התפקיד הקריטי של תמיכה ב-Catalyst בכימיה תעשייתית

Catalysts הם העורכים הלא-מרוסיים של התעשייה המודרנית, המאפשרים ייצור של כל דבר מדלקים ופלסטיק לתרופות ופרישנים, בעוד הרבה תשומת לב ניתנת לשלב הקטליטי הפעיל - לעתים קרובות מתכת יקרה או תחמוצת מתכת - חומר התמיכה שעליו מינים פעילים אלה מעוגנים הוא חיוני באותה מידה. Catalyst תומך לספק פלטפורמה סינתטית גבוהה כי מתפזר את המרכיב הפעיל, מונעים חיישנים כגון טטים, לעתים קרובות, תמיכה שטחית, כגון טטית, באופן כללי, תמיכה ⁇ .

עם זאת, טביעת הרגל הסביבתית של הייצור התומך הסינטטי הזה היא משמעותית.הייצור של אלומיניום, למשל, דורש calcination עתיר-טמפרטורה גבוהה של bauxite ore, צריכת כמויות גדולות של אנרגיה ויצור פסולת בוץ אדום סיבתי בקלות.הייצור סיליקה כרוך באותה מידה תהליכים אנרגיה-רגישים. כמו תעשיות גלובליות מול לחץ כדי להדהם ולאמץ עקרונות סינתטיים, החוקרים הופכים לשפע טבעי, ולעתים קרובות, כמו גם חומרים חלופיים, אך לא יכולים רק כדי להפחית את החומרים העלולים לפתח את החומרים העלולים להיות מסוגלים להפחית את השינויים העלולים רק לזרזים.

דרישות סביבתיות נהיגה בחיפוש אחר תמיכה ירוקה

התעשייה הכימית אחראית לכ-5% מפליטת גזי החממה העולמית, עם חלק משמעותי שמקורו בייצור חומרי זרז והאנרגיה הנדרשת למחזורי התחדשות.תקנות כגון הנחיות ה-REACH של האיחוד האירופי והביקוש הגובר למוצרים בר קיימא מחייב חברות לבחון מחדש את שרשרת האספקה שלהן.שימוש בחומרים טבעיים כמו זרז תומך במטרות קיימות מרובות בו זמנית: אנרגיה מופחתת, רעילות, פוטנציאל ללקות ביולוגית או למחזור חיים.

יתר על כן, חומרים טבעיים רבים הם תוצרי לוואי של חקלאות או פעולות כרייה.לדוגמה, ביושר יכול להיות מיוצר מ שאריות יבול, בעוד מינרלים מסוימים של חימר מופקים כמוצרים משותפים בעיבוד מינרלים.לאוריזציה של הזנות הללו לתוך זרז ביצועים גבוהים תומך לא רק להסיט פסולת ממזומנים קרקעיים, אלא גם יוצר ערך כלכלי בקהילות כפריות.

חומרים טבעיים כמו תמיכה ב-Catalyst

מגוון רחב של חומרים טבעיים נחקרו עבור יישומי זרז תמיכה, כל אחד מציע יתרונות נפרדים מבחינת כימיה פני השטח, אדריכלות פואר, יציבות תרמית, ועלות.

⁇ מינרלים: Versatile ו-אבונדנטי

(ב) [[1924]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]] [[1924]] [[1924]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[[[[[1924]]]]

הגבלה אחת היא החימריות בהרכב בהתאם לפקדה.עם זאת, טכניקות ניכופיזציה סטנדרטיות - כגון אחב, צנטריפוגה, ועומס חומצי - יכול לייצר איכות עקבית.עבודה חדשה הוכיחה גם כי חימר יכול להיות פונקציונלי עם אוואזנס כדי להתאים הידרופוביות פני השטח, הרחבת הכדאיות שלהם לתגובות רגישות למים.

Biochar: Carbon from Biomass

(העיקרון:0)BiocharveFLT:1) הוא מוצק עשיר פחמן המיוצר על ידי pyrolysis של ביומסה (למשל, שבבי עץ, שאריות חקלאיים, אצות) המבנה ה ⁇ שלה, שטח פני השטח גבוה (עד 100022) המרה / m2g לאחר הפעלה), ושפע של קבוצות פונקציונליות המכילות חמצן, הפכו אותה לתמיכה אטרקטיבית עבור מגוון רחב של זרז כימי תומך בהצלחה; pgicgg;

היתרונות הסביבתיים הם כפולים: ייצור ביושר פחמן כי אחרת ישוחרר במהלך פירוק ביומסה, ואת התמיכה הזרז וכתוצאה מכך נגזר מהזנת מחודש. יתר על כן, תמיכה ביוכריז יכול להיות מאומץ בבטחה עבור התאוששות אנרגיה או לשמש תיקון אדמה, סגירת הלולאה במודל כלכלה מעגלי.

Limestone ו- Carbonate מינרלים

באופן טבעי מתרחש (FLT:0)calcium CarbonateFLT3 (לימוזינה, גיר, שיש) ו-FLT:2dolomiteFLT 3 הם בשפע, זול, ויש להם אתרי משטח בסיסיים שיכולים לזרז תגובות כגון מעבר לדלקתיים עבור ייצור ביוזל.

עם זאת, פחמן הם יציבים פחות תרמיים מאשר תחמוצות, מרתיע מעל 600 מעלות צלזיוס. זה מגביל את השימוש שלהם לתהליכים טמפרטורה נמוכה עד בינוני.פי שינוי פני השטח עם zirc או ציפוי אלומיניום יכול לשפר את ההתנגדות התרמית תוך שמירה על העלות הנמוכה של הליבה ואת שפירות סביבתית.

תגית: Crystalline Aluminosilicates

(ה) הם מיקרו ⁇ גבישי אלומיניום עם ערוצי פואר מוגדרים היטב ומיומנויות ion-change גבוהה, בעוד zeolites סינתטי (למשל, ZSM-5, Y-zeolite) הם בשימוש נרחב, זאולימיזציה טבעית כגון FLT:0clinoptilolite FLT:1, LTF:2mordenite) ו- 3, 000 הוא דורש שיפור טבעי, 000, 000, 000 מתאים, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 יעיל, 000, 000, 000, 000, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000, 000 יעיל, 000 יעיל, 000, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל עבור טיפול יעיל יותר מדי, 000 יעיל, 000 יעיל עבור טיפול יעיל, 000 יעיל עבור טיפול יעיל, 000 יעיל עבור טיפול מגנטית, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל יותר מדי, 000 יעיל יותר מדי, 000 עבור טיפול מגנטית, 000 יעיל, 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000 יעיל יותר מדי, 000 יעיל

האתגר העיקרי עם zeolites טבעי הוא הכדאיות שלהם ביחס סיליקון-to-aluminum ואת נוכחות של שלבים אי-שקט. שיטות הנאות מודרנית, כולל הפרדה מגנטית ושומן חומצה, יכול לשדרג את הטוהר ליותר מ-95%, מה שהופך אותם תחרותיים עם חלופות סינתטיות האחרונות בהרס הירארכימי - יצירת תת-תזונה משנית בתופעות טבעיות של zeolite - שיפור של תרכובות סטריטיסות גדולות יותר על ידי מולקולות סטרקטיבית.

יתרונות התמיכה של Catalyst טבעית

השימוש בחומרים טבעיים מעניק יתרונות מרובים המשתרעים מעבר לקיימות סביבתית.

קיימות וצמצום ההשפעה הסביבתית

תמיכה טבעית נגזרת בשפע, לעתים קרובות משאבים מתחדשים.המיצוי והעיבוד שלהם דורשים בדרך כלל פחות אנרגיה מאשר הסינתזה של אלומיניום או אחליקה. עבור ביושר, תהליך הייצור הוא פחמן שלילי אם הביומסה מקורו באופן עצמאי ואת ביוכריז הביוב משמש יישומים ארוכים.בנוסף, תמיכה טבעית הם בדרך כלל לא רעילים, יכול להיות ללא ספק בלתי מוגבל של שימוש או תכליתי לאחר הדור הפחתת פסולת.

עלויות-אווירה

חומרי גלם טבעיים כגון חימר, אבן גיר, ו ביושר עולים חלק מהתמיכה הסינתטית. Crushing, שחיקה, וסיבת הם הצעדים הדרושים היחיד עבור יישומים רבים, חיסול של צעדים סינתזוזיס כימי יקר. יתרון זה עלות הוא קריטי במיוחד בתהליכים קטליטיים גדולים כמו סדקים קטליטיים נוזליים או שדרוג ביומסה, שבו כרכים גדולים ותדירותיים הוא צורך.

תכונות קטליטיות ייחודיות

תמיכה טבעית לעיתים קרובות יש פונקציונליות משטח אינטריאנית שיכולה לשפר באופן סינרגי את הפעילות הקטליטית.לדוגמה, זיהומים ברזל בחמרנים יכולים לפעול כמו co-catalysts בתגובות חמצון, בעוד האתרים הבסיסיים על אבן גיר לקדם הדבקה aldol.comsation. ion-change יכולת של zeolites וחימר מאפשר טעינה מדויקת של מתכות פעיל ללא צורך תכונות מורכבות יותר, יכול לקדם את יכולת שינוי הפחתת יותר.

אפשרויות ל-Valdegradability and End-of-Life Options

בניגוד תחמוצת סינתטית תומכת כי נמשכת בסביבה במשך אלפי שנים, רבים תומכים טבעיים הם biodegradable או יכול להיות retegrated לתוך מחזורים טבעיים. biochar, למשל, ניתן להחזיר אדמה תיקון פחמן לאחר שימוש קטליטי, שיפור הפוריות הקרקע ושימור מים. ⁇ הם באופן טבעי להתרחש ולא להוות חששות רעילות כאשר אדמה מלאה.

אתגרים ומחקר מתמשך

למרות ההבטחה שלהם, זרז טבעי תומך פנים כמה מכשולים שיש לטפל בהם לפני אימוץ תעשייתי נרחב.

מגוון

חומרים טבעיים הם מטבעם heterogeneous. פקדים שונים של אותו חימר יכול להיות יצירות מינרולוגיות שונות, רמות נחיתות, ומבנים pore. variability זה יכול להוביל לביצועים קטליטיים לא עקביים, אשר אינו מקובל בתהליכים תעשייתיים הדורשים מפרטים הדוקים.כדי להפחית את זה, החוקרים מפתחים פרוטוקולים סטנדרטיים של אפיון ושילוב אסטרטגיות כי ממוצעים החוצה הבדלים מוחלטים של מינרלים טבעיים, כאשר הם מציעים כעת, "מספקים" מינרלים טבעיים" (מספקים, "מספקים" (מספקים" (מספקים" (מחדשניים).

יציבות תרמית וחשמלית

תמיכה טבעית רבים - במיוחד פחמן ו ביושר - ללא יציבות תרמית של תחמוצות סינתטיות.תחת תנאים תגובה עתירי זמן גבוהה (למשל, רפורמה אדים ב 800 מעלות צלזיוס), התומכות הללו יכולות לעבור שינויים בשלב, לחטא, או גזציה. ציפוי פני השטח עם תחמוצות לארנט כמו אלומיניום או אחליקה הוכיחה יעילה בייצוב ביושר ו-ליאורליסט טבעי, באמצעות zeirrerererereremeremeretures עבור irulrecerecerecereto-retures או ccumtures.

דרישות עיבוד והפעלה

בעוד שתומכים טבעיים זולים, הם לעתים קרובות דורשים טיפול זהיר כדי לפתוח את מלוא הפוטנציאל שלהם.פעלת חימר עולה שטח פני השטח ויוצרים אתרי חומצה Brønsted. Biochar חייב להיות מופעל עם קיטור או CO2 כדי לפתח porosity. אלה צעדים נוספים להוסיף עלות צריכת אנרגיה, פוטנציאל לייעל את החסכונות הראשוניים.

סקלאלה ו קבלה בשוק

רוב המחקר על זרז טבעי תומך נערך בקנה מידה מעבדה. Scaling עד פיילוט או רמות תעשייתיות דורש התייחסות לבעיות כגון הגבלות העברת המונים במיטות ארוזות, התנגדות הפחתה במהלך הפירוק, ואימוץ התעשייה יהיה גם תלוי בביצועים לטווח ארוך מוכחים בתנאי תהליך אמיתיים.

כיוונים עתידיים ופוטנציאל מסחרי

תחום הזרז ידידותי לסביבה עובר במהירות מהוכחה לתפיסה לקראת יישום מעשי. מגמות מסוימות צפויות לעצב את עתידה.

תמיכה היברידית ו- Composite

שילוב חומרים טבעיים עם כמויות קטנות של רכיבים סינתטיים יכול להניב תמיכה כי לשמור את רוב היתרונות הקיימות של הבסיס הטבעי תוך השגת היציבות הרצויה או כימיה פני השטח דוגמאות כוללים מרוכבים חימר-ביוכריז עם כוח מכני משופר, או אבן גיר עם שכבה דקה של meso ⁇ silica כדי לשפר את ההתנגדות התרמית.

המונחים: Surface Functionality

טכניקות לשינוי פני השטח - כגון מחסנים מחסניות, שילוב heteroatoms, או הפקדה של ננו-שכבות מתכת - מאפשר לחוקרים לכוון בדיוק את התכונות של חומצה-בסיס, הידרופוביות, ואינטראקציות תמיכה מתכת-מתאים של חומרים טבעיים. גישה זו "מתונה" מאפשרת עיצוב של תמיכה אופטימיזציה עבור תגובות ספציפיות, מאלקטרוליטיקאית ועד הביו-קאליזה.

שילוב עם כלכלה מעגלית

זרז עתידי תומך יותר ויותר מקורם מזרמי פסולת: זנבות שלי, זבוב אפר, slag ו שאריות חקלאיות כבר., מחקרים הוכיחו כי בוץ אדום (השואה בוטה) ניתן להשתמש כסיוע זרז לטיפול בשפכים. בדומה, אורז husk ash - עשיר באח אמורפי - הועסק כתומך בזרז ניקל ברפורמות ברפורמה אדפטית קיטור בין סביבת קיזול ו win-win.

עיצוב ולמידה של מכונות

חיזוי הביצועים של חומרים טבעיים מורכבים כבר מאתגר, אבל מודלים למידת מכונה מאומן על נתונים גדולים של ניסויים זרז זרז בדיקות מתחילים להציע תובנות. על ידי תיקון מינרלי הרכב, תנאי טיפול מוקדמים, ופעילות קטליטית, מודלים אלה יכולים לזהות את התמיכה הטבעית המבטיחה ביותר לתגובה נתונה, צמצום תהליך הגילוי וצמצום הנטל הניסויי.

מסקנה

הפיתוח של זרז ידידותי לסביבה תומך בשימוש בחומרים טבעיים אינו רק סקרנות אקדמית - זה אבולוציה הכרחית עבור תעשייה כימית כי חייב decarbonize ולחבק קיימות. ⁇ , ביושר, אבן גיר, וzeolites טבעי כל אחד להביא יתרונות ייחודיים במונחים של עלות, שפע, שפע, תכונות קטליטיות, בעוד אתגרים הקשורים לגמישות ויציבות הם להתגבר בהתמדה באמצעות עיבוד חדשני וחדשנות עם תכנון היברידית, להמשיך תהליכים סטנדרטיים, הם יעילה של כדור הארץ, אלא גם תכונות יעילות.

(ב) [ה]: [ה] [ה]] [ה]], [ה], [ה], [ה'], [ה'], [ה'], [ה']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה']']'[ה']']']'[ה'[ה']'[ה'[ה'[ה']'[ה'[ה']']']'[ה'[ה']'[ה'[ה']']']']']']'[ה'[ה'[ה'[ה']']']']']'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה']'[ה']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה']'[ה']']']'[ה'[ה'[ה'[ה'