Из чего сделан катализатор: Устройство автомобильного катализатора (каталитического нейтрализатора отработавших газов)

Катализатор в автомобиле: что это? из чего состоит? в чем заключается работа?

Автопроизводители создают всё более усовершенствованные автомобили, чтобы соответствовать законам, следящим за экологической ситуацией окружающей среды. Основной прорыв был сделан в 1975 году при создании элементарного устройства — катализатора. Его задача обезвредить вещества до выхода в воздух.

 

Какие выбросы производит автомобиль?

Бортовой компьютер контролирует объём сгораемого топлива, с целью сохранения пропорций воздух:топливо предельно близкими к стехиометрической точке. В теории, это соотношение дает возможность топливу сгореть полностью без избытка окислителя. В двигателях внутреннего сгорания она равна 14,7:1 — на долю горючего требуется 14,7 долей кислорода. Но на практике, топливная смесь далеко не идеальна.

Что такое катализатор в автомобиле?

Катализатор (каталитический нейтрализатор) – часть выхлопной системы, уменьшающий вредные вещества (окись углерода, углеводороды, оксиды азота) в выхлопах.

Автомобильным катализатором называют всю приемную трубу — деталь, сложную и затратную в изготовлении. Состоит из выпускного коллектора, сложных фланцевых соединений, гофры и конечно бочка каталитического преобразователя.

Из чего состоит автомобильный катализатор?

В корпусе располагается керамическая или металлическая конструкция с удлиненными сотами. На сотовую конструкцию наносится тонкий слой сплавов (катализаторов). Она увеличивает площадь контакта проходящих газов с поверхностью каталитического слоя и снижает потребность в веществах, так как используемые элементы дорогие. После бочка катализатора располагается датчик (лямбда-зонд), показывающий загрязненность газов после очистки.

%rtb-4%

В чем заключается работа катализатора?

Термин «катализатор» пришёл из химии. Означает вещество, ускоряющее реакцию, не являющееся продуктом реакции. Бывает двух типов: катализатор восстановления, катализатор окисления.

В современных автомобилях используется трёхкомпонентный каталитический преобразователь, уменьшающий количество выбросов 3‐х самых вредных веществ, озвученных ранее.
Первая стадия очистки — катализатор восстановления, снижает количество оксидов азота.
Вторая стадия — катализатор окисления, снижает уровень несгоревших вредных веществ.
Третью стадию выполняет компьютер, контролирующий поток выхлопов и использующая данные для эффективного управления впрыском топлива. Кислородный датчик, установленный ближе к двигателю, передает бортовому компьютеру объем кислорода в выхлопе. Который регулирует пропорцию воздуха к топливу, попадающего в двигатель. Такая модель позволяет удостовериться, что работа двигателя максимально эффективна, и в выхлопной системе остаётся достаточно кислорода для окисления не сгоревших веществ.
Каталитический нейтрализатор работает эффективно, но не достиг идеала. Самый большой недостатком: работа только при высокой температуре. В момент прогрева каталитический преобразователь практически бесполезен. Можно переместить бочку катализатора выше к двигателю, но газы будут более горячими, что приведет к перегреву, а это уменьшит срок работы нейтрализатора. Большинство производителей размещают каталитический преобразователь в районе правого переднего колеса — на достаточном расстоянии от двигателя, с возможностью поддержания необходимой безвредной температуры.

Для сокращения выбросов можно использовать предварительный нагрев каталитического нейтрализатора. Самое элементарное — использовать электрические нагреватели сопротивлений. Но большинство автомобилей (12-вольтные) не нагревают катализатор до необходимой температуры за короткое время. Гибридные автомобили (высоковольтные) справляются с этой задачей очень быстро. Дизельный двигатель работает при низкой температуре, вследствие чего катализатор не продуктивен. В связи с этим, ведущие проектировщики эко-автомобилей изобрели систему, использующую мочевину

(карбамид). Мочевина реагируя с оксидом азота, выделяет азот и водяной пар, обезвреживая более 90% оксидов из выхлопа.

%rtb-4%

Причины выхода из строя автомобильного катализатора?

Ресурс данной экологической детали велик (100–150 тыс. км). Этого хватит не более чем на 5–7 лет. За это время сотовая конструкция выгорает, и теряет свойство фильтрации выхлопов.
Не маловажная причина – низкокачественное топливо. Некачественный бензин искусственно догоняют до нужного значения октанового числа, добавляя свинцовые добавки. При горении выделяются большие температуры, чем обычном бензине. Катализатор перегревается и оплавляется изнутри, забивая фильтрующие «соты».

Что делать при выходе из строя катализатора?

Менять. Дилеры отказывают в гарантии на эту деталь, объясняя поломку следствием использования некачественного бензина. Оригинальный катализатор стоит очень дорого. В нем содержатся дорогие драгоценные металлы, влияющие на условия растаможивания. Сервисы по ремонту автомобилей предлагают альтернативные варианты катализатору.

• Универсальный катализатор. Непосредственно бочка катализатора. Устанавливается вместо сломанного катализатора.

 

• Пламегаситель (предварительный резонатор). Ставится вместо катализатора. Выравнивает поток выхлопов (не фильтруя!), устраняя громкие звуки, возникающие в отсутствии катализатора.

Плюсы и минусы аналогов катализатора.

Универсальный катализатор имеет один недостаток: отсутствие гарантии, потому что эксплуатация зависит от внешних факторов. Долговечность у него 60-80 тыс.км, но не редко ломаются раньше, из-за сбоя в системе зажигания или в работе двигателя.
Пламегаситель не фильтрует выхлопные газы, загрязняя атмосферу. Осложняет прохождение техосмотра.

Для чего нужен лямбда-зонд в автомобиле

Признаки забитого или разрушенного катализатора машины. Методы диагностирования неисправностей катализатора

Что такое катализатор на автомобиле, зачем он нужен и что будет, если его убрать

Автомобиль в системе выхлопа имеет каталитический нейтрализатор, который часто выходит из строя из-за некачественного топлива. Давайте разберемся, что это такое, для чего нужен и что делать в случае засора.

Что такое катализатор

Катализатор предназначен для очистки вредных выхлопов. Он расположен в системе выпуска, в процессе его работы происходят химические реакции: опасные вещества переходят в безопасные формы, после чего выбрасываются вместе с выхлопом. Пройдя этот путь выхлопные газы становятся чище. И как результат, автомобиль наносит меньший вред окружающей среде. 

Схема катализатора

Нейтрализатор работает только после нагрева до 300°C, сразу после запуска двигателя очистка не происходит.

Устройство каталитического нейтрализатора

Основой катализатора являются керамические или металлические соты. В зависимости от модели на стенки сот наносится микрослой из палладия и родия или иридия. Эти металлы обладают высокой химической активностью. Касаясь напыления, часть выхлопа входит с ним в химическую реакцию.

Часть элементов, образовавшихся при сгорании топлива, связывается.

Современные катализаторы трехкомпонентные.

• Первый элемент связывает оксиды азота.
• Второй — удаляет часть несгоревших элементов топлива. В большей части удаляется окись углерода.
• Третий элемент — это датчик. Он анализирует газы на выходе из катализатора, данные передаются в бортовой компьютер.

Трехкомпонетные катализаторы

Неисправности катализатора и их причины

Производители пишут, что срок службы нейтрализатора 100–150 тысяч километров. Но на практике проблемы могут возникнуть и при меньшем пробеге, особенно в больших городах, где часто приходится стоять в пробках. 

В зависимости от особенностей эксплуатации, замена каталитического нейтрализатора может производиться раз в 3–7 лет.

Основной причиной неисправности становится выгорание слоя металлов, покрывающих соты. Это естественный процесс, в результате которого качество выхлопа ухудшается. Бортовой компьютер показывает горящий «чек», а в некоторых случаях и вообще не позволяет мотору работать, выключая зажигание.

Ускоряет процесс выгорания и некачественное топливо. Зачастую у бензина увеличивают октановое число путем добавки свинца, это усиливает нагрузку на катализатор, уменьшая срок эксплуатации. В ситуации с дизельным топливом выход из строя может ускорить сам владелец, используя в зимнее время добавки-«антигель».

В некоторых случаях причиной поломки может стать неисправный двигатель. При неправильно выставленном зажигании и проблемах в системе питания (последнее особенно актуально для дизельных двигателей) выгорание каталитического слоя ускоряется.

Соты каталитического нейтрализатора

Диагностика автомобильного катализатора

Определить неисправность можно по нескольким признакам:

• На панели приборов загорелась лампочка “Check Engine”. Она включается при любых ошибках мотора. В нашем случае, как результат нехарактерных показателей датчика, лямбда-зонд. Точно определить, что причина в катализаторе может диагностика сканером.
• Снижение мощности двигателя. При неисправном катализаторе машина начинает троить, дергаться, хуже разгоняется. Причина в снижении пропускной способности каталитического нейтрализатора, связанной с частичным разрушением сот: они запекаются, забивают проход для выхлопных газов. В итоге мотор «задыхается».
• Грохот под днищем. Обычно проявляется на высоких оборотах, изредка сразу после запуска. Причина в частичном разрушении керамической конструкции сот. Отпавшие частицы начинают биться о стенки катализатора под воздействием потока газов и центробежных сил.
• Недостаточно сильный или ровный напор газов из глушителя. При исправном нейтрализаторе, поднеся руку к выхлопной трубе, можно ощутить слабую пульсацию, она возникает вследствие поочередной работы выпускных клапанов. Если поток ровный или ослабленный, вероятно проблема в разрушенных сотах катализатора.

Каталитический нейтрализатор не выходит из строя резко и неожиданно. Обычно перед отказом начинаются мелкие проблемы из списка выше.

Катализатор в разборе

Оригинал или аналог

Оригинальный катализатор — довольно дорогая вещь. Он не производится в нашей стране, все детали в автомагазинах импортные, поэтому на увеличение цены влияют пошлины.

При этом, в случае использования оригинальной детали, автомобиль сохраняет все режимы работы двигателя. Это положительно сказывается на экологии, а также на ресурсе мотора.

Все описанные ниже способы замены катализатора, носят только ознакомительный характер. Не рекомендуется пользоваться данными методами самостоятельно!

Из-за высокой цены автолюбители ищут альтернативу. Вариантов несколько:

• универсальный катализатор;
• пламегаситель.

Под универсальным катализатором подразумевается сразу две группы деталей. Первая — катализатор, подходящий под любой автомобиль. Довольно дорогая вещь, но работает безотказно. Второй вариант — блок с сотами. В этом случае в старый катализатор устанавливают новые соты. Недостатком данного варианта считается сложность с выбором сервиса для ремонта, не везде возьмутся за такую работу. Срок службы универсального нейтрализатора 60–90 тысяч километров.

Съём/Установка катализатора

Более дешевый и распространенный способ — пламегаситель. Он может быть готовым, просто предназначенным для установки вместо катализатора. Другой вариант — установка пламегасителя непосредственно в корпус нейтрализатора. Такой способ несколько сложнее, но позволяет скрыть факт замены детали при продаже автомобиля.

Иногда водители просто выбивают соты из корпуса. Способ дешевый, но может привести к увеличению уровня шума и урону экологии.

Особенности удаления катализатора из выхлопной системы

Ниже рассмотрим, какие нюансы удаления катализатора стоит учитывать. В первую очередь, нужно решить, как будет обходиться лямбда-зонд. После удаления нейтрализатора, датчик будет постоянно выдавать ошибку.

Чтобы обойти датчик, обычно делают обманку. Это проставка, которая отдаляет датчик от выхлопных газов, в результате он фиксирует больше кислорода. Обманку вкручивают на место датчика, и уже в нее устанавливают прибор. Такая система работает стабильно, хоть и имеет большое количество минусов. 

• Любое вмешательство в конструкцию автомобиля приводит к снятию его с гарантии. Подумайте, что будет, если возникнет неисправность двигателя, которая попадает под гарантийный случай.
• Невозможность пройти государственный техосмотр. Бортовой компьютер вы обманули, но вот при проверке на стенде, обман вскроется. В итоге, вы получите запрет на эксплуатацию транспортного средства. Со станции СТО, вы поедете уже на эвакуаторе.

Еще можно сделать перепрошивку ЭБУ. В результате система будет считать, имеющиеся показатели за норму. Для такой работы требуются дополнительные знания, а также программное обеспечение.

Предупреждения на приборной панели

При перепрошивке нарушаются нормальные циклы работы мотора. Он начинает работать в неправильном режиме. Это снижает ресурс силового агрегата примерно в два раза. В результате перепрошивка вместо экономии принесет вам только больше расходов.

Заключение

В случае возникновения проблем с катализатором, необходимо его заменить. Оптимальным решением будет установка оригинального нейтрализатора. Все аналоги и обманки могут привести к ускоренному выходу двигателя из строя, сделают невозможным получение диагностической карты, а также создадут дополнительную нагрузку на экологию.

Автомобильные катализаторы стали мишенью криминала

Полиция калифорнийского городка Элк-Гроув обезвредила банду преступников, занимавшихся воровством автомобильных каталитических нейтрализаторов. У них изъяли около 2000 украденных катализаторов (как называют эти детали в просторечии) и около $300 000. Хищение автомобильных катализаторов в последние пару лет превратилось в большой криминальный бизнес, охвативший практически все развитые страны. Преступники подъезжают к припаркованной машине, приподнимают ее домкратом, аккумуляторной сабельной пилой срезают катализатор и уезжают. Вся операция занимает не более 1,5 мин.

Причина криминального интереса к этим деталям – палладий, который используется в каталитических нейтрализаторах и сейчас котируется на мировых биржах дороже золота и платины. В корпусе катализатора размещается множество металлических или керамических сот, покрытых очень тонким слоем этого металла. Контактируя с палладием, вредные для человека компоненты выхлопных газов – углеводороды, окись азота, угарный газ и т. д. – превращаются в сравнительно безопасный углекислый газ и водяной пар.

До недавнего времени палладий стабильно котировался на биржах дешевле платины (не говоря уже о золоте). Дело в том, что платина используется в катализаторах автомобилей с дизелем, а палладий – в машинах с бензиновым двигателем. С конца ХХ в. в Европе спрос стабильно смещался с бензиновых автомобилей на дизельные и платиновые автокатализаторы становились востребованнее палладиевых, что отражалось на цене обоих металлов.

Растущая популярность дизельных двигателей была связана в основном со всеобщей убежденностью, что они экологичнее бензиновых. Европейские правительства всячески стимулировали переход автолюбителей на дизель: продажа топлива субсидировалась правительством, налоги на регистрацию дизельных автомобилей были ниже и т. д. Однако все изменилось после того, как в 2015 г. в Европе разразился так называемый дизельгейт: выяснилось, что Volkswagen в десятки раз занижал количество вредных веществ в выхлопных газах. Так что все рассказы автопроизводителей о повышенной экологичности дизельных двигателей оказались враньем.

Правительства немедленно начали сворачивать программы поддержки дизелей, а автолюбители – массово переходить на бензиновые двигатели. В 2018 г. в Германии впервые с 1999 г. бензиновых автомобилей продали больше, чем дизельных, и с тех пор этот разрыв растет. Соответственно, резко повысился спрос на палладиевые автокатализаторы, к чему производители металла оказались не готовы. В результате на рынке образовался дефицит палладия, цена на него начала быстро расти и в начале прошлого года этот металл оказался сначала дороже платины, а чуть позже и золота. Сейчас тройская унция палладия стоит примерно на $100 дороже унции золота – $2057 против $1950.

Общая масса палладия в одном катализаторе составляет около 5 г, т. е. из каждой украденной детали бандиты могут извлечь драгоценного металла примерно на $330. Не удивительно, что количество хищений каталитических нейтрализаторов растет лавинообразно, и если поначалу преступники действовали в основном по ночам, то в последнее время в соцсетях появляется все больше роликов, на которых злоумышленники срезают катализаторы средь бела дня.

как заработать на старом катализаторе

В современном автомобиле кроется немало интересного. Оказывается, в нем есть даже благородные металлы – и на этом факте может неплохо заработать сам автовладелец.

Не все знают, что так называемый катализатор выхлопной системы – а точнее каталитический нейтрализатор отработавших газов – содержит в себе драгоценные металлы платиновой группы. В первую очередь это собственно платина, а также благородные металлы палладий и родий.

В корпусе катализатора скрывается пористая керамическая или металлическая начинка, на которую и напылен тот или иной благородный металл.

Поэтому после выхода автомобильного катализатора из строя – а это обычно случается после 150 – 200 тыс км пробега – его можно не выбрасывать на помойку, а сдавать в специальные перерабатывающие предприятия. Которые умеют извлекать благородный металл для передачи его на переработку для повторного использования.

Читайте также: Расходы на электромобиль и бензиновый: какой выгоднее

Главный нюанс этой процедуры в том, что платина или металлы-платиноиды находятся в катализаторе в виде тончайшего слоя, напыленного на пористые керамические соты. Собственно, устройство нейтрализатора так и задумано – чтобы поверхность контакта выхлопных газов с металлом-катализатором была как можно обширнее. Поэтому собрать распыленную платину с 20 тысяч квадратных метров внутренней поверхности сот не так уж и просто. Для этого приходится «ополаскивать» керамику кислотами, нагревать, гальванизировать, дробить… Но это, собственно говоря, проблемы не автомобилиста, а других людей.

Оптовые партии катализаторов переработчики берут по более высокой, договорной цене.

Для нас куда интереснее вопрос – как определяется цена, по которой принимается катализатор, который отработал свое? Чтобы определить количество платиноидов, используется РФ-спектрометр, он же – рентгенофлуоресцентный анализатор. Но прежде всего нужно распилить корпус, вытащить керамический наполнитель и измельчить его. Затем, соотнеся данные спектрометра и массу перемолотой начинки, приемщик определяет цену.

Средняя цена катализатора, который отработал свое, от 500 до нескольких тысяч гривен, и получить их можно, что называется, не сходя с места – просто сдав ненужную запчасть в пункте приема. Интересно, что приемщики при оценке учитывают текущие котировки драгоценных металлов на мировых биржах – во всяком случае, так они заявляют. А цифра эта относительно платины может испытывать значительные колебания, например: в зависимости от ситуации одна унция этого металла в различные периоды может стоить и несколько сот долларов, и полторы тысячи долларов.

Содержание драгоценных металлов в катализаторе определяют с помощью спектрометра. Он, кстати, умеет отличать металлы-заменители платины.

Для понимания: содержание чистой платины или других платиноидов составляет десятые и сотые доли процента от общей массы начинки катализатора.

Рекомендация Авто24

Принимая во внимание, сколько стоит новый катализатор, который придется покупать на замену вышедшего из строя, сдать старый на переработку будет максимально рациональным шагом. И даже если вы не хотите покупать новый «кат» и собираетесь заменить его обманкой, все равно стоит задуматься над утилизацией – как ни крути, цена стоит времени, потраченного на сдачу драгоценной вторсырья.

Читайте также: Как сделать электромобиль своими руками за несколько сотен долларов

Сколько стоит катализатор? Каталог катализаторов, Стоит ли доверять каталогам катализаторов?

Каждый день нам приходится отвечаем на один и тот же вопрос:

«Сколько стоит тот или иной катализатор?»

На стоимость катализатора влияет ряд факторов:

1. Цена катализатора зависит от того, на какой рынок сбыта изначально был собран конкретный автомобиль. На европейские рынки поставляются более качественные катализаторы, чем в страны третьего мира. Фактически, обман начинается прямо с автомобильного завода. Для рынков, с жескими экологическими нормами, производятся катализаторы высшего качества, а для третьих стран — «пустышки».

2. Чем выше класс автомобиля, тем качественнее катализатор. Это связано с соблюдением экологических стандартов.

3. Чем больше срок службы автомобиля, тем меньше драгметаллов остается в катализаторе. Если снять 2-3 мм асфальтового покрытия с автобана, то содержание драгметалла будет около 30% от содержания среднего катализатора.

4. Спортивная езда способствуют более быстрому «опустошению» катализатора. Если удалить катализатор, автомобиль станет примерно на 10% мощнее, но вы не пройдете техосмотр.

5. Топливо. Некоторые присадки в топливе вымывают металлы из катализатора.

6. Катализаторы бывают с разным составом драгметаллов:

• Pt, Pd + Rh – «классический» и самый старый вид катализаторов. Среднее содержание на одну тонну керамики (ppm): Pt – 1470, Pd – 900, Rh – 270. На сегодняшний день, это уже «вымирающий» вид.
  Средняя цена на данную категорию: 60 -80 евро/кг.
• Pt + Rh – как правило, это катализаторы от дизельных или премиум-класса автомобилей.
  В таких катализаторах отсутствует палладий, но платины порядка 2500-5500 ppm. Стоимость этой категории катализаторов 80-160 eur/кг.
• Pd + Rh – Отсутствует платина, но палладия порядка 3000-5500 ppm. Еще лет 10 назад такие катализаторы составляют около 40% от всего количества современных катализаторов, но с резким ростом палладия, производители все больше производят катализаторов с платиной.
  Средняя цена 80-260 евро/кг.

Из вышесказанного можно сделать вывод – невозможно определить стоимость катализатора без анализа!
Купля-продажа катализаторов «на глаз» или по каталогам – риск как для покупателя, так и для продавца.

Компании, покупающие катализаторы «на глаз», не имея возможности купить оборудования для анализа, стараются скупают катализаторы по самой низкой цене в своей категории.

Катализатор и его устройство

Катализатор и его устройство

Катализатор автомобильный- предназначен для очищения выхлопных газов от вредных веществ. По внутреннему содержанию, каталитический нейтрализатор бывает выполнен на металлическом или керамическом блоке. Блок- это соты катализатора.

Керамический блок (рис.1)

Металлический блок (рис. 2)

На соты наносится состав из драгоценных металлов, с помощью которых происходит реакция окисления. Блок  помещается в жаропрочный корпус из нержавеющей стали. Отличие металлического блока от керамического, в том что металл лучше выдерживает механические воздействия на катализатор, например удар о бордюр. По функциональности они идентичны. Катализатор на металлическом блоке стоит дороже, чем на керамическом.

На автомобилях изготовленных в конце 80х и начале 90х годов, катализатор располагается под днищем (рис.3), и его замена не вызывает никаких трудностей.

Катализатор на приемной трубе (рис.3)

 

На прямом участке трубы срезается оригинальный катализатор и на его место вваривается универсальный катализатор (рис.4)

Универсальный катализатор (рис.4)

Сейчас катализаторы устанавливают на выпускном коллекторе (рис.5)

Выпускной коллектор с катализатором (рис.5)

 

Если катализатор расположен на выпускном коллекторе, не обязательно менять весь коллектор. Можно ограничится заменой одной КАТ КАССЕТЫ (рис.6)

Кат кассета (рис.6)

 

На импортных автомобилях класс токсичности автомобиля распределяется так:

-1997г.        ЕВРО II

1997-2004г. ЕВРО III

2004г.—-     ЕВРО IV и выше

Причины по которым катализатор выходит из стоя:

1) Механический удар

2) Пропуски зажигания

3) Некачественный бензин с примесями свинца

4) Изношенная поршневая группа 

5) Пробег свыше 100000 км

Ремонт катализатора не возможен, его можно заменить только на новый.

Что представляет собой катализатор универсального типа и его отличия от оригинального

Каталитический нейтрализатор универсального типа – это подходящее для многих моделей автомобилей, обладающих схожей работоспособностью и похожими техническими свойствами, устройство. Можно привести в пример несколько подобных характеристик:

• Объем двигателя машины.
• Мощность двигателя.
• Средний показатель экологических выбросов и др.

В автомобили обычно ставят катализаторы универсального типа, так как по набору функций они чаще всего не имеют отличий от оригинальных.

Классификация моделей по экологическим стандартам выбросов является наиболее востребованной и используемой. Все европейские автомобили, выпущенные с 2005 года, имеют класс Евро 4. Такой же класс присвоен машинам из Кореи и Америки, выпущенным с 2006 года, из России и Японии – с 2010 года, из Китая – с 2012 года. Автомобили этого класса оборудованы катализаторами подходящей марки.

Отличия оригинального катализатора (предустановленного) от универсального

Распространена точка зрения, что установленные на производстве серийные катализаторы значительно отличаются характеристиками от универсальных, на которые их заменяют. Однако подтверждений у таких мыслей нет. Напротив, многие компании, занимающиеся изготовлением каталитических нейтрализаторов, поставляют их как на заводы по серийному производству, так и в розничную продажу автозапчастей. И стоит отметить, что между ними почти нет разницы по таким показателям как:

• долговечность;
• надежность;
• прочность.

Наибольшее воздействие на каталитический нейтрализатор производит состояние мотора и характеристики топлива, используемого для заправки автомобиля.

На те машины, где катализатор и коллектор составляют единый элемент, а также на те, где корпус нейтрализатора выполнен из чугуна, установить универсальную модель не получится. Однако и из этого правила есть исключения: если в корпусе есть свободное место, а коллектор сделан из нержавеющей стали.

Есть ли драгоценные металлы в каталитических нейтрализаторах?

*

Выберите страну / regionUnited StatesCanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийский океан TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral африканских RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo, Демократическая Республика ofCook IslandsCosta RicaCote D’IvoireCroatiaCubaCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEast TimorEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland (Мальвинские) острова Фарерские IslandsFijiFinlandFmr Югославская Республика МакедонияФранцияФранцузская ГвианаФранцузская ПолинезияФранцузские Южные ТерриторииГабонГамбияГрузияГерманияГанаГибралтарГрецияГренландияГренадаГваделупаГуамГватемалаГвинеяГвинея-БисауГайанаГаити Херд и Макдональд IslandsHoly Престол (Ватикан) HondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIran (Исламская Республика) IraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJordanKazakstanKenyaKiribatiKorea, Корейские Народно-Демократической RepKorea, Республика ofKuwaitKyrgyzstanLao Народный Демократической RepLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Arab JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacauMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia, Федеративные StatesMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPanamaPapua Нового GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint HelenaSaint Киттс и НевисСент-ЛюсияСент-Пьер и МикелонСамоаСан-МариноСао-Томе и ПринсипиСаудовская АравияСенегалСейшельские островаСьерра-ЛеонеСингапурСловацкий iaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSpainSri LankaSth Georgia & Sth Sandwich Институт социальных Винсент и GrenadinesSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwan, провинция ChinaTajikistanTanzania, Объединенная Республика ofThailandTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited арабских EmiratesUnited KingdomUruguayUS Minor Отдаленные IslandsUzbekistanVanuatuVenezuelaVietnamVirgin острова (Британские) Виргинские острова (U. S.) Острова Уоллис и Футуна Западная СахараЙеменЮгославияЗамбияЗимбабве

Объяснитель: Что такое катализатор?

энергия активации (в химии) Минимальная энергия, необходимая для того, чтобы произошла конкретная химическая реакция.

атом Основная единица химического элемента. Атомы состоят из плотного ядра, которое содержит положительно заряженные протоны и нейтрально заряженные нейтроны. Ядро вращается вокруг облака отрицательно заряженных электронов.

связь (в химии) Полупостоянное соединение между атомами — или группами атомов — в молекуле. Он образован силой притяжения между участвующими атомами. После соединения атомы будут работать как единое целое. Чтобы разделить составляющие атомы, молекуле необходимо подвести энергию в виде тепла или какого-либо другого типа излучения.

углерод Химический элемент с атомным номером 6. Он является физической основой всего живого на Земле. Углерод существует в свободном виде в виде графита и алмаза. Это важная часть угля, известняка и нефти, и она способна химически самосвязываться с образованием огромного количества химически, биологически и коммерчески важных молекул.

катализатор Вещество, которое помогает химической реакции протекать быстрее. Примеры включают ферменты и элементы, такие как платина и иридий.

каталитический нейтрализатор Устройство из керамических структур сотовой формы, которое устанавливается на выхлопную трубу транспортного средства.Проходя через него выхлопные газы, они сталкиваются с двумя разными типами катализаторов, каждый из которых может вызвать различный тип химической реакции. Один или несколько металлов, обычно платина, родий, палладий, а иногда даже золото, покрывают внутреннюю часть системы. Все стенки сотовой структуры устройства значительно увеличивают площадь покрытых катализатором поверхностей, которые теперь могут вступать в реакцию с выхлопными газами. Когда газы из двигателя попадают на эти покрытые металлом поверхности, они разрушают загрязняющие вещества, превращая их в менее вредные материалы.Датчик в преобразователе также измеряет количество кислорода в выхлопных газах. Если он находит слишком много, он приказывает компьютеру отрегулировать соотношение воздух-топливо в двигателе, чтобы он горел более чисто.

химический Вещество, образованное двумя или более атомами, которые объединяются (становятся связанными вместе) в фиксированной пропорции и структуре. Например, вода — это химическое вещество, состоящее из двух атомов водорода, связанных с одним атомом кислорода. Его химический символ — H ₂ O. Химический также может быть прилагательным, описывающим свойства материалов, которые являются результатом различных реакций между различными соединениями.

химические связи Силы притяжения между атомами, достаточно сильные, чтобы связанные элементы функционировали как единое целое. Некоторые силы притяжения слабые, некоторые очень сильные. Кажется, что все связи связывают атомы посредством совместного использования — или попытки совместного использования — электронов.

химическая реакция Процесс, который включает перегруппировку молекул или структуры вещества в противоположность изменению физической формы (например, от твердого тела к газу).

электричество Поток заряда, обычно возникающий в результате движения отрицательно заряженных частиц, называемых электронами.

двигатель Машина, предназначенная для преобразования энергии в полезное механическое движение. Иногда двигатель называют мотором.

ферменты Молекулы, производимые живыми существами для ускорения химических реакций.

выхлоп (в машиностроении) Газы и мелкие частицы, выбрасываемые — часто с высокой скоростью и / или давлением — в результате сгорания (горения) или нагревания воздуха. Выхлопные газы обычно представляют собой отходы.

топливный элемент Устройство, преобразующее химическую энергию в электрическую. Наиболее распространенным топливом является водород, который в качестве побочного продукта выделяет только водяной пар.

генетический Имеет отношение к хромосомам, ДНК и генам, содержащимся в ДНК. Область науки, имеющая дело с этими биологическими инструкциями, известна как генетика. Люди, работающие в этой области, — генетики.

водород Самый легкий элемент во Вселенной.Как газ, он бесцветен, не имеет запаха и легко воспламеняется. Это неотъемлемая часть многих видов топлива, жиров и химикатов, из которых состоят живые ткани.

иридий Обнаруженный в 1803 году, его название происходит от латинского слова «радуга». Это твердый, хрупкий и устойчивый к коррозии металл из семейства платиновых. Немного желтоватый, этот элемент в основном используется в качестве отвердителя для платины. Действительно, его температура плавления составляет более 2400 ° по Цельсию (4350 ° по Фаренгейту). Атомный номер элемента 77.

производство Изготовление вещей, обычно в больших масштабах.

металл Что-то, что хорошо проводит электричество, имеет тенденцию быть блестящим (отражающим) и податливым (что означает, что его можно изменить с помощью тепла, а не слишком большой силы или давления).

молекула Электрически нейтральная группа атомов, представляющая минимально возможное количество химического соединения. Молекулы могут состоять из атомов одного или разных типов.Например, кислород в воздухе состоит из двух атомов кислорода (O ₂ ), а вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода (H ₂ O).

питательное вещество Витамин, минерал, жир, углевод или белок, которые необходимы растению, животному или другому организму как часть его пищи для выживания.

кислород Газ, составляющий около 21 процента атмосферы. Все животные и многие микроорганизмы нуждаются в кислороде для поддержания своего метаболизма.

палладий Мягкий, пластичный, стально-белый, устойчивый к потускнению металлический элемент, встречающийся в естественных условиях с платиной, особенно в золотых, никелевых и медных рудах.

нефть Густая легковоспламеняющаяся жидкая смесь углеводородов. Нефть — это ископаемое топливо, которое в основном находится под поверхностью Земли. Это источник химикатов, используемых для производства бензина, смазочных масел, пластмасс и многих других продуктов.

пластик Любой из ряда легко деформируемых материалов; или синтетические материалы, которые были изготовлены из полимеров (длинных цепочек некоторых строительных блоков), которые имеют тенденцию быть легкими, недорогими и устойчивыми к разложению.

платина Природный серебристо-белый металлический элемент, который остается стабильным (не корродирует) на воздухе. Он используется в ювелирных изделиях, электронике, химической обработке и некоторых зубных коронках.

загрязнитель Вещество, которое портит что-либо — например, воздух, воду, наши тела или продукты. Некоторые загрязнители представляют собой химические вещества, например пестициды. Другие могут быть излучением, включая избыточное тепло или свет. Даже сорняки и другие инвазивные виды могут считаться типом биологического загрязнения.

7 фактов о катализе, которых вы можете не знать

Практически все в вашей повседневной жизни зависит от катализаторов: автомобили, стикеры, стиральный порошок, пиво. Все части вашего сэндвича — хлеб, сыр чеддер, жареная индейка. Катализаторы разрушают бумажную массу, чтобы получить гладкую бумагу в вашем журнале. Они очищают ваши контактные линзы каждую ночь. Они превращают молоко в йогурт, а нефть — в пластиковые молочники, компакт-диски и велосипедные шлемы.

Что такое катализ?

Катализаторы ускоряют химическую реакцию, снижая количество энергии, необходимое для ее запуска. Катализ — это основа многих промышленных процессов, в которых используются химические реакции для превращения сырья в полезные продукты. Катализаторы являются неотъемлемой частью производства пластмасс и многих других промышленных изделий.

Даже человеческий организм работает на катализаторах. Многие белки в вашем теле на самом деле являются катализаторами, называемыми ферментами, которые делают все: от создания сигналов, которые двигают ваши конечности, до помощи в переваривании пищи. Они действительно важная часть жизни.

Маленькие дела могут иметь большие результаты.

В большинстве случаев вам нужно совсем небольшое количество катализатора, чтобы изменить ситуацию. Даже размер частицы катализатора может изменить ход реакции. В прошлом году аргоннская команда, в которую входил ученый-материаловед Ларри Кертисс, обнаружила, что один серебряный катализатор лучше справляется со своей задачей, когда он находится в наночастицах шириной всего в несколько атомов. (Катализатор превращает пропилен в оксиды пропилена, что является первым шагом в производстве антифриза и других продуктов.)

Это может сделать вещи более экологичными.

Промышленные процессы производства пластмассы и других предметов первой необходимости часто приводят к появлению неприятных побочных продуктов, которые могут представлять опасность для здоровья человека и окружающей среды. Лучшие катализаторы могут помочь решить эту проблему. Например, тот же серебряный катализатор на самом деле производит меньше токсичных побочных продуктов, что делает всю реакцию более экологически чистой.

По сути, катализатор — это способ экономии энергии. А применение катализаторов в больших масштабах могло бы спасти мир лотов энергии.Три процента всей энергии, используемой в США каждый год, идет на преобразование этана и пропана в алкены, которые, помимо прочего, используются для производства пластмасс. Это эквивалент более 500 миллионов баррелей бензина.

Катализаторы также являются ключом к открытию биотоплива. Вся биомасса — кукуруза, просо, деревья — содержит твердое соединение, называемое целлюлозой, которое необходимо расщепить для получения топлива. Поиск идеального катализатора для разрушения целлюлозы сделает биотопливо более дешевым и более жизнеспособным в качестве возобновляемого источника энергии.

Вычислительное моделирование открывает перспективы для создания лучших катализаторов и красивых изображений, таких как эта модель платинового катализатора, взаимодействующего с атомами кислорода (красный) и атомами водорода (белый). Изображение Риза Ранкина, Центр наномасштабных материалов.

Часто мы не понимаем, почему они работают.

Точные причины, по которым катализаторы работают, часто остаются загадкой для ученых. Curtiss работает в области вычислительного катализа: использует компьютеры для решения сложного взаимодействия физики, химии и математики, которое объясняет, как работает катализатор.

Разобравшись в процессе, ученые могут попытаться создать катализатор, который работает еще лучше, путем моделирования того, как могут работать различные материалы. Возможные конфигурации новых катализаторов могут составлять тысячи комбинаций, поэтому суперкомпьютеры лучше всего справляются с ними.

Когда Эдисон конструировал лампочку, он испытал буквально сотни различных нитей (вероятно, испытав терпение своих лаборантов), прежде чем обнаружил карбонизированную нить.Воспользовавшись суперкомпьютерами и современными технологиями, ученые могут ускорить годы испытаний и сократить расходы, чтобы совершить прорыв.

Curtiss проводит моделирование на суперкомпьютере Argonne Blue Gene / P для разработки возможных новых катализаторов. «Поскольку суперкомпьютеры стали быстрее, мы смогли делать то, чего никогда не могли делать 10 лет назад», — сказал он.

Они могут оказаться незаменимыми для следующей большой революции в производстве аккумуляторов.

Новые эффективные литий-ионные аккумуляторы помогли превратить неуклюжие автомобильные телефоны в тонкие и элегантные сотовые телефоны и ноутбуки, доступные сегодня. Но ученые уже ищут следующую революцию в аккумуляторных батареях — такую, которая когда-нибудь сможет сделать батарею легкой и достаточно мощной, чтобы проехать 500 миль на машине. Перспективной идеей являются литий- воздушные батареи , в которых в качестве основного компонента используется кислород воздуха. Но эта новая батарея потребует полностью изменить внутреннюю химию, и ей понадобится новый мощный катализатор, чтобы заставить ее работать. Литий-воздушная батарея работает, объединяя атомы лития и кислорода, а затем снова и снова разрушая их.Это ситуация, специально созданная для катализатора, и хороший катализатор ускорит реакцию и сделает батарею более эффективной.

Как сделать новый катализатор?

Понимание химии реакций — это первый шаг; затем ученые могут использовать моделирование для разработки новых потенциальных катализаторов и тестирования их в лаборатории. Но этот первый шаг будет трудным, если вы не сможете перейти на атомарный уровень, чтобы увидеть, что происходит во время реакции. Именно здесь блистают крупные научные центры, такие как усовершенствованный источник фотонов (APS) в Аргонне.

В APS ученые могут использовать самые яркие рентгеновские лучи в Соединенных Штатах, чтобы отслеживать реакции в режиме реального времени. В Центре электронной микроскопии лаборатории исследователи фотографируют атомы во время их реакции. Кертисс и его команда использовали и то, и другое в поисках лучших катализаторов.

Центр производства катализаторов | Университет Рутгерса, химическая и биохимическая инженерия

Катализаторы являются важными компонентами многих промышленных процессов, от каталитических нейтрализаторов и топливных элементов до производства новейших лекарств.Мировые продажи гетерогенных и гомогенных катализаторов составляют десятки миллиардов долларов в год, при этом темпы роста составляют около 5% в год. Помимо их промышленного значения, катализаторы оказывают значительное воздействие на окружающую среду. Количество энергии и сырья, необходимых для производства химикатов, значительно сокращается за счет использования катализаторов. Каталитические нейтрализаторы в значительной степени снижают загрязнение воздуха от автомобилей и, таким образом, являются важным приложением в экологической инженерии. Дизельное топливо с низким содержанием серы и бензин невозможно рентабельно производить без катализаторов гидрообессеривания, что приводит к снижению выбросов диоксида серы (SO2) в результате использования этих видов топлива в автомобилях, грузовиках, самолетах и ​​кораблях.

Катализаторы на носителе включают распределение активного каталитического материала (который обычно представляет собой металл) через пористый твердый носитель. Современные катализаторы на носителе имеют много преимуществ, таких как большая площадь поверхности, небольшое количество часто дорогого активного металлического компонента и высокая механическая и термическая стабильность. Конструкция типичного катализатора на носителе включает в себя большое количество качественных характеристик. Для таблеток катализатора это может включать определенные количества активного металла (ов) в носителе, определенное распределение активного металла (ов) от центра к поверхности и заданную дисперсию. Оптимальное качество катализатора позволяет проводить химические реакции наиболее эффективным, экономичным и экологически безопасным способом и, таким образом, сокращать потребление сырья, потребность в энергии и выбросы парниковых газов. Оптимизация производственных этапов может снизить вариабельность от партии к партии и потенциально может снизить содержание металла в катализаторах, тем самым снижая производственные затраты. На химических и нефтехимических заводах высококачественные катализаторы могут снизить потребность в сырье и энергопотребление за счет повышения выхода реакции и селективности.Повышенный выход реакции позволяет использовать реакторные сосуды меньшего размера, более низкие рабочие температуры и более эффективное использование реагентов. Более высокая селективность снижает потребность в дорогостоящих и энергоемких этапах разделения. Хотя разработка и приготовление катализаторов изучались в течение многих лет, многочисленные аспекты различных стадий производства катализаторов до сих пор полностью не изучены, и в промышленности разработка и масштабирование стадий производства катализаторов часто выполняются методом проб и ошибок.

Производство промышленных катализаторов включает в себя несколько этапов процесса, таких как приготовление и смешивание растворов или суспензий, кристаллизация, фильтрация, промывка, смешивание и замешивание порошков, формовочная сушка, пропитка и прокаливание.

Перед началом любого процесса подготовки необходимо тщательно выбрать активную металлическую фазу и основу. Активный металлический компонент должен быть хорошо диспергирован, чтобы иметь большую площадь поверхности при контакте с подложкой.С другой стороны, опора должна быть из пористого и жаропрочного материала. Некоторые общие технологические этапы производства катализатора обсуждаются ниже.

Пропитка: Во время этого процесса раствор, содержащий активные металлические компоненты (т.е. прекурсоры), добавляется к пористым носителям катализатора. Капиллярное действие втягивает раствор в поры, а прекурсоры металлов адсорбируются на носителе с большой площадью поверхности. Это первый случай, когда предшественник металла контактирует с твердой подложкой.Если объем раствора меньше, чем объем пор носителя, процесс также известен как пропитка по начальной влажности или сухая пропитка. Сухая пропитка обычно проводится во вращающемся сосуде, в то время как раствор металла распыляется на частицу носителя. Этот метод широко используется и до сих пор считается фаворитом в отрасли из-за своей простоты с практической точки зрения. В процессе сухой пропитки потенциально могут использоваться многие типы смесителей для гранулирования, включая двухконусные смесители, v-образные смесители и смесители с вращающимся барабаном.Скорость распыления, скорость вращения и положение форсунки существенно влияют на распределение раствора. Другими параметрами, которые необходимо учитывать, являются концентрация раствора, объем пор носителя, а также тип и концентрация участков поглощения на поверхности. Однородность продуктов катализатора является одной из основных проблем в этом процессе. Желательно, чтобы одинаковая загрузка металла была получена в каждой частице / таблетке катализатора после стадии пропитки.

Сушка: Материалы проходят процесс сушки после пропитки для удаления растворителей с основы.Если скорость сушки низкая, соли металлов будут глубоко диффундировать в порах носителя, а если скорость сушки высокая, на внешней поверхности носителя будет происходить осаждение. Что касается распределения активного компонента в носителе, можно выделить четыре основные категории металлических профилей: однородные, яичный желток, яичная скорлупа и яичный белок. Выбор желаемого профиля металла определяется требуемой активностью и селективностью и может быть адаптирован для конкретных реакций и / или процессов.Экспериментальные работы показали, что распределение металла в носителе в основном определяется стадиями пропитки и сушки. Некоторые факторы, влияющие на процесс сушки: скорость нагрева, степень насыщения жидкостью, вязкость жидкости, объем пор и распределение пор по размерам.

Прокаливание: Прокаливание — это дополнительная термообработка после сушки. На стадии прокаливания происходят поверхностные реакции газ-твердое тело и твердое тело-твердое тело. Прокаливание приведет к разложению предшественника металла с образованием оксида и удалению газообразных продуктов и ранее введенных катионов или анионов.Во время прокаливания может происходить спекание предшественника или образовавшегося оксида и реакция оксида металла с носителем. В случае глинозема в качестве носителя, если прокаливание выполняется при температурах около 500-600ºC, оксиды двухвалентных металлов могут реагировать с оксидом алюминия на поверхности носителя, образуя алюминаты металлов, которые более стабильны, чем оксиды. Окисление уменьшает размер металлических частиц, что сильно влияет на дисперсию металла (размер и форму металлических частиц на поверхности носителя) на наномасштабе.При прокаливании катализаторов требуется тщательный контроль температуры.

Фильтрация: Фильтрация — это один из процессов разделения твердой и жидкой фаз, которые широко используются при производстве катализаторов для осажденных или кристаллизованных частиц катализатора. При фильтрации кека поток суспензии твердых частиц, управляемый давлением или вакуумом, через мембрану фильтра или фильтровальную ткань вызывает разделение, и осадок, образованный из твердых частиц, со временем накапливается на мембране фильтра или фильтровальной ткани.Как правило, фильтрующая среда (мембрана или ткань) имеет довольно большие отверстия, и более строгая фильтрация осуществляется за счет самой корки, которая представляет собой пористую среду, в которой поры представляют собой промежутки между частицами. Обычно проводится последующая промывка фильтрационной корки с целью удаления остаточных электролитов.

Центр производства катализаторов работает уже более 15 лет. Наша миссия — продвигать инновационные исследования в области производства катализаторов и обучать новое поколение исследователей теоретическим инструментам и инженерным приложениям.Конкретные цели центра:

• Создание и поддержание Центра передового опыта в области исследований в области производства катализаторов
• Для углубления фундаментального понимания операций по производству катализаторов
• Разработать новую технологию для эффективного производства катализаторов
• Предоставление ресурсов по исследованиям, разработкам и образованию для промышленности

Объединив значительный уровень знаний в области технологии частиц, оптимизации, многомасштабного моделирования, катализа и молекулярного моделирования, доступных в Rutgers, мы разрабатываем и продвигаем научно обоснованные методы для проектирования и оптимизации методов и процессов производства катализаторов, таких как пропитка, сушка, прокаливание, фильтрация и т. д.Это интегрировано с рядом образовательных мероприятий, включая исследовательскую подготовку студентов, аспирантов и докторантов в области производства катализаторов. Комбинация экспериментов и компьютерных моделей была использована для улучшения понимания и эффективности операций блока, используемых для изготовления катализаторов. Эти знания, а также полученные в результате методы и практики были переданы промышленным партнерам, чтобы помочь преобразовать этот важный сегмент мировой экономики в наукоемкое предприятие.

Для получения дополнительной информации щелкните здесь, чтобы просмотреть брошюру

В настоящее время в состав входят 8 компаний, занимающихся разработкой и производством катализаторов. Размеры компаний варьируются от малых до крупных.

Бен Глассер (директор)
Билл Боргард
Фернандо Муццио
Сильвина Томассоне
Альберто Куитино

Центр производства катализаторов выражает признательность доктору Арту Честеру за поддержку и вклад. Арт помог создать Центр производства катализаторов и много лет был приглашенным профессором в Rutgers.Арт скончался в 2015 году после продолжительной болезни. Арт был прекрасным наставником для многих преподавателей, аспирантов и студентов Рутгерса, и мы получили огромную пользу от его мудрости.

За дополнительной информацией обращайтесь:
Проф. Бен Глассер
Директор, Консорциум по производству катализаторов
Химическая и биохимическая инженерия
Университет Рутгерса
98 Бретт-Роуд
Пискатауэй, штат Нью-Джерси, 08854, США

Примеры катализаторов

Иногда химикаты нуждаются в небольшом поощрении, чтобы они могли прореагировать.Термин «катализатор» указывает на вещество, которое начинает, ускоряет или облегчает химическую реакцию. Похоже, вы найдете катализаторы только в химической лаборатории, но вы можете быть удивлены, обнаружив примеры катализаторов в своей повседневной жизни! Продолжайте читать, чтобы узнать, что такое катализатор, и увидеть примеры химических катализаторов, а также примеры катализаторов в нехимическом контексте.

Примеры химических катализаторов

Химический катализатор — это вещество, которое вызывает химическую реакцию, протекающую иначе, чем это произошло бы без этого катализатора.Например, катализатор может вызвать реакцию между реагентами, происходящую с большей скоростью или при более низкой температуре, чем это было бы возможно без катализатора. Существует два основных типа катализаторов: неорганические катализаторы , и органические катализаторы .

Примеры неорганических катализаторов

Неорганические катализаторы — это соединения, не обнаруживаемые в биологических процессах. Они включают элементарные металлы и другие неорганические вещества. Эти катализаторы ускоряют химические реакции, но не изменяют их структуру в процессе.Примеры неорганических катализаторов в химических реакциях включают:

• перманганат калия — Пероксид водорода разлагается на воду и газообразный кислород. Две молекулы перекиси водорода образуют две молекулы воды и одну молекулу кислорода. Для ускорения этого процесса можно использовать катализатор перманганат калия. Добавление перманганата калия к перекиси водорода вызовет реакцию с выделением большого количества тепла, и водяной пар выйдет наружу.

• платина — Каталитический нейтрализатор в автомобиле содержит платину, которая служит катализатором для превращения токсичного оксида углерода в диоксид углерода.

• палладий — Если вы зажжете спичку в комнате с газообразным водородом и газом кислородом, произойдет взрыв, и большая часть водорода и кислорода объединятся, образуя молекулы воды.
  
• железо — При производстве аммиака железо является полезным катализатором. Эта реакция, известная как процесс Габера, превращает азот и водород в аммиак. Железо ускоряет разрыв азотных связей, делая его более реактивным.

• оксид ванадия — Серной кислоте требуется, чтобы диоксид серы превратился в триоксид серы.Когда вы пропускаете диоксид серы над оксидом ванадия, он окисляется, то есть добавляет молекулу кислорода — диоксид серы в триоксид серы.

Примеры органических катализаторов

Органические катализаторы известны как «органокатализаторы». Они состоят из неметаллических элементов, таких как углерод, водород и сера. Биокатализаторы, такие как белки и ферменты, представляют собой еще один тип органических катализаторов, участвующих в биохимических процессах. Подобно неорганическим катализаторам, они все еще существуют в своей первоначальной форме после завершения реакции.

• пролин — Пролин — это встречающаяся в природе аминокислота, которая также может быть биосинтезирована. Он действует как катализатор во многих биологических процессах, включая конденсацию альдолов, которая создает углерод-углеродные связи для новых органических соединений.

• диастаза — Когда вы едите что-то, что содержит крахмал, ферменты диастазы являются катализаторами пищеварения. Они появляются в слюне и превращают крахмал в мальтозу, которую организм переваривает в желудке.
  
• лактаза — У большинства людей в тонком кишечнике есть ферменты лактазы, которые начинают химическое расщепление лактозы из молока и молочных продуктов. Люди с непереносимостью лактозы не получают достаточного количества этого фермента и не могут полностью переваривать молочные продукты.
  
• ДНК-полимераза — Когда ДНК реплицируется, она должна точно копировать генетическую последовательность. Фермент ДНК-полимераза катализирует синтез ДНК каждый раз, когда клетка делится. Он работает с другими ферментами, включая геликазу и примазу, многократно полностью копируя ДНК.
  
• щелочная фосфатаза (ЩФ) — Щелочная фосфатаза, обнаруженная в печени, пищеварительной системе и костях, является катализатором расщепления белков. Он также помогает в реакциях, связанных с пищеварением и ростом костей. Слишком много щелочной фосфатазы в крови может указывать на проблему с печенью или костями или может быть просто следствием нормального процесса беременности и кормления грудью.

Нехимические катализаторы

Когда термин «катализатор» используется вне химии, он относится к чему-то, что вызывает социальные изменения или реакции.Это образное определение основано на определении химического катализатора, который запускает большую реакцию. Вот некоторые примеры образных катализаторов:

• отношения — Когда Антония представляет двух своих друзей, которые затем начинают встречаться, она становится катализатором их отношений.
• Изменение законодательства — Член семьи Сьюзен незаконно заключен в тюрьму. Она пишет письма своим депутатам, организует акции протеста и общается со СМИ. Вскоре член ее семьи освобожден, а законы изменены, чтобы предотвратить незаконное заключение кого-либо в тюрьму.Сьюзен была катализатором перемен.
• спорт — Элла сидит на скамейке во время баскетбольного матча. Стартовые игроки устают и отстают по очкам. Тренер Эллы вводит ее в игру. Ее энергия помогает ей забивать несколько мячей, и команда побеждает. Элла стала катализатором победы в игре.
• Социальные изменения — Барри и его друзья видят, как над младшим ребенком издеваются. Они встают на защиту ребенка и создают группу по борьбе с издевательствами, которая выявляет проблемы с издевательствами на игровой площадке.Вскоре в их школе стало меньше издевательств, и они стали катализатором перемен.

Катализаторы вокруг нас

Эти примеры катализаторов показывают, как одно действие или один человек, как в химии, так и в жизни, может стать началом больших изменений. Важно помнить, что катализатор только запускает реакцию и что для истинного изменения необходимо больше реагентов. Взгляните на эти повседневные примеры химических реакций, чтобы узнать больше о том, как химия влияет на вашу повседневную жизнь.

Катализаторы | Химия для неосновных

Цели обучения

• Определите катализатор.
• Объясните, как катализаторы влияют на скорость химической реакции.

Куда ушло солнце?

Смог в Нью-Йорке. Любезно предоставлено доктором Эдвином П. Юингом-младшим, CDC / Викимедиа.

Транспортные средства с бензиновым двигателем выделяют много вредных веществ. Оксиды азота образуются, когда атмосферный азот реагирует с кислородом при высоких температурах, характерных для автомобильного двигателя.Окись углерода является побочным продуктом неполного сгорания углеводородов. Испаренное и неиспользованное топливо выбрасывает в атмосферу летучие углеводороды, способствуя образованию смога. Наличие каталитического нейтрализатора в выхлопной системе автомобиля заставляет эти материалы вступать в реакцию и превращаться в менее вредные продукты.

Катализаторы

Иногда в химическую реакцию может быть добавлено вещество, и скорость этой реакции резко возрастет. Перекись водорода используется в качестве дезинфицирующего средства для удаления царапин и порезов и содержится во многих аптеках в виде 3% -ного водного раствора.Перекись водорода естественным образом разлагается с образованием воды и кислорода, но реакция идет очень медленно. Бутылки с перекисью водорода хватит на несколько лет, прежде чем ее нужно будет заменить. Однако добавление небольшого количества оксида марганца (IV) к перекиси водорода приведет к ее полному разложению всего за несколько минут. Катализатор — это вещество, которое увеличивает скорость химической реакции за счет снижения энергии активации без использования в реакции.После того, как реакция происходит, катализатор возвращается в исходное состояние, и катализаторы можно использовать снова и снова. Поскольку он не является ни реагентом, ни продуктом, катализатор показан в химическом уравнении над стрелкой выхода.

Катализатор работает, изменяя конкретный способ протекания реакции, называемый ее механизмом. Важным результатом использования катализатора является снижение общей энергии активации реакции (см. Рисунок ниже).При более низком энергетическом барьере активации больший процент молекул реагентов может иметь эффективные столкновения, и скорость реакции увеличивается.

Рис. 1. Добавление катализатора в реакцию снижает энергию активации, увеличивая скорость реакции. Энергия активации некаталитической реакции обозначена Ea, а катализируемая реакция обозначена Ea ’. Теплота реакции (ΔH) не изменяется в присутствии катализатора. Изображение из фонда CK-12 — Кристофер Ауён.

Катализаторы — чрезвычайно важные части многих химических реакций. Ферменты в вашем теле действуют как природные катализаторы, позволяя важным биохимическим реакциям протекать с разумной скоростью. Химические компании постоянно ищут новые и лучшие катализаторы, чтобы ускорить реакцию и, таким образом, сделать компанию более прибыльной.

Сводка

• Описывается функция катализатора.

Практика

Посмотрите видео по ссылке ниже и ответьте на следующие вопросы:

http: // www.youtube.com/watch?v=9KQdF1bnXHE

1. Какой краситель используется для синих джинсов?
2. Что ферменты делают для синих джинсов?
3. Перечислите три проблемы, которые существуют для некаталитических реакций.

Обзор

1. На что влияет катализатор в химической реакции?
2. Влияет ли процесс на процесс?
3. Где мы указываем катализатор при написании химического уравнения?

Глоссарий

• катализатор: Вещество, которое увеличивает скорость химической реакции за счет снижения энергии активации без использования в реакции.

Каталитические преобразователи | Давайте поговорим о науке

Есть ли у вас друзья, которые готовятся к экзамену по вождению? Или, может быть, вы тот, кто усвоил правила дорожного движения. Но как много вы на самом деле знаете о своей машине? Например, вы говорили, что благородные металлы помогают очищать выхлоп двигателя?

Предупреждение о заблуждении

Благородные металлы и драгоценные металлы — это не одно и то же. Драгоценные металлы имеют высокую денежную ценность. Благородные металлы обладают высокой устойчивостью к коррозии и окислению.Однако некоторые драгоценные металлы также относятся к благородным металлам.

Что выходит из выхлопной трубы автомобиля?

Выхлопы автомобилей также называют выхлопными газами автомобилей. В нем много веществ. Некоторые из них более вредны, чем другие.

В двигателе вашего автомобиля, вероятно, в качестве топлива используется бензин . Бензин углеводородов . Ваш автомобиль смешивает это топливо с воздухом перед тем, как сжечь его. Этот процесс называется сжиганием , и он дает множество побочных химических продуктов.

Некоторые из этих побочных продуктов совершенно безопасны. Например, воздух на 78% состоит из газообразного азота (N ₂ ). Часть этого азота реагирует с кислородом во время горения. Однако большая его часть попадает в выхлоп двигателя под обозначением N ₂ . Выхлоп двигателя также включает воду (H ₂ O). Зимой вы часто будете видеть, как из выхлопных труб капает вода.

Автомобильные двигатели также выделяют много вредных веществ. Некоторые из них могут вызвать кислотное осаждение.Это касается диоксида углерода (CO ₂ ), оксидов азота (NO _x ) и оксидов серы .

Другие выбросы от транспортных средств могут вызвать проблемы со здоровьем, такие как сердечно-сосудистые заболевания и рак. Так обстоит дело с несгоревшими углеводородами, твердыми частицами (частицами углерода) и летучими органическими соединениями (ЛОС) .

Автомобильные двигатели также выделяют окиси углерода (CO) . Этот ядовитый газ может заменить кислород в вашем кровотоке.Если вы вдыхаете его достаточно, он может даже задохнуться!

Звучит очень опасно, не так ли? К счастью, каталитические нейтрализаторы помогают снизить вредные выбросы двигателя. Вот как.

Что такое каталитический нейтрализатор?

Каталитический нейтрализатор был изобретен около 1950 года Эженом Удри. Он был французским инженером-механиком. Он разработал каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов автомобилей.

Каталитические нейтрализаторы начали широко использовать примерно в 1975 году.В то время правительства начали пытаться уменьшить загрязнение воздуха от автомобилей. Но тогда многие автомобили использовали этилированный бензин. Свинец (Pb) может препятствовать нормальной работе каталитического нейтрализатора. Это потому, что свинец может покрывать поверхность, которая обычно реагирует с выхлопными газами.

Знаете ли вы?

Представьте, что вы использовали одинаковое количество топлива в внедорожнике с каталитическим нейтрализатором и в газонокосилке без него. Газонокосилка будет выделять примерно в 100 раз больше загрязняющих веществ!

Как работают каталитические нейтрализаторы?

На автомобиле каталитический нейтрализатор прикреплен к выхлопной трубе.Металлический корпус содержит керамические соты. Соты покрыты смесью платины (Pt), палладия (Pd) и родия (Rh). Эти благородные металлы хорошо сопротивляются окислению, коррозии и кислоте. Это означает, что они могут противостоять плохой погоде и всем химическим веществам, выделяемым автомобильным двигателем.

Благородные металлы в катализаторах действуют как катализаторы . Катализаторы представляют собой соединения , которые могут запускать химическую реакцию, не будучи затронутыми сами собой. Сотовая структура внутри каталитического нейтрализатора увеличивает площадь поверхности, на которой могут происходить реакции.

Каталитические преобразователи используют в качестве катализаторов такие элементы, как платина (Pt), палладий (Pd) и родий (Rh) (давайте поговорим о науке с использованием фотографий Periodictableru [CC BY], Изображения химических элементов в высоком разрешении [CC BY и Alchemist-hp ( обсуждение) www.pse-mendelejew Производная работа: Purpy Pupple [CC BY-SA 3.0] Wikimedia Commons (Pt, Pd, Rh)).

Знаете ли вы?

Сегодня около 98% всех продаваемых в мире новых автомобилей содержат каталитический нейтрализатор.

Какие химические реакции происходят в катализаторе?

Каталитические нейтрализаторы

используют реакции восстановления и окисления (окислительно-восстановительный потенциал) для снижения вредных выбросов.

Они используют катализатор восстановления , состоящий из платины и родия. Он помогает уменьшить количество оксидов азота (NO _x ), удаляя атомы азота из молекул оксида азота (NO и NO ₂ ). Это позволяет свободному кислороду образовывать газообразный кислород (O ₂ ). Затем атомы азота, прикрепленные к катализатору, вступают в реакцию друг с другом. В результате этой реакции образуется газообразный азот (N ₂ ).

Реакции восстановления азотной кислоты и диоксида азота (© Let’s Talk Science, 2019).

Изображение — текстовая версия

Азотная кислота и диоксид азота восстанавливаются с образованием газообразного азота и газообразного кислорода.

В каталитических нейтрализаторах

также используется окислительный катализатор , состоящий из платины или палладия. Это помогает уменьшить количество углеводородов (HC) и оксида углерода (CO). Начнем с того, что окись углерода и кислород соединяются с образованием двуокиси углерода (CO2). Затем несгоревшие углеводороды и кислород объединяются с образованием диоксида углерода и воды.

Реакции окисления монооксида углерода и несгоревших углеводородов (© Let’s Talk Science, 2019).

Изображение — текстовая версия

Окись углерода и кислород соединяются с образованием двуокиси углерода. Несгоревшие углеводороды и кислород соединяются с образованием диоксида углерода и воды.

В современных каталитических нейтрализаторах также используются датчики кислорода . Иногда их называют лямбда-датчиками. Они контролируют, сколько дополнительного кислорода закачивается в выхлопной поток. Поддержание правильного количества кислорода делает реакции восстановления и окисления более эффективными.

Знаете ли вы?

Двигатель автомобиля производит наибольшее количество загрязнений сразу после его включения.Это потому, что каталитическим нейтрализаторам может потребоваться несколько минут, чтобы сработать. Это отличный повод прогуляться, если вам нужно проехать небольшое расстояние!

Исследователи изучают, можно ли использовать золото в каталитических нейтрализаторах. Это может показаться дорогим. Но на самом деле золото дешевле многих других благородных металлов. И это еще не все! Фактически, в ближайшие пару десятилетий у нас могут закончиться такие металлы, как платина. В некоторых местах люди даже воруют каталитические нейтрализаторы, чтобы добраться до драгоценных благородных металлов внутри!

.