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Catalisi eterogenea

1910
  • Paul Sabatier
Catalizzatore solido in un reattore che dimostra la catalisi eterogenea nella chimica fisica.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

In heterogeneous catalisi, IL catalizzatore is in a different phase from the reactants. Typically, a solid catalyst is used with gaseous or liquid reactants. The process involves several steps: diffusion of reactants to the catalyst surface, adsorption onto active sites, chemical reaction on the surface, desorption of products, and diffusion of products away from the surface.

Heterogeneous catalysis is the cornerstone of the modern chemical industry, accounting for the vast majority of large-scale industrial processes. The key advantage is the ease of separating the catalyst from the product stream, which simplifies purification and allows for continuous operation. The catalyst is often a porous solid with a high surface area, maximizing the number of available active sites. These catalizzatori can be unsupported (e.g., platinum gauze) or, more commonly, supported, where catalytically active metal nanoparticles are dispersed on a high-surface-area support material like alumina ([latex]Al_2O_3[/latex]), silica ([latex]SiO_2[/latex]), or activated carbon.

The mechanism, often described by the Langmuir–Hinshelwood model, involves the adsorption of reactant molecules onto the catalyst surface. This adsorption weakens the chemical bonds within the reactants, lowering the activation energy for the reaction. After the reaction occurs between adsorbed species, the product molecules desorb from the surface, freeing the active site for another catalytic cycle. The overall rate can be limited by any of these steps, from mass transport of reactants to the surface to the desorption of products. Catalyst deactivation through processes like poisoning (strong adsorption of impurities), coking (deposition of carbonaceous material), or sintering (loss of surface area at high temperatures) is a major practical challenge.

UNESCO Nomenclature: 2202
- Chimica fisica

Tipo

Processo chimico

Interruzione

Rivoluzionario

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • discovery of adsorbimento by Carl Wilhelm Scheele and Felice Fontana
  • Michael Faraday’s studies on platinum’s catalytic properties
  • Paul Sabatier’s work on catalytic hydrogenation of organic compounds
  • sviluppo di tecniche di scienza delle superfici

Applicazioni

  • Processo Haber-Bosch per la sintesi dell'ammoniaca
  • convertitori catalitici nelle automobili
  • cracking catalitico fluido (FCC) nella raffinazione del petrolio
  • Processo Fischer-Tropsch per carburanti sintetici
  • processo di contatto per la produzione di acido solforico

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • catalizzatori monoatomici per la massima efficienza e selettività
  • Strutture di catalizzatori stampate in 3D per flusso ottimizzato e trasferimento di massa
  • catalizzatori autorigeneranti in grado di invertire gli effetti dell'avvelenamento
  • catalizzatori plasmonici che utilizzano l'energia luminosa per guidare le reazioni
  • struttura metallo-organica (mof) based catalysts with tunable porosity
  • membrane catalitiche che combinano reazione e separazione in un unico passaggio
  • nanoreattori con catalizzatori incapsulati per reazioni a cascata
  • catalizzatori per convertire l'azoto direttamente in fertilizzanti a condizioni ambientali
  • catalizzatori magnetici per un facile recupero dalle reazioni in fase liquida
  • catalizzatori che funzionano in modo efficiente a basse temperature per risparmiare energia
Related to: heterogeneous catalysis, solid catalyst, surface chemistry, adsorption, active site, desorption, Langmuir-Hinshelwood, catalyst support, industrial chemistry, mass transport.

Contesto storico

Catalisi eterogenea

1904
1907
1909
1910
1912
1915
1915-11
1902
1907
1909
1910
1911-04-08
1913
1915
1916

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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