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.

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.

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.

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Vejo vocês no próximo episódio da série tudo sobre catálise.

Até breve!

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A essas substâncias damos o nome de catalisador.

Nessas reações, há uma adsorção transitória dos reagentes na superfície dos centros ativos do catalisador e em seguida desorção dos produtos.

 A+X -> AX

AX -> BX

BX -> B+X

E qual será sua importância?

Bem, os catalisadores são empregados a mais de 2000 anos. Sua primeira utilização foi na produção de queijo e vinhos. Ainda, dentro do nosso próprio corpo possuímos catalisadores.

Atualmente, cerca de 70% dos processos na Indústria Química lançam mão de catalisadores, por exemplo, no refino de petróleo empregando zeólitas como catalisadores.

Com o passar do tempo, a indústria vem buscando formas de desenvolver novos catalisadores. Como resultado, haverá um melhor aproveitamento de matéria prima, isso quer dizer, menos desperdício, menos investimento , consequentemente menor necessidade de tratar os efluentes.

Analogamente, o desenvolvimento de novos catalisadores promoverá uma ampliação no leque de escolha da matéria prima. Isso quer dizer, muitas rotas são deixadas de lado devido ao tempo que levará para obter o produto desejado.

Mas só através dos catalisadores podemos mudar a taxa da reação Vejamos!

Velocidade da reação

Antes de começarmos, vamos relembrar a equação da taxa de reação.

Contudo, k é calculada pela equação de Arrhenius:

Então, como fazer para aumentar a taxa de reação?

Analisando a equação, nós podemos aumentar, sem a utilização de catalisadores, de três formas. Para isso só basta alterarmos a temperatura, concentração ou a pressão. Todavia, será que é viável? Vamos analisar termo a termo.

Primeiramente, olhando para a temperatura, podemos citar como pontos negativos um maior gasto de energia. Ainda, esse aumento de temperatura pode levar ao desencadeamento de reações secundárias, obtendo assim uma maior formação de produtos indesejados.

Segundo, um aumento da concentração dos reagentes requer a construção de reatores mais resistentes e formação de reações secundárias. Ainda, uma reação com o aumento do volume desloca o equilíbrio da reação para os reagentes (gases).

Analogamente, um aumento da pressão requer a construção de reatores mais resistentes. Entretanto, como os catalisadores afetam a cinética da reação.

A presença dos catalisadores no sistema reacional faz com que haja uma redução da energia de ativação da reação, podendo ser ilustrado com a imagem abaixo.

Ah então os catalisadores são sempre a solução? Não! Também possuímos problemas com os catalisadores. Essas espécies podem sofrer desativação. Sendo assim, constantemente faz-se necessário regenerar o catalisador.

Processos químicos e a catálise

Os processos químicos catalisados podem ocorrer em dois sistemas diferentes. Quando  catalisadores e reagentes estão na mesma fase, dizemos que a catálise é homogênea.

Em contrapartida, quando a reação ocorre com catalisadores e reagentes em fases diferentes, por exemplo, um catalisador sólido e os reagentes na fase gasosa, dizemos que a catálise é heterogênea.

Por fim, vamos ver a comparação entre os tipos de catálise ilustrada pela imagem abaixo.

 O processo de catálise

Conforme dito anteriormente, para que transformemos uma matéria prima em produtos na presença de um catalisador, faz-se necessário que haja uma adsorção do reagente na superfície do catalisador.

Por sua vez, essa adsorção pode ocorrer de duas formas:

Na adsorção física, o reagente se liga à matéria prima devido às forças de interação do tipo Van der Waals. Logo, não há alteração química das moléculas adsorvidas.

Em oposição, na adsorção química, temos a formação de ligações químicas. Temos que salientar que esse processo é exotérmico.

Brevemente, em um outro artigo abordaremos sobre os catalisadores de forma mais aprofundada. Serão apresentados suas propriedades, desativação, preparação e muito mais.

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Até breve!

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