Catálisis Heterogénea

Un catalizador heterogéneo comúnmente actúa sobre la fase gaseosa de las especies que forman parte de la reacción química. El sólido participa en la creación de especies intermedias de reacción y su influencia no se extiende más allá de un diámetro atómico en la fase gaseosa. Aquel catalizador se caracteriza por: su tamaño, forma física, área superficial, cantidades relativas de sus distintos componentes y volumen y distribución de sus poros.

El catalizador es aquel que proporciona la combinación necesaria de propiedades, como actividad selectiva, facilidad de regeneración y toxicidad, a un costo que sea aceptable y viable para su producción industrial.

Preparación:

Se reduce a una serie de pasos elementales u operaciones unitarias.

Estos catalizadores se pueden clasificar de acuerdo a su procedimiento de preparación que se lleve a cabo para obtenerlos:

• Catalizadores a granel o no soportados: En estos se genera la fase activa catalítica como una nueva fase sólida. Su objetivo general es poder obtener un sólido; su procedimiento se basa en precipitar un catalizador sólido a partir de una solución líquida (ej: cristal, floculato o forma de gel). Este producto determina la estructura y las propiedades del catalizador sólido final que se forma como resultado de operaciones sucesivas.

La precipitación de un sólido cristalino se divide en supersaturación (el sistema es inestable y la precipitación ocurre como resultado de cualquier perturbación, la supersaturación ocurre mediante las transformaciones físicas o procesos químicos), nucleación (se forman partículas elementales más pequeñas de la nueva fase y estas son muy estables bajo condiciones de precipitación) y crecimiento (también se le conoce como aglomeración de las partículas, donde se van agrupando hasta poder formar el sólido deseado).

• Catalizadores soportados: La fase activa se produce o fija sobre un sólido preexistente, por un proceso que depende intrínsecamente de la superficie que lo soporta. Aquellos soportes deben permitir la producción de una gran forma de partícula, compuesta por pequeños cristales de fase activa, los cuales no se fusionan entre sí, al estar completamente separados del soporte.

Métodos comunes de preparación:

• Impregnación: cierta cantidad de volumen de la solución que contiene al precursor de la fase activa, se contacta con el sólido, que en una acción posterior se seca para retirar el disolvente absorbido. 

• Intercambio iónico: Se intercambia a un ión en una interacción electrostática con la superficie del soporte por otras especies iónicas.

• Adsorción: Permite el anclaje controlado de un precursor en el soporte. La adsorción describe el proceso en el cual las especies iónicas son atraídas electrostáticamente por sitios cargados en una superficie sólida. 

• Deposición-precipitación: Se encuentran dos procesos ( la precipitación de soluciones o de fluidos provenientes de los poros y la interacción con la superficie del soporte.

Los lodos son formados utilizando polvos y sales requeridas en cantidades suficientes para dar la carga deseada. Entonces, se adiciona una solución alcalina para causar una precipitación. Sin embargo, en soluciones a granel (Bulk Solutions) debe evitarse dicha precipitación, ya que ésta puede caer fuera de la superficie del soporte (por ende, de sus poros).

Un método para obtener precipitaciones uniformes, es utilizar la hidrólisis de la urea para obtener OH- en vez de bases convencionales. La urea se disuelve en agua y se descompone lentamente a 90 grados Celsius, permitiendo que la precipitación se produzca uniformemente sobre la superficie del soporte.