Heterogene Katalyse
Von einer heterogenen Katalyse wird gesprochen,wenn bei einer chemischen Reaktion der Katalysator und die reagierenden Stoffe in unterschiedlichen Aggregatzuständen vorliegen.
Die bei Weitem am häufigsten eingesetzte Aggregatszustand heterogener Katalysatoren ist die feste Form. Hierbei besteht der Katalysator (oder auch Kontakt) entweder vollständig aus der aktiven Komponente (sog. Vollkatalysatoren) oder die eigentlich wirksame aktive Komponente wird auf ein Trägermaterial aufgebracht (der sicherlich häufigste Fall).
Oft werden diese Feststoffkatalysatoren 2 phasig (mit nur flüssigen oder nur gasförmigen Edukten + der feste Katalysator) oder 3 phasig (gasförmiges Edukt + flüssiges Edukt + fester katalysator) in Kontakt gebracht.
Bei den Feststoffkatalysatoren kann man grob in Pulver-, Formkörper- und Monolithkatalysatoren unterscheiden.
Die Formkörperkatalysatoren bestehen zumeist aus mit aktiver Komponente beschichteten keramischen Teilchen (typische Dimensionen sind hier z.b. 3x3 - 6x6 mm Zylinder oder Kugeln mit Durchmessern zw. 2 -6 mm). Die keramischen Materialien sind Häufig Aluminiumoxid, Zeolithe, Siliziumoxid u.a.
Eingesetzt werden diese Katalysatoren zumeist in sog. Festbettreaktoren in denen die Edukte kontinuierlich zu- und die entstehenden Produkte abgeführt werden. Wichtige Kenngrößen sind hier neben der katalytischen Wirksamkeit die Schüttdichte und Druckverlusteigenschaften des Materials.
Im Falle der Monolithkatalysatoren wird ein Wabenkörper mit einem sog. Washcoat beschichtet. Der Grundkörper besteht hierbei zumeist aus mineralischer Keramik (Cordierit oder Metall). Der Washcoat ist eine Pulversuspension (oft ein Gemisch aus Aluminiumoxid, Siliziumoxid und weiteren Metalloxiden).
Diese (zumeist wässrige) Pulversuspension wird auf die Wabe aufgebracht angetrocknet und danach mit einer aktiven Metallkomponente (z.B. Platin / Rhodium bei PKW-Katalysatoren) imprägniert. Das sog. Washcoaten geschieht, weil der reine Träger oft nich genügend Aufnahmekapazität für das aktive Metall aufweist.Wichtige Kenngrößen sind hier neben der katalytischen Wirksamkeit die Zelldichte (also Anzahl der Kanäle pro Anströmflächeneinheit) und Druckverlust des Monolithe.
Pulverkatalysatoren hingegen werden zumeist in nicht- oder nur semikontinuierlichen Rührkesslereaktoren oder sog. Wirbelschichtreaktoren eingesetzt. Das Katalysatorpulver wird durch Adsorption oder Tränken eines Trägers (z.B. Aktivkohle, Aluminiumoxid, Siliziumoxid o.a.) mit einer Metallsalzlösung (die die aktive Komponente darstellt) hergestellt.
Wichtige Kenngrößen sind hier neben der katalytischen Wirksamkeit die Filtrierbarkeit, Abriebfestigkeit und Dichte des Materials.
N2(gasförmig)+3H2(gasförmig)--Katalysator Cereisen(fest)->2NH3(gasförmig)Formen heterogener Katalysatoren
Beispiel