Фазовый катализ - Phase-boundary catalysis

В химия, фазовый катализ (PBC) - это тип гетерогенной каталитической системы, которая способствует химическая реакция определенного химического компонента в несмешивающейся фазе, чтобы реагировать на каталитическом активном центре, расположенном в фазовая граница. Химический компонент растворим в одной фазе, но не растворим в другой. В катализатор для PBC был разработан, в котором внешняя часть цеолит является гидрофобный, внутренне это обычно гидрофильный, несмотря на полярную природу некоторых реагентов.[1][2][3][4][5] В этом смысле среда в этой системе близка к среде фермент. Основное отличие этой системы от фермент является решеточной гибкостью. Решетка цеолит жесткий, тогда как фермент гибкий.

Конструкция межфазного катализатора

Схематическое изображение преимущества межфазного катализа по сравнению с традиционной каталитической системой.
Схематическое изображение каталитического действия межфазного катализа в сравнении с традиционной каталитической системой.
Схематическое изображение синтеза межфазного катализатора.

Межфазные каталитические системы (PBC) можно противопоставить обычным каталитическим системам. PBC в первую очередь применима к реакциям на интерфейс водной фазы и органической фазы. В этих случаях необходим подход, такой как КПБ, из-за несмешиваемость водных фаз с наиболее органическим субстратом. В PBC катализатор действует на границе водной и органической фаз. Реакционная среда систем межфазного катализа для каталитической реакции несмешивающихся водной и органической фаз состоит из трех фаз; органическая жидкая фаза, содержащая большую часть субстрата, водная жидкая фаза, содержащая большую часть субстрата в водной фазе, и твердый катализатор.

В случае обычной каталитической системы;

  • Когда реакционная смесь интенсивно перемешивается, получается явно гомогенная эмульсия, которая очень быстро разделяется на две жидкие фазы, когда перемешивание прекращается. Сегрегация происходит за счет образования органических пузырьков в эмульсии, которые движутся вниз с образованием водной фазы, что указывает на то, что эмульсия состоит из диспергированных частиц водной фазы в органической фазе.
  • Из-за условий трехфазных реакций общая реакция между водной фазой и подложками органической фазы на твердом катализаторе требует различных процессов переноса. Это следующие шаги:
    1. перенос водной фазы из органической фазы на внешнюю поверхность твердого катализатора;
    2. перенос водной фазы внутри порового объема твердого катализатора;
    3. перенос субстрата из водной фазы в границу раздела между водной и органической фазами
    4. перенос субстрата из межфазной фазы в водную фазу;
    5. перемешивание и диффузия субстрата в водной фазе;
    6. перенос субстрата из водной фазы на внешнюю поверхность твердого катализатора;
    7. перенос подложки внутрь объема пор твердого катализатора;
    8. каталитическая реакция (адсорбция, химическая реакция и десорбция ).

В некоторых системах без интенсивного перемешивания в обычной каталитической системе не наблюдается реакционной способности катализатора.[1] [2] [3] [4] [5] Для обычной каталитической системы требуется перемешивание и массоперенос из органической фазы в водную и наоборот. Напротив, в PBC перемешивание не требуется, поскольку массоперенос не является этапом, определяющим скорость в этой каталитической системе. Уже продемонстрировано, что эта система работает для эпоксидирования алкенов без перемешивания или добавления сорастворителя для переноса жидкой фазы.[1] [2] [3] Активный центр, расположенный на внешней поверхности цеолитной частицы, был преимущественно эффективным для наблюдаемой каталитической системы на границе раздела фаз.[4] [6]

Процесс синтеза

Модифицированный цеолит, внешняя поверхность которого частично покрыта алкилсиланом, называется фазовый катализатор был подготовлен в два этапа.[1] [2] [3] [4] [5] Сначала диоксид титана из изопропоксида титана пропитывали порошком цеолита NaY с получением образца W-Ti-NaY. На втором этапе алкисиланом из н-октадецилтрихлорсилана (OTS) импрегнировали порошок W-Ti-NaY, содержащий воду. Из-за гидрофильности поверхности w-Ti-NaY добавление небольшого количества воды приводило к агрегации из-за капиллярной силы воды между частицами. В этих условиях ожидается, что только внешняя поверхность агрегатов, контактирующая с органической фазой, может быть модифицирована OTS, и действительно, почти все частицы располагались на границе раздела фаз при добавлении к несмешивающемуся водно-органическому растворителю ( W / O) смесь. Частично модифицированный образец обозначается как w / o-Ti-NaY. Полностью модифицированный Ti-NaY (о-Ti-NaY), полученный без добавления воды на вышеупомянутой второй стадии, легко суспендируется в органическом растворителе, как и ожидалось.

Межфазный катализатор Янус

Межфазный катализатор Янус - это новое поколение гетерогенных катализаторов, которые способны проводить органические реакции на границе раздела двух фаз посредством образования эмульсии Пикеринга.[7]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Х. Нур, С. Икеда и Б. Охтани, Фазовый катализ: новый подход к эпоксидированию алкенов перекисью водорода цеолитом с оксидом титана, покрытым алкилсиланом, Химические коммуникации, 2000, 2235 – 2236. Абстрактный
  2. ^ Х. Нур, С. Икеда и Б. Охтани, Фазовый катализ эпоксидирования алкена водным пероксидом водорода с использованием частиц амфифильного цеолита, загруженного оксидом титана, Журнал катализа, 2001, (204) 402 – 408. Абстрактный
  3. ^ С. Икеда, Х. Нур, Т. Савадаиси, К. Иджиро, М. Шимомура, Б. Охтани, Прямое наблюдение бимодальных амфифильных поверхностных структур цеолитных частиц для нового межфазного катализа жидкость-жидкость, Langmuir, 2001, (17) 7976 – 7979. Абстрактный
  4. ^ Х. Нур, С. Икеда и Б. Охтани, Межфазные катализаторы для реакций, катализируемых кислотой: роль бимодальной амфифильной структуры и расположение активных центров, Журнал Бразильского химического общества, 2004, (15) 719–724 – 2236. Бумага
  5. ^ Х. Нур, С. Икеда и Б. Охтани, Амфифильные частицы цеолита NaY, содержащие ниобиновую кислоту: материалы, применяемые для катализа в несмешивающейся системе жидкость-жидкость, Кинетика реакций и буквы катализа[мертвая ссылка ], 2004, (17) 255 – 261. Абстрактный
  6. ^ С. Икеда, Х. Нур, П. Ву, Т. Тацуми и Б. Отани, Влияние расположения активного центра титана на активность частицы межфазного катализатора эпоксидирования алкена водным раствором пероксида водорода, Исследования в области наук о поверхности и катализа В архиве 2006-12-01 на Wayback Machine, 2003, (145) 251–254.
  7. ^ М. Вафаэзаде, В. Р. Тиль (2020). «Межфазные катализаторы Януса для межфазных органических реакций». J. Mol. Liq. 315: 113735. Дои:10.1016 / j.molliq.2020.113735.