התפקיד של Surface Hydrophobicity בביצוע Catalyst ו-Longevity

Catalysts לנהוג מגוון עצום של תהליכים תעשייתיים, החל מנפט refining ו סינתזה פטרוכימית להפעלה סביבתית וייצור אנרגיה מתחדשת.יעילותו של זרז,סלקטיביות, וחיי השירות תלויים במידה רבה על תכונות השטח שלה. בין אלה, הידרופוביות פני השטח התפתחה כפרמטר קריטי.שליטה כיצד פני השטח של זרז אינטראקציה עם מים יכול להשפיע באופן דרמטי על ההתנגדות שלה לפירוק, פעילות רגישה, ותגובה של תפקוד עמוק בתוך תפקוד זה, לחץ על פני השטח, תוך זמן רב, תוך כדי תפקוד יעיל של פונקציות קריטי של תפקוד זה, ויציבות בפועל.

יסודות של Surface hydrophobicity

הידרופוביות פני השטח מתאר נטייה של חומר להדוף מים.זה נובע מן הממשק בין כימיה משטח לבין טופוגרפיה. על משטח אידיאלי, שטוח, הידרופוביות הוא קוונטית על ידי זווית מגע מים (CA) A CA גדול מ 90 מעלות מגדיר משטח הידרופובי; כאשר CA עולה על 150 מעלות צלזיוס, פני השטח נחשב superhydrophobic. בניגוד, תצוגות פני השטח pilic פחות מ 90 מעלות צלזיוס הם תומכים בקלות.

הידרופובי לעומת משטחים הידרופיליים בקטאליזה

משטחים הידרופיליים חזקים מולקולות מים באמצעות מגע מימן ואינטראקציות הקוטביות. שכבת מים זו יכולה לחסום אתרים פעילים, לשנות מודעות הסתברות שוויוניות, או זרז הידרוליזה לא רצויה. בניגוד, משטחים הידרופוביים ממזערים מודעות מים, ומאפשרים למולקולות מגיבות ומין גזי כדי לגשת לאתרים פעילים יותר באופן חופשי.

מדידה ואופי

מאפיין את הידרופוביות של זרז דורש טכניקות אשר לחקור הן כימיה משטח והן התנהגות רטובה.השיטה הישירה ביותר היא זווית מגע מים סטטית באמצעות מד מרחק הליכה.עם זאת, עבור ⁇ ptions, שיטת הירידה של הסולנית ניתן להשפיע על ידי גסות פני השטח ואפקטים capillary כוללים: דינמי vapor sorption (DVS) כדי למדוד מודעות DRStramtramicstras, כלומר, כגון חומרים קיבולת פני השטח (Creicial) כדי לזהות קיבולת הדם (Crepericial) כדי לזהות ⁇ rption) ⁇ repericials) כדי לזהות ⁇ s) ⁇ repericial (Ricials) כדי לזהות את ההשפעות של קיבולת הדם (Gaterption) ⁇ reperreperrepericials) קיבולת הדם (R.

השפעות על פני השטח הידרופוביות על ביצועי Catalyst

האופי הידרופובי של משטח זרז משפיע ישירות על שלושה היבטים מרכזיים של ביצועים קטליטיים: התנגדות להרעילה, יעילות התגובה והעברה המונית.

התנגדות מוגברת להרעיל

רבים של חומרי מזון תעשייתיים מכילים כמויות של מים או רעלים מים או מים כגון חומצות אורגניות, halides, ו צילומי מתכת. hydrophilic זרזs בקלות פרסומות של מינים אלה, המוביל לפענוח האתר פעיל. מים עצמם יכול לשמש רעל ניתוק רציונאלי על ידי מודעות תחרותיות או על ידי הידידים פעיל משטחים דוחה מים ונולדים, בהשוואה לכיסוי מים מופחת של זיהום מים, קרוב לכיסוי אלומיניום נמוך יותר.

שיפור התגובה היעילות והסלקטיביות

מים המיוצרים כתוצר (למשל, ב esterification, התייבשות אלכוהול, או תגובות חמצון) יכולים מודעות או ב-xidation באתרים פעילים ולהשתתף בתגובות משניות, הורדת משטחים הידרופוביים ממזערים את שימור המים, ובכך לשנות את האיזון כלפי מוצרים הרצויים. in Fisher-Tropid סינתזה, שבו מים הם העיקריים על ידי גסה, cobalts הראו כיפת מים יעילה במיוחד כדי להפחית את ההשפעה של נוזל חמצן מים.

העברה המונית

ב תגובות תלת-פעמיות גז, תכונות הרטובות של הזרז לקבוע את ההפצה של מגיבים ומוצרים. משטח הידרופובי מעדיף את המודעות של מגיבים אורגניים על פני מים, שיפור הקשר בין הזרז לבין השלב האורגני.זה יכול להאיץ את קצב התגובה. intrile-beds, hydrophobics משפר מגע נוזלי על ידי שיפור לנטרל מים עמידים, כגון סוללות עמידת פני השטח, אשר יכול להאיץ את הפחתת מים עמידת מים עמידת מים.

ראשי התיבות של Surface Hydrophobicity in Catalyst Longevity

לונגווינס הוא נהג כלכלי מרכזי בפיתוח זרז.משטחי הידרופובי לתרום עמידות על ידי הקטנת מספר מנגנוני הפחתת הפענוח: השפלה הידרותרמית, רעועה וחטא.

מניעת הפחתת מימן

תהליכים קטליטיים רבים פועלים בטמפרטורות גבוהות ובנוכחות של קיטור.תחת תנאים אלה, הידרופיליים תומכים כמו אלומיניום יכול לעבור שינויים בשלב (למשל מעבר ל-Bahmite), לאבד שטח פני השטח, והתמוטטות. חומרי הידרופובי, כגון hydrophobicite-1 zeutite עם יחס גבוה Si / אלרגיה טופל עם abslisila, התנגדות מים שאינם מגיבים באופן דומה למולקולות נוזל של נוזל חמצן אורגני.

צמצום ה-Fouling and Coking

החלפה על ידי פיקדונות פחמן (coke) היא הגורם העיקרי של זרז זרז זרז בתהליכים רבים פטרוכימיים ו refining. מים ו-Steam להאיץ היווצרות של משטחים הידרופיליים על ידי קידום היווצרות של ביניים חמצן כי עוד דגנים פולימרניים מצטברים. הידרופוביים מדכאים את המודעות של מבשרי אלה, המוביל לירידה בקצב של הדבקה.

שירות מורחב חיים

ההשפעה המשולבת של עמידות רעל משופרת, ירידה הידרותרמית מופחתת, ושיעורי זעזוע נמוכים יותר מתורגמים למחזורים תפעוליים משמעותיים יותר באופן משמעותי.עבור זרזים תעשייתיים, אפילו עלייה צנועה באורך ריצה עלולה לגרום לחיסכון משמעותי בהשבתה, החלפת ועלויות ההתחדשות. זרזי זרזי הידרופוביים כבר משווקו ביישומים כגון מימן של כלורוכלולס, שבו לחות היא בלתי נמנעת, ובמסנכיחותמת של עד 90% מהשנים של פעילות גופנית, במקום שהפכו לכימיקלים רגישים, במקום שהפכו לכדי שנה אחת, במקום שהפכו לכימיקלים הראשונים, במקום שהפכו ל-90%, במקום שהפכו לכימיקלים, במקום שהפכו לכימיקלים, במקום שהפכו לכימיקלים רגישים יותר, במקום שהפכו לכימיקלים, במקום שהפכו לכימיקלים, לאחר שנה אחת, כאשר הם בעלי רגישות, במקום שהפכו לכימיקלים, במקום שהפכו לכימיקלים, במקום זאת, לאחר שהפכו לכימיקלים של שישה חודשים לאחר מכן, במקום שהפכו לכימיקלים של שישה חודשים לאחר שהפכו לכימיקלים של שנה אחת, במקום זאת, במקום זאת, במקום זאת, כאשר הם בעלי רגישות ראשונה, כאשר הם נמצאים בשימוש זה לזה,

אסטרטגיות לשיפור פני השטח הידרופוביות

שליטה על ההידרופוביות של זרז דורשת שינוי זהיר של הכימיה של פני השטח מבלי להתפשר על השלב הפעיל. אסטרטגיות מסוימות פותחו, לעתים קרובות משולבות לאפקטים סינרגיסטים.

חיפויי אופניים עם hydrophobic Polymers ו Silanes

החל שכבת משקל של פולימר הידרופובי (למשל, פולידי מתילסקסולינה, פלואורופולמר) או או אוברסל (למשל, octadecyltrichosilane, (tridecaoro-1,1,2,2-tetrahydroyl) הוא גישה פשוטה של אתרי מים לא סדירים; לכן, למנוע תמיכה מולקולרית רק כדי למנוע מפולנית, 000 ליטר מים.

החלפה על ידי Grafting Nonpolar Groups

תחריט כימי של מטעני הידרופובי ישירות על זרז או משטח תמיכה מציע חיבור חזק יותר מאשר ציפוי פולימר.שיטות נפוצות כוללות סיליקה של קבוצות הידרוקסיל משטח, esterification עם חומצות ארוכות שרשרת, או החזקה קוהנטיבית של halyl halide באמצעות ויליאםסון etherthsis. עבור זרז מבוסס פחמן, חמצון ואחריו דלקתיות עקב עם תכונות אלקטרואקטיביות של חומרת הוא חיוני כדי להיות יעיל של חומר הידרופוחיות.

nanostructing and Superhydrophobic Textures

משטחים קשיחים מגבירים את יכולת הרטוט הפנימיות.על ידי יצירת מיקרו / nanostructures היררכי (למשל, על ידי תחריט כימי, טיפול פלזמה, או פיזור של סרטי חלקיקים), משטח זרז יכול להפוך אופטימיזציה סופר-hydrophobic אפילו אם החומר הבסיס הוא רק הידרופובי מתון. גישה זו נפוצה במערכות יחסים כמו קצף, סיבים, מונוליטי ורטיות למנוע צמיגים בלחץ אורגני של צמיגים.

התאמת יישומים ספציפיים

אין מתכון אוניברסלי למהירויות הידרופוביות אידיאליות; זווית מגע אופטימלית ועלייה במים תלויה במדיום התגובה ובתנאים.בתגובה של גז-phase עם FLT:0150°) ייתכן שיהיה צורך למנוע מים להגיע לאתרים פעילים.conversely, בתגובות condensation המייצרות מים כתוצר, משטח הידרופובי מאוד יכול לעכב את הסרת המים, גרימת ניקוי וניקוי חומרים, ולכן יש לשקול את התגובה הבסיסית של מים, ולכן, לחץ דם גבוה יותר ויותר, כדי לטפל במנועי תחבורה, ולכן, לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם, ולכן, יש צורך יותר ויותר, לחץ דם גבוה יותר ויותר, לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם, כדי לטפל במנועי תחבורה, לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם גבוה יותר ויותר, לחץ דם גבוה יותר ויותר, לחץ דם, ולכן, ולכן, לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם גבוה, כדי לטפל במנועי, לחץ דם גבוה יותר ויותר, כדי לטפל במנועי תחבורה, לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם גבוה יותר ויותר, כדי לטפל במנועי תחבורה, לחץ דם, לחץ דם גבוה, ולכן, כדי למנוע, לחץ דם גבוה יותר ויותר, כדי לטפל במנועי תחבורה, ולכן, ולכן, ולכן, לחץ

מחקרים ויישומים

כמה הפגנות מוצלחות מדגישות את היתרונות המעשיים של הידרופוביות פני השטח בתהליכים תעשייתיים ומתעוררים.

(FLT:0)Fischer-Tropsch Synthesis:BuildFLT:1 ⁇ זרז מבוסס קובלט הם העורכים של טכנולוגיית גז-ל-ליכואידים.מים הוא תוצר לוואי גדול של cobalt-catalyzed Fisher-Tropsch. hydrophobic silica-coated coal-coated colastt הוכח כדי להפחית את הפעילות של גזי כוח-חמצני ולשפר את הציפוי של פחות פעיל של סגסוגת C5x.

(FLT:0)ביומסה הידרודוקסגנס: אנדרל 1 (הההשמדה בתעשיית הביו-נפט דורש הידרודקסיגנס על sulfided NiMo או CoMoזרזs. Bio-oil מכיל מים משמעותיים (15-30 מקבילים בשלב וואט%) ותרכובות מוחמצן. הידרופובי פחמן תומך פותח כדי למנוע מים מהשערים הפעילים.

(FLT:0Catalytic Wet Air Oxidation (CWAO): FLT:1 CWAO משמש לטיפול במי פסולת תעשייתי המכיל מזהמים אורגניים. זרזים מבוססי רתניום הנתמכות על פחמן מופעל הידרופובי הראו מינרליזציה של phenol בטמפרטורות מתון.המשטח הידרופובי דוחף מים, ומאפשר חמצן ואורגני למולקולות אורגניות לקרוב לאתרים פעילים, אשר דווחומטר, לא היה על יציבות משמעותית של phenol, אשר דווח על פני phenol, לא היה גבוה יותר מעצימות טמפרטורות בינוניות.

(FLT:0) מחולק מים פוטו-ליטיים: FLT:1 עבור ייצור סולרי-ל-hydrogen, משטחים פוטו-קטפלייסט צריכים לנהל מגע מים ואבולוציה של בועות מימן. Superhydrophobic TiO2 ננוtube מאפשר ניתוק מהיר של בועות מימן, צמצום חומרים overpotals ושיפור יעילות פאראדיקה על ידי -2.

אתגרים ושיקולים

למרות היתרונות ברורים, שילוב הידרופוביות לתוך עיצוב זרז מציג אתגרים.ראשון, ציפוי הידרופובי יכול להגדיל את ההתנגדות להעברה המונית אם הם עבה מדי או למלא מיקרופוחיות.שני, כמה טיפולים הידרופוביים אינם יציבים תחת טמפרטורות גבוהות (>300 מעלות צלזיוס) או באקלים חמצון, הגבלת השימוש שלהם בתגובה כגון הדבקה קטליטית או תיקון שלישי, קיצוני יכול להיות מצמצם גבוה של אלכוהולי, לעתים קרובות, לחץ דם נמוך יותר, לחץ דם נמוך יותר, לחץ דם בינוני (אופטי) או תגובה).

כיוונים עתידיים

השדה מתקדם לעבר עיצובים פני השטח מתוחכמות יותר, תגובתי.שדרה מבטיחה אחת היא פיתוח של משטחים הידרופוביים מגוירופוביים, המתגמלים בין מדינות הידרופיליות הידרופוביות המבוססות על טמפרטורה, pH, או אור. זרזים אלה "חכמים" יכולים לשמש כדי לשלוט על מערכות הידרו-מרחבי מים אורגניים באופן דינמי, למשל, במחזורים תקופתיים.

מסקנה

הידרופוביות פני השטח הוא מנוף חזק אופטימיזציה של ביצועים זרז ועמידות. על ידי דריסה של מים ובשר מים רעלים נודדים, משטחים הידרופוביים משפרים את ההתנגדות לניתוק, לשפר את יעילות התגובה על ידי צמצום תגובות צד ומגבלות העברה המונית, ולהרחיב את חיי זרז על ידי הקטנת רמות הידרותרמיוני וטענות.