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Catálise, propriedade dos catalisadores – Parte 2

Depois que, introduzimos o conceito de catálise, nessa segunda parte, iremos dar ênfase nos catalisadores. Portanto, vamos abordar as propriedades dos catalisadores e como eles podem ser inutilizados em um processo químico. Vamos lá?

Propriedade 1 : Atividade de um catalisador

Essa propriedade avalia quanto de reagente foi transformado por tempo e massa ou área de catalisador. Normalmente, podemos calcular essa atividade através do reagente transformado por centro ativo.

Sendo assim, expressamos essa atividade através do número de mols reagidos por sítio e tempo, em uma determinada temperatura, pressão, composição e conversão. Esse cálculo é definido como número de Turnover.

Essa temperatura é aquela na qual obtemos a mesma velocidade reacional. Ou seja, temperatura isocinética. Analisando apenas a temperatura, qual catalisador apresenta maior atividade? O que possui menor temperatura atinge a velocidade desejada.

Já a conversão é definida como a quantidade de reagente convertido pela quantidade de reagente total alimentado no reator.

Propriedade 2: Seletividade de um catalisador

A seletividade de um catalisador diz respeito ao favorecimento de uma determinada reação diante de um leque de possibilidades. Sendo assim, calculamos a seletividade através da razão entre a quantidade de reagente que foi convertido em uma determinada espécie e todo reagente convertido.

 Reforma a vapor do metano em catalisadores à base de níquel produzidos com nióbia
Reforma a vapor do metano em catalisadores à base de níquel produzidos com nióbia

Contudo, além de não podermos confundir os conceitos de conversão e seletividade, não podemos associar uma maior atividade com uma maior seletividade.

Propriedade 3: Estabilidade de um catalisador.

Ao se trabalhar com catalisadores, temos sempre que buscar que o mesmo possui estabilidade química, térmica, textural e estrutural.

Propriedade 4: Regenerabilidade de um catalisador

A produção de um catalisador agrega custo ao processo, sendo assim, não podemos sempre que um catalisador perde a seletividade e a atividade, utilizar um catalisador novo. Logo, faz-se necessário que o material passe por uma espécie de tratamento para recuperar suas propriedades.

Analogamente, temos esse tratamento quando há perda de cristalinidade e porosidade. Todavia, nem sempre conseguimos regenerá-los 100%.

Propriedade 5: Propriedades térmicas e mecânicas de um catalisador.

Essa propriedade diz respeito tanto a capacidade calorífica e condutividade térmica, bem como a resistência ao esmagamento e ao atrito quando trabalhamos com leito fluidizado.

Propriedade 6: Custo

Sempre que possível devemos buscar catalisadores de baixo custo, seja na sua matéria prima como na sua produção.

Tipos de desativação

1.  Envenenamento

Esse tipo de problema é oriundo da adsorção forte e irreversível de uma determinada substância pelo catalisador onde dissocia-se por toda sua superfície. Como resultado, boa parte da superfície catalítica do metal é coberta, o que impede que este desempenhe sua função.

Por exemplo, em processos que envolvem o enxofre, tais como hidrogenação, reforma a vapor, dentre outros. Contudo, essa problemática pode ser reduzida através da aditivos como Molibdênio e Boro, que adsorvem seletivamente o enxofre.

2. Fouling

Essa desativação ocorre devido ao bloqueio sofrido pelos reagentes de entrarem em contato com a superfície catalítica do catalisador.

Desativação de catalisadores
Desativação de catalisadores

Em escala industrial o reator tem seus espaços vazios bloqueados gerando uma perda de carga.

E, como ocorre o fouling?

Podemos ter essa ocorrência por dois processos de acordo com a origem do material: Coqueificação – oriunda da decomposição ou condensação de hidrocarbonetos;  e Deposição de carbono – oriunda do desproporcionamento de CO. 

3. Redução da área específica

A perda de área catalítica no catalisador pela indução térmica é chamada de sinterização. Neste processo temos o crescimento do cristal da fase catalítica.

Além disso, podemos citar o colapso do suporte catalítico.

4. Perda de espécies ativa

A perda da referida espécie se dá em atmosferas contendo NO, O2, CO, H2S e halogênios. Isso se dá pela formação de compostos como carbonilas, óxidos e sulfetos.

Analogamente, temos a volatização direta de metais catalíticos como por exemplo em processos em que as temperaturas chegam a ser superiores a 1000 ºC.  Todavia, esse processo de perda não é um fator comum.

Em suma, continuem acompanhando o blog da engenharia no site e nas redes sociais para não perderem nenhum conteúdo.

Vejo vocês no próximo episódio da série tudo sobre catálise.

Até breve!

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