Chất xúc tác

Chất xúc tác đồng nhất

Chất xúc tác không đồng nhất

Trong xúc tác dị thể, chất xúc tác tồn tại ở pha khác với hỗn hợp phản ứng. Một số quy trình tiêu biểu sử dụng chất xúc tác không đồng nhất là quy trình Haber-Bosch để tổng hợp amoniac, quy trình Fischer–Tropsch để sản xuất nhiều loại hydrocacbon. Chất xúc tác không đồng nhất chiếm ưu thế trong các quy trình công nghiệp lớn do dễ dàng tách sản phẩm và thu hồi chất xúc tác. Chất xúc tác không đồng nhất có thể được sử dụng ở dạng hạt mịn, bột, hạt. Những chất xúc tác này có thể được lắng đọng trên chất mang rắn (chất xúc tác được mang) hoặc được sử dụng ở dạng khối (chất xúc tác không được mang).

Chất xúc tác đồng nhất không đồng nhất

Các chất xúc tác không đồng nhất, trái ngược với các chất đồng nhất của chúng, khó phát triển hơn nhiều trong thực tế. Một lý do là sự phức tạp của chúng, ngăn cản sự phân tích của chúng ở cấp độ phân tử và sự phát triển thông qua các mối quan hệ phản ứng-cấu trúc. Ngoài ra, các chất xúc tác không đồng nhất truyền thống (oxit kim loại hoặc kim loại được hỗ trợ) thể hiện tính chọn lọc và khả năng phản ứng kém hơn. Để khắc phục những vấn đề này, chất xúc tác đồng nhất được ghép vào các chất hỗ trợ rắn để tạo ra các chất tương tự không đồng nhất của chúng. Hiện nay, các chất xúc tác đồng nhất được hỗ trợ bằng chất rắn-đã được công nhận rộng rãi và khai thác hiệu quả trong nghiên cứu học thuật và công nghiệp. Mục đích của phương pháp này là chồng chéo các đặc điểm tích cực của cả chất xúc tác đồng nhất (độ chọn lọc và khả năng phản ứng) và chất xúc tác không đồng nhất (độ tái lập) và điều này có thể đạt được thông qua việc cố định các chất xúc tác như phức kim loại, hợp chất cơ kim trên bề mặt rắn thông qua hấp phụ vật lý hoặc hóa học. Ghép cộng hóa trị của các loài hoạt động xúc tác trên bề mặt rắn được coi là phương pháp được ưa chuộng nhất để thiết kế chất xúc tác đồng nhất không đồng nhất.

Chất xúc tác sinh học

Các protein tự nhiên (enzym) hoặc axit nucleic (RNA hoặc ribozyme và DNA) được sử dụng để xúc tác các phản ứng hóa học cụ thể bên ngoài tế bào sống được gọi là xúc tác sinh học. Enzyme được lấy từ mô động vật, thực vật và vi khuẩn (nấm men, vi khuẩn hoặc nấm). Độ chọn lọc cao, hiệu quả cao,-thân thiện với môi trường và điều kiện phản ứng nhẹ là động lực thúc đẩy việc sử dụng chúng trên quy mô lớn và khiến chất xúc tác sinh học trở thành giải pháp thay thế cho chất xúc tác công nghiệp thông thường. Tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực kỹ thuật protein và tiến hóa phân tử đã cách mạng hóa thế giới xúc tác sinh học để tổng hợp hóa chất tinh khiết, thành phần hoạt chất (API) nhiên liệu sinh học (ví dụ lipase để sản xuất dầu diesel sinh học từ dầu thực vật), công nghiệp sữa (ví dụ protease, lipase để loại bỏ lactose, renin để chế biến phô mai), công nghiệp nướng bánh (ví dụ amylase để làm mềm và thể tích bánh mì, glucose oxidase để tăng độ cứng của bột), sản xuất chất tẩy rửa (ví dụ như proteinase, lipase, amylase dùng để loại bỏ vết bẩn của protein, chất béo, tinh bột, tương ứng) công nghiệp da (ví dụ: protease để tẩy lông và đánh bóng), công nghiệp giấy, công nghiệp dệt may (ví dụ: amylase để loại bỏ tinh bột khỏi vải dệt). Việc cố định enzyme trên chất mang rắn biến enzyme thành chất xúc tác rắn không đồng nhất giúp tăng cường hoạt tính, độ ổn định và tăng tuổi thọ của chất xúc tác, có thể tái sử dụng trong nhiều chu kỳ.