Deaktivierung

Die Deaktivierung von Katalysatoren ist ein zentraler Aspekt bei der Entwicklung und Optimierung chemischer Prozesse. Sie beschreibt die irreversible oder reversible Verringerung der katalytischen Aktivität und Selektivität im Laufe der Zeit. Die Ursachen für die Deaktivierung sind vielfältig und hängen stark von den Prozessbedingungen sowie den eingesetzten Materialien ab. Zu den wichtigsten Mechanismen gehören Vergiftung, Verkokung, Sinterung und mechanische Prozesse.

Vergiftung

Vergiftung tritt auf, wenn bestimmte Substanzen, sogenannte Gifte, die aktiven Zentren des Katalysators blockieren. Diese Substanzen binden irreversibel oder stark an den aktiven Oberflächen, wodurch diese für die eigentlichen Reaktanten unzugänglich werden. Typische Gifte sind Schwefelverbindungen, Halogene, Phosphor oder Kohlenmonoxid, abhängig von der Natur des Katalysators.

Verkokung

Die Bildung von Koks, also kohlenstoffhaltigen Ablagerungen, ist vor allem in Prozessen relevant, die Kohlenwasserstoffe oder aromatische Verbindungen verarbeiten. Koksablagerungen blockieren die aktiven Zentren und Poren des Katalysators, was zu einer deutlichen Reduktion der Reaktivität führt. Die Regeneration erfolgt oft durch Oxidation der Ablagerungen bei hohen Temperaturen.

Sinterung

Sinterung beschreibt den thermisch induzierten Verlust aktiver Oberfläche durch das Zusammenwachsen kleiner Metall- oder Metalloxidpartikel zu größeren Agglomeraten. Dies führt zu einer Reduktion des Oberflächen-Volumen-Verhältnisses und somit zur Abnahme der katalytischen Aktivität. Dieser Prozess tritt besonders bei hohen Betriebstemperaturen auf.

Mechanische Degradation

Mechanische Degradation umfasst physikalische Schäden am Katalysator, wie Abrieb, Zerbrechen oder Verstopfung der Porenstruktur durch Partikel aus dem Feedstrom. Diese Form der Deaktivierung tritt oft in Fluidized-Bed-Reaktoren oder bei starkem Gasfluss auf.

Das Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen ist essenziell, um gezielte Strategien zur Vermeidung der Deaktivierung oder Regeneration zu entwickeln und somit die Lebensdauer der Katalysatoren zu verlängern.