Heterogene Katalyse

Watt, wer bist du denn

Von einer heterogenen Katalyse wird gesprochen, wenn bei einer chemischen Reaktion der Katalysator und die reagierenden Stoffe in unterschiedlichen Aggregatzuständen vorliegen.

Formen heterogener Katalysatoren

. Vollkatalysatoren) oder die eigentlich wirksame aktive Komponente wird auf ein Trägermaterial aufgebracht (der sicherlich häufigste Fall).

Oft werden diese Feststoffkatalysatoren zweiphasig (mit nur flüssigen oder nur gasförmigen Edukten + dem festen Katalysator) oder dreiphasig (gasförmiges Edukt + flüssiges Edukt + fester Katalysator) in Kontakt gebracht.

Bei den Feststoffkatalysatoren kann man grob in Pulver-, Formkörper- und Monolithkatalysatoren unterscheiden.

Die Formkörperkatalysatoren bestehen zumeist aus mit aktiver Komponente beschichteten keramischen Teilchen (typische Dimensionen sind hier z. B. 3×3 - 6×6 mm Zylinder oder Kugeln mit Durchmessern zwischen 2 bis 6 mm). Die keramischen Materialien sind häufig Aluminiumoxid, Zeolithe und Siliziumoxid. Eingesetzt werden diese Katalysatoren zumeist in so genannten Festbettreaktoren in denen die Edukte kontinuierlich zu- und die entstehenden Produkte abgeführt werden. Wichtige Kenngrößen sind hier neben der katalytischen Wirksamkeit die Schüttdichte und Druckverlusteigenschaften des Materials.

Im Falle der Monolithkatalysatoren wird ein Wabenkörper mit einem so genannten Washcoat beschichtet. Der Grundkörper besteht hierbei zumeist aus mineralischer Keramik (Cordierit oder Metall). Der Washcoat ist eine Pulversuspension (oft ein Gemisch aus Aluminiumoxid, Siliziumoxid und weiteren Metalloxiden). Diese (zumeist wässrige) Pulversuspension wird auf die Wabe aufgebracht, angetrocknet und danach mit einer aktiven Metallkomponente (zum Beispiel Platin / Rhodium bei PKW-Katalysatoren) imprägniert. Das so genannte Washcoaten geschieht, weil der reine Träger oft nicht genügend Aufnahmekapazität für das aktive Metall aufweist. Wichtige Kenngrößen sind hier neben der katalytischen Wirksamkeit die Zelldichte (also Anzahl der Kanäle pro Anströmflächeneinheit) und Druckverlust des Monolithen.

Pulverkatalysatoren hingegen werden zumeist in nicht- oder nur semikontinuierlichen Rührkesslereaktoren oder Wirbelschichtreaktoren eingesetzt. Das Katalysatorpulver wird durch Adsorption oder Tränken eines Trägers (z. B. Aktivkohle, Aluminiumoxid, Siliziumoxid o. a.) mit einer Metallsalzlösung (die die aktive Komponente darstellt) hergestellt. Wichtige Kenngrößen sind hier, neben der katalytischen Wirksamkeit, die Filtrierbarkeit, die Abriebfestigkeit und die Dichte des Materials.

Beispiel

N₂ (gasförmig) + 3 H₂ (gasförmig) -- Katalysator Cereisen (fest) --> 2 NH₃ (gasförmig)

Siehe auch Katalysator, Katalyse, Autokatalyse, homogene Katalyse, Katalysatorgift, Biokatalysator