Oxidarea toluenului pe catalizatori oxizi micști

OXIDAREA TOLUENULUI PE CATALIZATORI OXIZI MICSTI

Conducatori: Sef lucr.dr.chim Dorina Matei, Prep. chim. Oana Mihai,UPG Ploiesti

I. Introducere

Compusii organici volatili intervin în majoritatea proceselor de productie sub forma de chimicale, solventi, agenti de acoperire, produse de descompunere, pigmenti etc. În functie de caracteristicile lor fizico-chimice si de conditiile de utilizare, o parte din acesti compusi sunt eliminati în mediul înconjurator constituind emisii poluante.

Compozitia COV este determinata de sursa de emisie si poate include hidrocarburi, cetone, aldehide, acizi, derivati clorurati si compusi organici cu masa moleculara mare, eliminati sub forma de vapori sau aerosoli.

Nivelul emisiilor de compusi organici volatili variaza de la o tara la alta fiind determinat de gradul de dezvoltare economica si de severitatea restrictiilor impuse de legislatia de protectie a mediului. Reducerea nivelului emisiilor COV se poate realiza prin mai multe metode, dintre care se pot mentiona: absorbtie în lichide, adsorbtie pe adsorbanti solizi, spalare, condensare, filtrare, separare pe membrane, degradare biologica, incinerare termica si incinerare catalitica.

Cu toate ca este avantajoasa economic, eliminarea biologica a compusilor organici volatili se poate aplica numai la compusii biodegradabili, ceea ce limiteaza mult domeniul ei de utilizare. Incinerarea catalitica este procedeul cel mai economic pentru eliminarea COV. Catalizatorul, care asigura initierea reactiilor de ardere la temperaturi mai mici decât în cazul incinerarii termice, contribuie la scaderea consumului de combustibil, micsorarea volumului reactorului, reducerea fenomenelor de coroziune.

Catalizatorii conventionali, uzual folositi la incinerarea COV - urilor, sunt pe baza de oxizi metalici sau metale pretioase suportate sau nesuportate.

Avantajul utilizarii catalizatorilor de oxidare totala este acela ca: monoxidul de carbon si compusii organici volatili pot fi oxidati complet la temperaturi relativ scazute si asemenea formarea oxizilor de azot este în mare parte înlaturata.

Prin aplicarea oxidarii catalitice în locul proceselor alternative de depoluare – adsorbtie si desorbtie, se poate evita generarea de deseuri lichide si solide poluante.

Din aceste motive, conversia catalitica este una din cele mai bune solutii pentru înlaturarea hidrocarburilor, a compusilor organici volatili, a monoxidului de carbon si a oxizilor de azot.

Aplicatiile catalitice ale sistemelor oxidice de tip perovskit si spineli se contureaza asa cum indica literatura de specialitate, drept un domeniu de cercetare nou.

Utilizarile acestor oxizi în purificarea emisiilor poluante COV, a combustiei totale a hidrocarburilor pentru conversia energetica cât si reducerea oxizilor de azot si a emisiilor auto, fac din aceste sisteme, catalizatori ai viitorului.

Cu conditia asigurarii performantelor de activitate apropiate sau mai bune decât a catalizatorilor platinici, prin adoptarea unei forme eficiente, sistemele oxidice de tip perovskit, prezinta de la început o serie de caracteristici avantajoase.

Spre deosebire de oxizii simpli care adesea nu sunt rezistenti termic, nu suporta actiunea impuritatilor de sulf, iar cei binari desi foarte activi, au tendinta de îmbatrânire a structurilor si deci de pierdere a activitatii, în timpul functionarii, perovskitii sunt stabili la 1000o C si îsi pastreaza structura cristalina chiar la variatii de valenta ( ceea ce este caracteristic metalelor tranzitionale) în timpul desfasurarii reactiilor catalitice de oxidare.

Compusii de tip ABO3 unde A este un lantanoid sau un lantanoid substituit cu: Pb, Ca, Sr sau Ba, iar B poate fi: Cu, Co, Mn, s-au dovedit mai activi în reactiile de oxidare a CO decât catalizatorii pe baza de metale nobile, în timp ce manganitele si cobaltitele au prezentat o activitate catalitica apropiata de cea a platinei.

Oxizii dubli de tip spineli sunt compusii de tip AB2O4, unde A este un metal divalent, iar B un metal trivalent. Exista mai multe feluri de oxizi dubli cu strcutura spinelica: spineli normali si spineli inversi.

Selectivitatea înalta si specificitatea catalizatorilor complecsi de metale tranzitionale au condus la folosirea lor cu succes într-o serie de procese catalitice. Acesti catalizatori ridica însa probleme dificile de rezolvat în ceea ce priveste recuperarea lor, deci, implicit separarea si purificarea produsilor de reactie. În scopul înlaturarii acestor restrictii, a aparut si s-a dezvoltat ideea suportarii combinatiilor complexe; s-a presupus ca prin fixare, acesti catalizatori vor reuni proprietatile catalizatorilor în solutie cu cele ale catalizatorilor solizi.

II Partea experimentala

În lucrare vom prezenta studii experimentale, având drept scop stabilirea potentialului catalitic a câtorva sisteme de tip perovskit si spineli în studiul oxidarii partiale si totale a unor hidrocarburi. S-a ales drept hidrocarbura reprezentativa toluenul, deoarece la oxidarea partiala, prezenta gruparii CH în vecinatatea ciclului aromatic o face foarte reactiva si permite punerea în evidenta a efectului simplu si imediat al oxidarii partiale. În cazul catalizei cu efect de oxidare totala, toluenul poate fi oxidat ca orice hidrocarbura.