Phase-limite catálise - Phase-boundary catalysis
Em química , a catálise de fase-limite (PBC) é um tipo de sistema catalítico heterogéneo que facilita a reacção química de um componente químico particular numa fase imiscível de modo a reagir a um local activo catalítico situado em um limite de fase . O componente químico é solúvel em uma fase, mas insolúvel na outra. O catalisador para PBC foi concebido em que a parte externa do zeólito é hidrofóbico , internamente é geralmente hidrófilo , não obstante a natureza polar de alguns reagentes. Neste sentido, o meio ambiente no presente sistema é próximo do de uma enzima . A principal diferença entre este sistema e a enzima é a flexibilidade da estrutura. A estrutura de zeólitos é rígido, ao passo que a enzima é flexível.
Projeto de catalisador fase-limite
Sistemas catalíticos (PBC) Fase-limite pode ser contrastado com sistemas catalíticos convencionais. PBC é aplicável principalmente a reacções no Interface de uma fase aquosa e fase orgica. Nestes casos, uma tal abordagem como PBC é necessária devido à imiscibilidade das fases aquosas com mais substrato orgânico. Em PBC, o catalisador actua na interface entre as fases aquosa e orgânica. O meio de reacção dos sistemas de catálise de limite de fase para a reacção catalítica de fases aquosas e orgânicas imiscíveis consiste em três fases; uma fase líquida orgânica, contendo a maior parte do substrato, uma fase líquida aquosa contendo a maior parte do substrato na fase aquosa e o catalisador sólido.
No caso do sistema catalítico convencional;
- Quando a mistura reaccional é vigorosamente agitada, de uma emulsão aparentemente homogénea, que segrega muito rapidamente em duas fases líquidas quando a agitação cessa. Segregação ocorre através da formação de bolhas orgânicos na emulsão que se movem para baixo para formar a fase aquosa, indicando que a emulsão é constituída por partículas dispersas da fase aquosa na fase orgânica.
- Devido às condições de reacção trifásicas, a reacção global entre a fase aquosa e substratos de fase orgânica sobre catalisador sólido requer processos de transferência diferentes. As seguintes etapas estão envolvidas:
- transferência de fase aquosa a partir da fase orgânica para a superfície externa do catalisador sólido;
- transferência de fase aquosa dentro do volume de poros do catalisador sólido;
- transferência do substrato a partir de fase aquosa para a interface entre as fases aquosa e orgânica
- transferência do substrato da interfase para a fase aquosa;
- mistura e difusão do substrato na fase aquosa;
- transferência do substrato a partir da fase aquosa para a superfície externa do catalisador sólido;
- transferência do substrato para dentro do volume de poros do catalisador sólido;
- reacção catalítica ( adsorção , reacção química e dessorção ).
Em alguns sistemas, sem agitação vigorosa, nenhuma reactividade do catalisador é observada no sistema catalítico convencional. [1] [2] [3] [4] [5] A agitação e a transferência de massa a partir da orgânica para a fase versa e vice-aquoso são necessários para o sistema catalítico convencional. Por outro lado, em PBC, a agitação não é necessária porque a transferência de massa não é o passo determinante da velocidade neste sistema catalítico. É já demonstrado que este sistema funciona por epoxidação de alceno, sem agitação ou a adição de um co-solvente para conduzir transferência de fase líquido-líquido. [1] [2] [3] O local activo localizado na superfície externa da partícula de zeólito foram predominantemente eficaz para o sistema catalítico limite de fase observada. [4]
Processo de síntese
Zeólito modificado em que a superfície externa foi parcialmente coberto com alquilsilano, chamado catalisador de fase-limite foi preparado em dois passos. [1] [2] [3] [4] [5] Em primeiro lugar, o dióxido de titânio a partir de titaniumisopropoxide foi impregnada no zeólito NaY pó para dar amostra W-Ti-NaY. No segundo passo, a partir de n-alkysilane octadecyltrichlorosilane (OTS) foi impregnada no pó de W-Ti-NaY contendo água. Devido à hidrof ilicidade da superfície W-Ti-NaY, a adição de uma pequena quantidade de água levou a agregação devido à força capilar da água entre as partículas. Sob estas condições, espera-se que apenas a superfície exterior de agregados, em contacto com a fase orgânica pode ser modificado com OTS, e de facto quase todas as partículas foram localizadas no limite de fase, quando adicionado a um solvente orgânico imiscível em água ( W / O) mistura. A amostra parcialmente modificado é designado w / o-Ti-NaY. Totalmente modificado Ti-NaY (O-Ti-NaY), preparado sem a adição de água na segunda etapa acima, é prontamente suspenso num solvente orgânico como esperado.