Quimica-Catalíse

Esta revisão destaca as principais descobertas catalíticas e os principais processos catalíticos industriais 300 anos que envolveu commodities, produtos químicos finos, petroquímicos, transformação de petróleo para combustíveis E fornecimento de energia, controle de emissões, e assim por diante. No passado, as descobertas têm frequentemente seguido Como guerras ou embargos, enquanto as atuais forças motrizes de estudos, pesquisas e descobertas visam Melhor compreensão dos processos catalíticos, na redução dos custos das matérias-primas e dos processos,Desenvolvendo novos materiais catalíticos e abordando questões ambientais. Esta revisão centra-se na História de muitos processos industriais catalíticos, questões ambientais, materiais catalíticos, Propriedades catalíticas esperadas, na caracterização do catalisador por métodos físicos e desenvolvimento in situ Condições, isto é, caracterização sob condições de trabalho reais com reagentes e produtos analisados conectados. A ênfase é também colocada na alta seletividade nas reações catalíticas e nos principais desafios Futuro, como questões ambientais, fornecimento de energia, controle de poluição para veículos e instalações industriais, Ar / VOCs / purificação de água, fontes de hidrogénio e armazenamento / aumento de dióxido de carbono, Biomassa como uma fonte promissora de matérias-primas, e perspectivas de cisão catalítica de água. Esta revisão é uma pesquisa de catálise heterogênea e não é abrangente, mas leva à conclusão Que, embora muitos catalisadores e processos catalíticos já tenham sido descobertos e desenvolvidos No século passado, existem muitas oportunidades para novos desenvolvimentos, novos processos e novos Materiais catalíticos. Segue-se que existem desafios substanciais para a geração mais jovem de pesquisadores E engenheiros, como enfatizado no final do manuscrito

Introdução

A catálise é um campo importante na química, com cerca de 90% Processos químicos envolvendo catalisadores em pelo menos um dos seus passos [1]. Actualmente, devido às questões ambientais, a catálise Ser ainda mais importante do que antes e constituir uma das As principais fontes de melhorias em nossa sociedade [2,3]. Uma pesquisa Das indústrias norte-americanas revelaram que a receita anual de E a produção de combustível superou todos os outros setores industriais. A pesquisa Também mostrou que mais de 60% dos 63 produtos principais e 90% Das 34 inovações de processo de 1930 a 1980 envolveram Catálise, o que ilustra o papel crítico deste campo no E indústrias químicas. Esta revisão destina-se a apresentar alguns antecedentes históricos Catálise e os principais desafios que este campo tem enfrentado na Último meio século e que ainda deve enfrentar no futuro. Esta revisão Está focada apenas em catálise heterogénea. Nosso objetivo neste manuscrito é destacar os principais Descobertas e processos que foram desenvolvidos Nos últimos três séculos. A história da catálise e sua contribuição Para indústrias químicas já foi amplamente descrito em A literatura, e. [4-6]. Pretendemos rever alguns historicamente Passos significativos no desenvolvimento de catálise e processos catalíticos. Sem discutir a cerveja antiga ou a fermentação do vinho, é Interessante recordar alguns processos antigos, como resumido na Tabela 1[7-13]. Alguns destes processos foram desenvolvidos em resposta a Forças motrizes designadas como "puxadores", como o esperado Embargo de salitre como fonte de nitrato, o que motivou Haber E processos de incentivos de menor capital e o uso de alimentos mais baratos São preferidos. Desde o final do século XX, o Preocupações também se tornaram uma importante motivação moderna, Investigação intensiva dedicada à conversão de subprodutos Produtos de qualidade e para tratar todos os tipos de resíduos para a E protecção do ambiente. Legislação mais rigorosa Que conduziu à investigação sobre novas tecnologias catalíticas Materiais e processos mais eficientes. Mais especificamente, com Em relação às questões ambientais, a hidrodesulfurização Década de 1960 como um método importante para a remoção de enxofre Combustíveis. A hidrodessulfurização resultou numa redução considerável Nas emissões globais de óxidos de enxofre, ao mesmo Demanda pela reação seletiva do metano (SMR) para a produção de H2; Auto catalisadores de controle de emissões desenvolvidos em 1974 (oxidação), 1978 (três vias) e nos anos 90 (Pd de três vias); O seletivo Redução catalítica de NOx por NH3 ou N2H4 (SCR) para potência Plantas em 1980 usando óxidos de V, W e Ti extrudidos em monólitos Formas [14]; Catalisadores de controlo de emissões de ozono Engelhard (agora BASF); Substituição dos CFC pelos HCFC para a Redução da concentração de ozônio toposférico (buracos de ozônio), a Destruição catalítica de compostos orgânicos voláteis do consumidor Indústria de produtos; A produção de alimentos e produtos químicos; O desenvolvimento de catalisadores de escape de oxidação diesel em 1990, Sal de cério como aditivo; Uma variedade de soluções que usam óxidos metálicos Para a decomposição catalítica de N2O (que resultou em uma redução de 81% De todas as emissões de N2O provenientes das fábricas mundiais de ácido adípico); a Desenvolvimento de catalisadores de armazenagem de NOx Pt-Rh-alcalino; o desenvolvimento Do Toyota Motor em 1994; O desenvolvimento do diesel Catalisadores de eliminação de partículas em 2003; O desenvolvimento da uréia SCR para o controlo das emissões de NOx nos veículos em 2004; o desenvolvimento De remoção de NOx em unidades de regeneração FCC em 2007, e assim por diante. Novos estudos também apareceram nas últimas duas ou três décadas Forças motrizes consideradas como "impulsionadores" para o E Bosch para desenvolver um processo para a fixação de Nitrogênio na síntese de amônia (1909). Do mesmo modo, a necessidade de Gasolina mais inspirada motorista de corrida inspirado e francês mecânico Engenheiro Eugène Houdry para desenvolver o óleo (hidrocarboneto) ácido Processo de craqueamento (1930), e reforma catalítica e alquilação (1940), que permitiram às Forças Aliadas ter acesso a um poderoso Combustível para aviões durante a Segunda Guerra Mundial. Mais recentemente, as forças motrizes (puxadores) mudaram e agora Correspondem mais a uma estratégia orientada para o mercado, na qual De um nível molecular de compreensão da função do catalisador, superfície Espectroscopias sensíveis, caracterização in situ / operando Técnicas, computação científica, química quântica, Modelagem, termodinâmica e cinética, reação e reator Modelagem, rastreio e teste de catalisadores de alto rendimento e Assim por diante. Foram introduzidas melhorias significativas em todas estas Domínios e desenvolvimentos futuros devem continuar no futuro.

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