Según los diferentes componentes activos, los catalizadores heterogéneos se pueden dividir en catalizadores metálicos y sus sales, óxidos metálicos y catalizadores compuestos de óxidos metálicos; según su forma, se pueden dividir en formas esféricas, de columnas cortas y de panal; Según su proceso de preparación, se pueden dividir en los que utilizan un soporte y los que no utilizan un soporte.
Los catalizadores heterogéneos-en estado sólido previenen en gran medida la pérdida de catalizador, son más fáciles de separar de las aguas residuales y tienen ventajas como buena actividad, buena estabilidad y un proceso de tratamiento corto;
Sin embargo, existe una transferencia de masa entre fases heterogéneas del catalizador, y los sólidos suspendidos en las aguas residuales y los intermedios de reacción pueden hacer que las partículas del catalizador se recubran o bloqueen, lo que lleva a la desactivación.
I. Tipos de catalizadores
(1) Metal/Catalizadores compatibles
En la tecnología de oxidación catalítica heterogénea, los catalizadores de metales nobles se utilizan ampliamente debido a su alta actividad, larga vida útil y gran adaptabilidad. Los catalizadores elaborados con metales nobles como P, Pd y Ru como componentes activos no solo tienen sitios de adsorción de hidrocarburos compatibles sino también una gran cantidad de sitios de adsorción de oxígeno, que pueden sufrir rápidamente activación de oxígeno y adsorción de hidrocarburos a medida que avanza la reacción superficial. Para lograr una mejor dispersabilidad y reducir la cantidad de metal utilizado, a menudo se emplea impregnación para soportar metales sobre soportes con áreas superficiales específicas altas, como Al3O2, SiO2, carbón activado, TiO2, CeO2 y ZrO2.
(2) Óxido metálico/catalizadores compatibles
La selección de catalizadores en procesos de oxidación catalítica requiere la consideración de numerosos factores, como las propiedades de la solución, la capacidad catalítica del catalizador y su estabilidad térmica en agua. Entre ellos, los óxidos metálicos son muy valorados debido a su alta estabilidad y buena actividad.
Según su estabilidad, los catalizadores se pueden clasificar de la siguiente manera: 1. Óxidos que son más estables en condiciones de alta oxidación, como óxido de titanio, óxido de vanadio, óxido de cromo, óxido de magnesio, óxido de zinc y óxido de aluminio; 2. Óxidos con estabilidad moderada, como óxido de hierro, óxido de cobalto, óxido de níquel y óxido de plomo; 3. Óxidos inestables en estado de alta-oxidación-y metales nobles, como platino, paladio, rutenio y oro.
(3) Óxido compuesto/catalizadores compatibles
Basado en el principio complementario de regulación de la actividad catalítica, se espera que los catalizadores de óxidos compuestos alcancen una mayor actividad catalítica. Los efectos sinérgicos pueden mejorar la actividad del catalizador e inhibir la disolución de los componentes activos. Por ejemplo, la combinación de CoO, CuO o NiO con óxidos de Fe (III), Pt o Ru es un catalizador de oxidación eficaz.
II Bases de selección del catalizador
(1) Selección del catalizador
A la hora de seleccionar un catalizador, generalmente se deben utilizar catalizadores con las siguientes características:
1. Tasa de oxidación rápida y mejor contacto de fases, acelerando así la reacción;
2. No-selectivo, lo que permite una oxidación completa;
3. Propiedades fisicoquímicas estables en soluciones ácidas calientes;
4. Alta actividad y larga vida útil a altas temperaturas e insensible a los venenos;
5. Alta resistencia mecánica y resistencia al desgaste.
(2) Selección de soporte catalizador
Según la composición de las partículas de soporte del catalizador, se pueden dividir aproximadamente en tres tipos: soportes de partículas, soportes de grano grueso-y sustratos.
Cuando se utilizan catalizadores, normalmente se consideran los siguientes puntos:
1. Composición química y dispersión;
2. Propiedades fisicoquímicas superficiales-porosidad, adsorción, propiedades electroquímicas y mecánicas;
3. Espesor y cantidad de material activo que se puede cargar;
4. Resistencia y estabilidad específicas;
5. Estabilidad química;
6. Resistencia a la abrasión, dureza y resistencia a la compresión;
7. Participación en reacciones catalíticas.
III Causas de la desactivación del catalizador
Además de una alta actividad y una buena selectividad, los catalizadores también deben poseer buena resistencia mecánica y estabilidad, y la estabilidad afecta su capacidad para degradar la actividad.
Después de un período de uso, los catalizadores experimentarán desactivación, principalmente debido a la pérdida de material catalizador y coquización.
La pérdida de catalizador es una de las principales causas de desactivación. Esta pérdida se ve afectada principalmente por el pH, provocando la disolución de los componentes activos. Estudios experimentales han demostrado que el pH de las aguas residuales tiene un impacto significativo en la oxidación de la materia orgánica en fase líquida.
Por ejemplo, los catalizadores de ozono heterogéneos exhiben bajas velocidades de reacción y altas tasas de desactivación en condiciones ácidas. La pérdida de catalizador es mínima a pH 7. Cuando el pH es superior a 7 pero inferior a 9, no se produce pérdida de catalizador. Sin embargo, cuando el pH es superior a 10, la velocidad de reacción sigue siendo baja. Por lo tanto, ajustar el valor del pH puede reducir o prevenir la pérdida de catalizador.
La coquización del catalizador es otra causa importante de desactivación, también conocida como desactivación del ensuciamiento del catalizador. Esto se debe principalmente a la deposición de carbono, nitrógeno y otras sustancias producidas durante la reacción en la superficie del catalizador. Las aplicaciones de ingeniería han verificado que algunos catalizadores heterogéneos exhiben altas tasas de degradación dentro de un cierto período de tiempo, seguidas de una desactivación. El análisis de cromatografía fotoelectroquímica energética (ESCA) de la superficie del catalizador revela deposición de carbono, que dificulta el contacto entre los reactivos en la fase líquida y la superficie del catalizador, lo que conduce a la desactivación.