Техника - молодёжи 1985-07, страница 47

Эти катализаторы имеют давнюю историю. Еще в середине XIX века английский ученый Томас Грэм наблюдал, как проникает водород через палладиевую фольгу, и провел на ней некоторые каталитические процессы. Позднее ученые стали использовать фольгу в качестве мембранного катализатора и управлять с его помощью процессами, проходящими с поглощением или выделением водорода. Я имею в виду основные каталитические процессы современного химического производства — гидрогенизацион-ные и дегидрогенизационные. В первых органическое вещество поглощает водород (так получают, например, из циклопентадиена — циклопентен, мономер для производства синтетического каучука). Во-вторых, наоборот, атомы водорода отщепляются от углеводородных молекул (пример такой реакции — получение пирокатехина, исходного сырья для производства сильного кровевосстанавливающего средства — адреналина).

Названные процессы, как правило, проводятся в присутствии либо катализаторов на носителях, либо массивных металлических. Но. что при этом происходит? Рассмотрим, к примеру, гидрогенизационные процессы. Большая часть веществ, которые здесь надо получить, — реагенты, применяемые в . химической или фармацевтической промышленности, являются продуктами неполного гидрирования, то есть способны присоединить еще какое-то количество водорода. А на указанных катализаторах они гидрируются полностью и превращаются во вредные примеси, от которых надо избавляться. Остановить вовремя такой гроцесс, взять на себя управление им может лишь мембранный катализатор. Каким образом?

При определенной температуре (для каждого процесса она своя) резко повышается избирательность

действия мембранного катализатора: он пропускает в реакционную зону ровно столько водорода, сколько нужно для неполного гидрирования вещества. Высокая избирательность — вот свойство, отличающее этот катализатор от ему подобных.

«Красный» — «зеленый»

Мембранный катализатор действует как светофор на перекрестке. «Зеленый свет» — атомы водорода проходят через него в зону реакции, «красный» — катализатор не пропускает их. Роль регулировщика здесь играет температура. Поддерживая ее на определенном уровне, мы обеспечиваем нужную концентрацию газа на поверхности катализатора.

Каким же образом водород проникает через него? Механизм такого «прохождения» уже достаточно хорошо изучен. Вкратце все сводится к следующему. Сначала молекулы водорода адсорбируются на поверхности катализатора. Расстояние между атомами в адсорбированных молекулах больше, чем в молекулах, находящихся в газовой фазе, а стало быть, они легче распадаются на атомы, которые перемещаются в глубь кристаллической решетки — «растворяются» в ней в строго определенном, зависящем от температуры количестве. Гидрируемое вещество, находящееся с другой стороны катализатора, «вытягивает» их и присоединяет к себе.

В руках младшего научного сотрудника группы исследования Института нефтехимического синтеза АН СССР А. Н. Караванова — лабораторный реактор с мембранным катализатором.

ЦИКЛОПЕНШЕН

ЦИКЛОПЕНШДДИЕН

Идут реакции сопряжения на поверхности мембранного катализатора — циклогексанол дегидрируется в циклогексанон, необходимый для производства капрона, а цинлопентадиеи гидрируется в циклопентен — мономер для получения синтетичесного каучука.

Плюс-минус водород

Поскольку на мембранном катализаторе можно проводить реакции как с присоединением водорода, так и с его отщеплением, то нельзя ли осуществить их одновременно? На этот вопрос мы получили ответ в процессе работы, открыв явление так называемого сопряжения реакций. Что оно собой представляет?

На одной поверхности катализатора вещество дегидрируется (этот процесс идет с выделением водорода и поглощением большого количества тепла), на другой — образовавшийся водород присоединяется к ненасыщенному веществу. Выделенное при этом тепло используется в первой реакции. Таким образом, в значительной степени экономится энергия, ибо ее не надо подводить извне — она выделяется в самопроизвольно идущей реакции. Явление сопряжения, открытое нами, было зарегистрировано как открытие, а основанные на нем реакции — реакции сопряжения — широко используются в каталитических процессах.

Водород пропускать, но не разрушаться!

Для того чтобы этот принцип выполнялся, необходимо было подобрать для мембранных катализаторов соответствующие материалы. Их разработкой занимаются в Институте металлургии АН СССР. Здесь создано несколько десятков сплавов на основе палладия. Из них выбраны такие, которые

45