Ultradźwiękowo zintensyfikowane reaktory ze stałym złożem

Fakty, które warto znać

Kawitacja ultradźwiękowa i sonochemia

Sprzężenie ultradźwięków mocy z cieczami i zawiesinami skutkuje kawitacja akustyczna. Kawitacja akustyczna odnosi się do zjawiska szybkiego powstawania, wzrostu i implozyjnego zapadania się pustek wypełnionych parą. Generuje to bardzo krótkotrwałe "gorące punkty" z ekstremalnymi skokami temperatury do 5000K, bardzo wysokimi szybkościami nagrzewania / chłodzenia powyżej 10°C.⁹Ks^-1i ciśnienia 1000atm z odpowiednimi różnicami – wszystko w ciągu nanosekund.
Obszar badań przyspieszenie reakcji chemycznych (sonochemia). bada wpływ ultradźwięków na tworzenie kawitacji akustycznej w cieczach, która inicjuje i/lub zwiększa aktywność chemiczną w roztworze.

Heterogeniczne reakcje katalityczne

W chemii kataliza heterogeniczna odnosi się do rodzaju reakcji katalitycznej, w której fazy katalizatora i reagentów różnią się od siebie. W kontekście chemii heterogenicznej faza jest używana nie tylko do rozróżnienia między ciałem stałym, cieczą i gazem, ale odnosi się również do niemieszających się cieczy, np. oleju i wody.
Podczas reakcji heterogenicznej jeden lub więcej reagentów ulega przemianie chemicznej na granicy faz, np. na powierzchni stałego katalizatora.
Szybkość reakcji zależy od stężenia reagentów, wielkości cząstek, temperatury, katalizatora i innych czynników.
Stężenie reagenta: Ogólnie rzecz biorąc, wzrost stężenia reagenta zwiększa szybkość reakcji ze względu na większy interfejs, a tym samym większy transfer fazy między cząstkami reagenta.
Wielkość cząstek: Gdy jednym z reagentów jest cząstka stała, nie można jej wyświetlić w równaniu szybkości, ponieważ równanie szybkości pokazuje tylko stężenia, a ciała stałe nie mogą mieć stężenia, ponieważ znajdują się w innej fazie. Jednak wielkość cząstek ciała stałego wpływa na szybkość reakcji ze względu na dostępną powierzchnię do przenoszenia faz.
Temperatura reakcji: Temperatura jest powiązana ze stałą szybkości za pomocą równania Arrheniusa: k = Ae^-Ea/RT
Gdzie Ea to energia aktywacji, R to uniwersalna stała gazowa, a T to temperatura bezwzględna w Kelwinach. A jest współczynnikiem Arrheniusa (częstotliwości). e^-Ea/RT podaje liczbę cząstek pod krzywą, które mają energię większą niż energia aktywacji, Ea.
Katalizator: W większości przypadków reakcje zachodzą szybciej z użyciem katalizatora, ponieważ wymagają mniejszej energii aktywacji. Katalizatory heterogeniczne zapewniają powierzchnię szablonu, na której zachodzi reakcja, podczas gdy katalizatory homogeniczne tworzą produkty pośrednie, które uwalniają katalizator na kolejnym etapie mechanizmu.
Inne czynniki: Inne czynniki, takie jak światło, mogą wpływać na niektóre reakcje (fotochemia).

Substytucja nukleofilowa

Substytucja nukleofilowa to podstawowa klasa reakcji w chemii organicznej (i nieorganicznej), w której nukleofil selektywnie wiąże się w postaci zasady Lewisa (jako donor pary elektronowej) z kompleksem organicznym lub atakuje dodatni lub częściowo dodatni (+ve) ładunek atomu lub grupy atomów w celu zastąpienia grupy opuszczającej. Dodatni lub częściowo dodatni atom, który jest akceptorem pary elektronowej, nazywany jest elektrofilem. Cała jednostka molekularna elektrofilu i grupy opuszczającej jest zwykle nazywana substratem.
Substytucję nukleofilową można zaobserwować na dwóch różnych ścieżkach – S_N1 i S_N2. Która forma mechanizmu reakcji – s_N1 lub S_N2 – zależy od struktury związków chemicznych, rodzaju nukleofila i rozpuszczalnika.

Rodzaje dezaktywacji katalizatora

• Zatrucie katalizatora to termin określający silną chemisorpcję gatunków na miejscach katalitycznych, które blokują miejsca reakcji katalitycznej. Zatrucie może być odwracalne lub nieodwracalne.
• Zanieczyszczenie odnosi się do mechanicznej degradacji katalizatora, w której substancje z fazy ciekłej osadzają się na powierzchni katalizatora i w jego porach.
• Degradacja termiczna i spiekanie powodują utratę powierzchni katalitycznej, powierzchni nośnej i reakcji fazy aktywnej z nośnikiem.
• Tworzenie się oparów oznacza formę degradacji chemicznej, w której faza gazowa reaguje z fazą katalizatora w celu wytworzenia lotnych związków.
• Reakcje para-ciało stałe i ciało stałe-ciało stałe powodują chemiczną dezaktywację katalizatora. Para, nośnik lub promotor reagują z katalizatorem, w wyniku czego powstaje nieaktywna faza.
• Ścieranie lub kruszenie cząstek katalizatora powoduje utratę materiału katalitycznego w wyniku mechanicznego ścierania. Wewnętrzna powierzchnia katalizatora jest tracona z powodu mechanicznego kruszenia cząstek katalizatora.