים וכו'.
מתכות יקרות הן משאב נדיר בעולם, וחומרי הגלם העיקריים עבור זרזים של מתכות יקרות הם פלטינה, פלדיום וחומרי גלם אחרים של מתכות יקרות. עם זאת, סין היא מדינה עם משאבי מתכת מקבוצת פלטינה נדירים ביותר, הנשענת בעיקר על יבוא. המחירים מושפעים מהמחזורים הכלכליים של התעשייה העולמית והמורדת, ויש להם מאפיינים של שינוי מהיר ותנודות גדולות.
ישנם סוגים שונים של נשאים לזרזים של מתכות יקרות, בעיקר סיליקטים, תחמוצות מתכות ונושאי פחמן.
02זרזי מתכת יקרים נמצאים בשימוש נרחב במורד הזרם
זה כרוך בתחומים שונים כמו פטרוכימיקלים, כימיקלים פחם, תרופות, חומרי הדברה, מזון, צבעים, פיגמנטים, חומרים כימיים חדשים, הגנת הסביבה, אנרגיה חדשה, אלקטרוניקה וכו'.