Катализатор из чего состоит: Драгоценные металлы катализатора. Сколько их и как можно отделить?

Содержание

Из чего состоит катализатор


Состав автомобильных катализаторов — Katalizator1

Каталитические нейтрализаторы – неотъемлемая часть выхлопной системы транспортного средства, необходимая для очистки выхлопов от токсичных компонентов. Фильтрация газов происходит за счет напыления из драгоценных металлов. Благодаря дорогостоящему составу автомобильные катализаторы представляют ценность даже после истечения срока эксплуатации. Поступая во вторичную переработку, они используются в различных отраслях промышленности – от нефтехимии до изготовления ювелирных украшений.

Состав автомобильного катализатора

Внутри стального корпуса устройства расположен металлический или керамический носитель из множества ячеек, покрытых напылением из редкоземельных металлов. Палладий, платина, родий характеризуются высокой стоимостью, поскольку получение этих элементов в природе – трудоемкий процесс, отнимающий у добывающих предприятий массу ресурсов. Драгоценное покрытие обеспечивает фильтрацию выхлопов, окисляя вредные компоненты и преображая:

  • Углеводород – в водяной пар.
  • Азотные оксиды – в азот.
  • Угарный газ – в углекислый.

В результате в воздух выбрасываются вещества, не представляющие угрозы для окружающей среды и здоровья человека.

Обратите внимание, что по мере использование ценное напыление стирается – в среднем, катализаторы подлежат замене после прохождения 100 – 120 тысяч километров. Срок службы изделий зависит от изначального количества драгоценных металлов в составе. Самыми «насыщенными» и качественными считаются запчасти импортного производства, которые изготавливаются в соответствии со строгими экологическими требованиями. В России стандарты экологичности продукции пока не так высоки, поэтому отечественные производители нередко заменяют драгметаллы на более дешевые элементы.

Можно ли извлечь металлы из катализатора в домашних условиях

Самостоятельная добыча драгметаллов из автокатализатора – сложная процедура, требующая практических навыков и знаний. Существует несколько технологий извлечения ценных элементов:

  1. Выщелачивание с помощью окислителей.
  2. Использование «царской водки».
  3. Разогрев металла с последующим фторированием.
  4. Гальванический метод.

Применение этих способов целесообразно лишь в том случае, если вы работаете с крупной партией катализаторов. В противном случае, стоимость продажи металлов не окупят расходы на их получение.  Гораздо проще и удобнее сдать отработанные детали в пункт приема металлоконструкций, где всю работу за вас сделают профессиональные сотрудники – вам останется только дождаться оценки драгметаллов и получить вознаграждение.

Понравилась информация? Поделись с друзьями

Катализатор. Принцип работы, назначение. Удаление или чистка

На протяжении многих лет авто производители создают много усовершенствований в автомобильных двигателях и топливных системах, чтобы идти в ногу со временем и, безусловно, с законами, направленными на улучшение экологической ситуации на фоне выбросов автомобилей. Одно из кардинальных таких усовершенствований произошло в 1975 году с интересным устройством под названием катализатор. По сути работа катализатора заключается в преобразовании вредных веществ в менее вредные выбросы, прежде чем они покинут выхлопную систему автомобиля.

Устройство и принцип работы каталитического нейтрализатора

В составе выхлопных газов автомобиля содержится довольно много токсичных веществ. Для предотвращения их попадания в атмосферу используется специальное устройство, получившее название «каталитический нейтрализатор» (более известный как «катализатор»). Он устанавливается на автомобилях, оснащенных двигателями внутреннего сгорания, работающих как на бензине, так и на дизельном топливе. Зная принцип работы катализатора, вы сможете понять важность его работы и оценить последствия, которые может вызвать его удаление.

Конструкция и функции катализатора

Нейтрализатор является частью системы выхлопа. Он располагается сразу за выпускным коллектором двигателя. Катализатор состоит из:

  • Металлический корпус (монтажный мат), имеющий входной и выходной патрубки.
  • Керамический блок (монолит). Представляет собой пористую структуру с множеством ячеек, которые увеличивают площадь соприкосновения выхлопных газов с рабочей поверхностью.
  • Каталитический слой — специальное напыление на поверхностях ячеек керамического блока, состоящее из платины, палладия и родия. В последних моделях для напыления иногда используется золото — драгоценный металл, который имеет более низкую стоимость.
  • Металлический кожух. Выполняет функции теплоизоляции и защиты катализатора от механических повреждений.

Главная функция каталитического нейтрализатора — это нейтрализация трех основных токсических компонентов отработавших газов, поэтому он получил свое название — трехкомпонентный. Вот эти нейтрализуемые компоненты:

  • Окислы азота NOx – компонент смога, причина кислотных дождей, ядовиты для человека.
  • Угарный газ СО – смертельно опасен для человека при концентрации в воздухе от 0,1%.
  • Углеводороды CH – компонент смога, отдельные соединения канцерогены.

Принцип действия катализатора

На практике трехкомпонентный каталитический нейтрализатор имеет следующий принцип действия:

Выхлопные газы из двигателя попадают внутрь керамических блоков, где проникают в ячейки, полностью заполняя их.

Металлы-катализаторы палладий и платина провоцируют реакцию окисления, в результате которой несгоревшие углеводороды СН преобразуются в водяной пар, а угарный газ СО в углекислый.

Восстановительный металл-катализатор родий преобразует NOx (оксид азота) в обычный безвредный азот. В атмосферу выпускаются очищенные отработавшие газы. 

Если в автомобиле установлен дизельный двигатель, то возле катализатора всегда находится сажевый фильтр. Иногда эти два элемента могут быть совмещены в единую конструкцию. Рабочая температура катализатора играет решающую роль в эффективности процесса нейтрализации токсичных компонентов. Реальное преобразование начинается только после достижения 300°С. Идеальной, с точки зрения эффективности и срока службы, считается температура от 400 до 800°С.

В диапазоне температур от 800 до 1000°С наблюдается ускоренное старение нейтрализатора. Длительная работа при температуре свыше 1000°С оказывает губительное воздействие на катализатор. Альтернативой керамике, выдерживающей высокие температуры, является металлическая матрица из гофрированной фольги. Катализаторами в такой конструкции выступают платина и палладий. 

Что ценного в катализаторах

К сожалению, ценного там оказалось много. В роли катализаторов пришлось применить благородные металлы, наиболее подходящие для этой цели.

Дошло до того, что самым дешёвым из них оказалось золото, но чаще приходится использовать платину, палладий и родий. Многим известно, что эти элементы существенно дороже всем понятного золота.

Одновременно с применением столь недешёвых компонент потребовалось создать геометрически непростую структуру, обеспечивающую контактирование каталитического вещества со всем объёмом выпускаемого цилиндрами газа. Это мельчайшие керамические или металлические соты, сквозь которые и продувается весь поток выхлопа.

В результате автомобиль приобрёл сложное, массивное и дорогое устройство в виде металлического корпуса, высокотехнологичной начинки, да ещё и обрамлённое контрольными датчиками с двух сторон, непрерывно следящими за его сохранностью и правильной работой.

Экологичность даром не даётся. Да и на этом прогресс не остановился, дальнейшее ужесточение требований законодателей продолжает влиять на появление дополнительных систем очистки выхлопа.

В дизеле

Катализаторы в дизельном двигателе работают гораздо хуже в сокращении выбросов NOx. Одной из причин этого является то, что дизельные двигатели имеют более низкую рабочую температуру, чем бензиновые двигатели, и катализатор в целом в дизельном двигателе работает хуже, поскольку он меньше нагревается. Некоторые из ведущих экспертов экологических авто придумали новую систему, которая помогает бороться с этим. Они используют мочевину в решении этой проблемы: прежде чем оксиды азота уходят в катализатор, их принудительно испаряют и смешивают с выхлопом и затем создают химическую реакцию, которая приведёт к сокращению выбросов NOx. Мочевина, также известная как карбамид, представляет собой органическое соединение, изготовленное ​​из углерода, азота, кислорода и водорода. Мочевина содержится в моче млекопитающих и земноводных. Мочевина реагирует с NOx, производя в результате реакции азот и водяной пар и утилизируя более 90 процентов оксидов азота в выхлопных газах.

Виды катализаторов

По своему назначению нейтрализатор может быть двух- или трехкомпонентным.

  1. В первом случае он выполняет относительно простые функции окисления (дожигания) угарного газа и углеводородов до образования воды и двуокиси углерода.
  2. Во втором – добавляется сложная способность устройства работать с окислами азота. Особенно много их образуется в современных дизельных и бензиновых моторах, в силу повышения экономичности, которых конструкторам приходится использовать обеднённые и бедные смеси на впуске.

Трёхкомпонентые катализаторы, а именно такие чаще всего применяются, в свою очередь, могут отличаться по конструктивному признаку, изготавливаясь на базе керамических или металлических сотовых изделий.

Керамические относительно дешевле, но не обладают высокой механической прочностью и долговечностью, склонны к растрескиванию и разрушению, не терпят ударов при наезде на препятствия.

Металлические конструктивы обладают достаточной упругостью, поэтому лучше держат внешние и внутренние удары. Внутренние могут возникать при аномальных процессах горения и разрушительно воздействовать на тонкую сотовую начинку, где, как уже упоминалось, обычно нанесены такие непростые вещества, как платина, палладий и родий.

Но даже металл не спасает от предательского попадания на тонкие соты посторонних веществ из двигателя в виде компонент контрафактных рабочих жидкостей, слишком богатой смеси или всевозможных соединений кремния.

Катализаторы отличаются и по способу их установки. Раньше они располагались в виде врезок выхлопной трубы, подобно глушителям и резонаторам. Но оказалось, что так их очень трудно и затратно прогревать до рабочей температуры, при которой начинаются каталитические реакции.

Поэтому сейчас нейтрализаторы ставят непосредственно за выпускным коллектором, максимально близко к точке выхода раскалённых выхлопных газов. Уже не надо долго ждать выхода прибора на режим, меньше загрязняются кислородные датчики и сокращаются расходы топлива на поддержание температуры.

 

Срок службы катализатора

Средний ресурс катализатора составляет 100 тыс. километров пробега, но при правильной эксплуатации он может исправно функционировать и до 200 тыс. километров. Основные причины раннего износа — неисправность двигателя и качество топлива (топливовоздушной смеси). При наличии обедненной смеси происходит перегрев, а при слишком богатой возникает засорение пористого блока остатками несгоревшего топлива, что препятствует протеканию необходимых химических процессов. Это приводит к тому, что срок службы каталитического нейтрализатора существенно снижается. Еще одной распространенной причиной неисправности керамического катализатора являются механические повреждения (трещины), возникающие при механических воздействиях. Они провоцируют быстрое разрушение блоков. При возникновении неисправностей работа каталитического нейтрализатора ухудшается, что фиксируется при помощи второго лямбда-зонда. В этом случае электронный блок управления сообщит о неисправности, выдав на приборной панели ошибку «CHECK ENGINE». Также признаками выхода из строя являются дребезжание, увеличение расхода топлива и ухудшение динамики. В этом случае его меняют на новый (оригинального производства или универсальный). Почистить или восстановить катализаторы невозможно, а поскольку это устройство имеет высокую цену, многие автомобилисты предпочитают просто удалить его.

Можно ли удалить катализатор? 

При удалении катализатора его очень часто заменяют на пламегаситель. Последний выравнивает поток выхлопных газов. Его установка рекомендуется для устранения неприятных шумов, которые возникают при удалении катализатора. При этом, если вы выбрали именно удаление, лучше полностью снять устройство и не прибегать к рекомендациям некоторых автомобилистов пробить в нем отверстие. Подобная процедура улучшит ситуацию только на время. В автомобилях, соответствующих экологическим стандартам Евро-3, помимо удаления катализатора необходима перепрошивка электронного блока управления. Ее обновляют до версии, в которой отсутствует каталитический нейтрализатор. Также можно установить эмулятор сигнала кислородного датчика, который избавит от необходимости перепрошивать ЭБУ.

Как почистить

В тех случаях, когда соты ещё не повреждены, но пропускная способность нейтрализатора уже снижена смолянистыми отложениями, его можно промыть.

Для этого лучше всего использовать жидкость, обычно применяемую для очистки карбюраторов или топливных форсунок. Только потребуется её значительно больше.

Катализатор заливается промывочной жидкостью, после чего ей предоставляется время на растворение загрязнений, затем её сливают, внутренности детали промываются горячей водой и просушиваются (продуваются).

Обычно процедура требует неоднократного повторения. Существуют также специально предназначенные для подобных промывок составы.

Источники: techautoport.ru, autovogdenie.ru, drive2.ru.

Общая информация о катализаторах

Катализатор — это элемент выхлопной системы. Он выполняет две задачи:

  1. Окисление выхлопных газов с целью снижения содержания вредных для экологии примесей
  2. Создание противодавления в выхлопной системе

Устройство катализатора и его разновидности

Существуют три вида катализаторов, разделяющихся по принципу работы:

  • Фильтрующий (катализатор дожигания)
  • Химический
  • Магнитно-стрикционный (МСК)

В данной статье мы рассмотрим самый известный и популярный вид катализатора — катализатор дожигания.

Катализатор дожигания, в свою очередь, делится на два типа:

— Керамический катализатор

— Металлический катализатор

Внутренняя структура катализатора представляет собой соты, выполненные из керамики или металла. По функциональности они идентичны, но катализатор из металла более надежен, тогда как керамические соты довольно хрупки. Стоит металлический катализатор дороже керамического.

На соты наносится тонкий слой платино-иридиевого сплава, который и обеспечивает окисление выхлопных газов. Платина и иридий – дорогие металлы, отсюда такая высокая стоимость катализатора.

Сам катализатор помещается в корпус из нержавеющей стали.

Принцип работы катализатора

Выхлопные газы представляют собой смесь NO (оксид азота), CH (углеводород), CO (оксид углерода – угарный газ). Эти газы опасны как для окружающей среды, так и для самого человека. Смог, который еще недавно был визитной карточкой больших городов, образуется из-за взаимодействия этих и некоторых других соединений, в результате получается вредная для человека дымовая завеса.

Принцип работы катализатора основан на том, чтобы эти элементы до-окислять путем каталитической реакции между элементами газов и сплава катализатора, в результате на выходе получаются либо более низкие концентрации вредных веществ, либо чистые кислород и углекислый газ.

Реакция происходит из-за высокой температуры выхлопных газов (выше 300 градусов). Чем выше температура, тем быстрее протекает реакция. Температура выхлопных газов во многом зависит от заправляемого топлива. Топливо низкого качества может выдавать очень большую температуру отработанных газов, что уменьшает срок службы катализатора.

Стандарты

Экологическая политика привела к появлению норм содержания вредных веществ в выхлопных газах. В зависимости от конкретного стандарта, топливо и катализаторы разделяются по своему качеству (соответствию стандартам).

На данный момент существует 6 стандартов, принятых в Евросоюзе – Евро-1, Евро-2, Евро-3, Евро-4, Евро-5, Евро-6. Евро-6 ввели в 2013 году, тогда как в России максимальным стандартом на данный момент является Евро-5.

Сейчас в России введен закон на запрет эксплуатации транспортных средств со стандартом ниже Евро-3.

Стандарт Евро-3:

оксид углерода (CO) — не более 2,3г/км (грамм на километр пути)
углеводороды (СН) — не более 0,2 г/км
оксиды азота (NO) — не более 0,15 г/км

Выхлопная система

На современных машинах обычно ставится минимум два катализатора, один из которых ставится прямо на выпускной коллектор (катколлектор).

Для нормальной работы катализатора нужно обеспечить постоянное оптимальное соотношение воздуха и топлива в рабочей смеси, поступающей в камеру сгорания.

Этот параметр (количество кислорода) измеряется датчиком лямбда-зонд, который подает сигнал в блок управления, а тот, в свою очередь, соответствующим образом регулирует подачу топлива в двигатель.

После первого катализатора стоит второй лямбда-зонд, который регистрирует изменение содержания кислорода в выхлопе. Если разницы нет или она ниже допустимого значения, подается сигнал о неисправности катализатора.

После второго лямбда-зонда ставится второй катализатор, который располагается примерно под ногами человека на переднем сидении.

Если установлено 4 катализатора, то два других (нижних) располагаются на некотором отдалении от верхних катализаторов. Если из строя выходит один катализатор, то меняют как минимум два верхних, в противном случае возникает неправильное противодавление.

Из-за чего катализатор выходит из строя

Катализатор это фильтр, а фильтры со временем приходится менять.

Существует несколько причин неисправности катализатора.

1. Истек срок службы. В процесс работы катализатор забивается и превращается в пробку. В таком случае машина начинает «тупить», уменьшается мощность работы. Обычно катализатора хватает на 100-120 тысяч километров пробега. После этого катализатор необходимо менять.

2. Стерся платино-иридиевый слой катализатора. В принципе, забившийся катализатор возможно почистить, однако со временем каталитический сплав стирается и чистка становится абсолютно бесполезным занятием.

3. Керамический слой катализатора разрушился. Это либо вторая стадия после «забивки» катализатора, либо наличие чисто механических повреждений типа ударов. Такое чаще всего происходит у автомобилей, предназначенных для загородной езды. В этом случае частички керамики попадают в двигатель и нарушают его работу. Если это запустить, то можно дойти до капитального ремонта или замены двигателя. Если вы слышите странный треск и дребезжание под ногами, это может говорить в пользу разрушения катализатора.

4. Фильтрующая структура катализатора оплавилась. Это происходит, если температура выхлопных газов превышает допустимый порог. В норме катализаторы выдерживают температуру от 300 до 900 градусов. Причина заключается в некачественном топливе. Оплавленный катализатор так же превращается в пробку.

Как правило, при неисправном катализаторе вы увидите сигнал «Check Engine» или при сканировании – код ошибки P0420. Однако, для точного определения причин проблемы необходимо провести диагностику катализатора.

Что делать и кто виноват

Кто или что несет вину за сломанный катализатор – мы уже узнали выше. Возникает вопрос – что делать дальше?

В первую очередь, необходимо провести диагностику выхлопной системы. Если катализатор вышел из строя, вам предложат его заменить на новый. Вышедший из строя катализатор ремонту не подлежит.

Есть и другой вариант, более дешевый – вы убираете катализатор и ставите на его место пламегаситель. Пламегаситель не фильтрует выхлоп, но зато выполняет вторую функцию катализатора – разбивает поток газов, снижая, тем самым, нагрузку на резонатор. Ставить прямую трубу не рекомендуется — либо катализатор, либо пламегаситель.

Если вы решили поставить пламегаситель, то второй лямбда-зонд будет постоянно подавать сигнал ошибки, что довольно сильно раздражает. Но есть способ его обмануть. Здесь либо вам ставят механический контроллер лямбда-зонда, либо программный.

Механический контроллер представляет собой втулку. Втулка вставляется в выхлопную трубу, а лямбда-зонд уже в нее. В таком случае зонд находится на расстоянии от основного потока выхлопных газов и регистрирует норму.

Программный контролер надежнее. Он подает сигнал на бортовой компьютер, соответствующий нормальной работе катализатора.

Штатный или универсальный?

Это второй выбор, с которым вы сталкиваетесь при замене катализатора. Со штатным или оригинальным катализатором все понятно – его продает ваш дилер. Обычно дилер продает катализатор вместе с коллектором, что еще больше увеличивает цену.

Универсальный катализатор намного дешевле, что является очевидным плюсом, т. к. на катализаторы не дают гарантии. Функциональность такая же, как и у штатного, только штатный предназначен специально для марки вашей машины, а универсальный катализатор необходимо подбирать. Здесь большое значение уделяется сервису, который производит замену катализатора.

Кроме того, некоторые автосервисы, например наш автосервис «Глушак», предоставляют гарантию.

Катализатор в автомобиле: что это? из чего состоит? в чем заключается работа?

Автопроизводители создают всё более усовершенствованные автомобили, чтобы соответствовать законам, следящим за экологической ситуацией окружающей среды. Основной прорыв был сделан в 1975 году при создании элементарного устройства — катализатора. Его задача обезвредить вещества до выхода в воздух.

 

Какие выбросы производит автомобиль?

Бортовой компьютер контролирует объём сгораемого топлива, с целью сохранения пропорций воздух:топливо предельно близкими к стехиометрической точке. В теории, это соотношение дает возможность топливу сгореть полностью без избытка окислителя. В двигателях внутреннего сгорания она равна 14,7:1 — на долю горючего требуется 14,7 долей кислорода. Но на практике, топливная смесь далеко не идеальна.

Что такое катализатор в автомобиле?

Катализатор (каталитический нейтрализатор) – часть выхлопной системы, уменьшающий вредные вещества (окись углерода, углеводороды, оксиды азота) в выхлопах.
Автомобильным катализатором называют всю приемную трубу — деталь, сложную и затратную в изготовлении. Состоит из выпускного коллектора, сложных фланцевых соединений, гофры и конечно бочка каталитического преобразователя.

Из чего состоит автомобильный катализатор?

В корпусе располагается керамическая или металлическая конструкция с удлиненными сотами. На сотовую конструкцию наносится тонкий слой сплавов (катализаторов). Она увеличивает площадь контакта проходящих газов с поверхностью каталитического слоя и снижает потребность в веществах, так как используемые элементы дорогие. После бочка катализатора располагается датчик (лямбда-зонд), показывающий загрязненность газов после очистки.

%rtb-4%

В чем заключается работа катализатора?

Термин «катализатор» пришёл из химии. Означает вещество, ускоряющее реакцию, не являющееся продуктом реакции. Бывает двух типов: катализатор восстановления, катализатор окисления.
В современных автомобилях используется трёхкомпонентный каталитический преобразователь, уменьшающий количество выбросов 3‐х самых вредных веществ, озвученных ранее.
Первая стадия очистки — катализатор восстановления, снижает количество оксидов азота.
Вторая стадия — катализатор окисления, снижает уровень несгоревших вредных веществ.
Третью стадию выполняет компьютер, контролирующий поток выхлопов и использующая данные для эффективного управления впрыском топлива. Кислородный датчик, установленный ближе к двигателю, передает бортовому компьютеру объем кислорода в выхлопе. Который регулирует пропорцию воздуха к топливу, попадающего в двигатель. Такая модель позволяет удостовериться, что работа двигателя максимально эффективна, и в выхлопной системе остаётся достаточно кислорода для окисления не сгоревших веществ.
Каталитический нейтрализатор работает эффективно, но не достиг идеала. Самый большой недостатком: работа только при высокой температуре. В момент прогрева каталитический преобразователь практически бесполезен. Можно переместить бочку катализатора выше к двигателю, но газы будут более горячими, что приведет к перегреву, а это уменьшит срок работы нейтрализатора. Большинство производителей размещают каталитический преобразователь в районе правого переднего колеса — на достаточном расстоянии от двигателя, с возможностью поддержания необходимой безвредной температуры.


Для сокращения выбросов можно использовать предварительный нагрев каталитического нейтрализатора. Самое элементарное — использовать электрические нагреватели сопротивлений. Но большинство автомобилей (12-вольтные) не нагревают катализатор до необходимой температуры за короткое время. Гибридные автомобили (высоковольтные) справляются с этой задачей очень быстро. Дизельный двигатель работает при низкой температуре, вследствие чего катализатор не продуктивен. В связи с этим, ведущие проектировщики эко-автомобилей изобрели систему, использующую мочевину (карбамид). Мочевина реагируя с оксидом азота, выделяет азот и водяной пар, обезвреживая более 90% оксидов из выхлопа.

%rtb-4%

Причины выхода из строя автомобильного катализатора?

Ресурс данной экологической детали велик (100–150 тыс.км). Этого хватит не более чем на 5–7 лет. За это время сотовая конструкция выгорает, и теряет свойство фильтрации выхлопов.
Не маловажная причина – низкокачественное топливо. Некачественный бензин искусственно догоняют до нужного значения октанового числа, добавляя свинцовые добавки. При горении выделяются большие температуры, чем обычном бензине. Катализатор перегревается и оплавляется изнутри, забивая фильтрующие «соты».

Что делать при выходе из строя катализатора?

Менять. Дилеры отказывают в гарантии на эту деталь, объясняя поломку следствием использования некачественного бензина. Оригинальный катализатор стоит очень дорого. В нем содержатся дорогие драгоценные металлы, влияющие на условия растаможивания. Сервисы по ремонту автомобилей предлагают альтернативные варианты катализатору.

  • Универсальный катализатор. Непосредственно бочка катализатора. Устанавливается вместо сломанного катализатора.

 

  • Пламегаситель (предварительный резонатор). Ставится вместо катализатора. Выравнивает поток выхлопов (не фильтруя!), устраняя громкие звуки, возникающие в отсутствии катализатора.

Плюсы и минусы аналогов катализатора.

Универсальный катализатор имеет один недостаток: отсутствие гарантии, потому что эксплуатация зависит от внешних факторов. Долговечность у него 60-80 тыс.км, но не редко ломаются раньше, из-за сбоя в системе зажигания или в работе двигателя.
Пламегаситель не фильтрует выхлопные газы, загрязняя атмосферу. Осложняет прохождение техосмотра.

Для чего нужен лямбда-зонд в автомобиле

Признаки забитого или разрушенного катализатора машины. Методы диагностирования неисправностей катализатора

что в нем ценного и что будет если его убрать

Резкий скачок уровня автомобилизации общества в конце двадцатого века потребовал глобального усиления требований к экологичности двигателей внутреннего сгорания. Суровые законодательные меры вынудили производителей разработать и внедрить сложные технические комплексы очистки выхлопных газов, главными компонентами которых стали системы электронного управления впрыском топлива и специальные узлы дополнительной переработки продуктов выпуска – каталитические нейтрализаторы.

Содержание статьи:

Зачем нужен в машине каталитический нейтрализатор

Большая часть выхлопных газов состоит из вполне нейтральных и безвредных веществ – азота, водяного пара и двуокиси углерода. Но обойтись только их наличием практически невозможно, такое случается лишь в идеально отрегулированном двигателе, работающем в предсказуемом стационарном режиме.

Во всех других случаях мотор начинает выделять крайне опасные для человека химически активные вещества, моноокись углерода, углеводороды и окислы азота.

Читайте также: Для чего нужна балансировка колес автомобиля

Прямое уничтожение подобных ядов с большой скоростью и в требуемом объёме практически невозможно, поэтому инженеры были вынуждены прибегнуть к известным из химии каталитическим реакциям переработки вредных веществ в относительно нейтральные.

Катализатором в химии называется компонент реакции, который участвует в процессе, хорошо его ускоряет, но сам при этом не расходуется.

Что ценного в устройстве

К сожалению, ценного там оказалось много. В роли катализаторов пришлось применить благородные металлы, наиболее подходящие для этой цели.

Дошло до того, что самым дешёвым из них оказалось золото, но чаще приходится использовать платину, палладий и родий. Многим известно, что эти элементы существенно дороже всем понятного золота.

Одновременно с применением столь недешёвых компонент потребовалось создать геометрически непростую структуру, обеспечивающую контактирование каталитического вещества со всем объёмом выпускаемого цилиндрами газа. Это мельчайшие керамические или металлические соты, сквозь которые и продувается весь поток выхлопа.

Статья по теме: Установка и подключение кнопки Старт/Стоп с алиэкспресс

В результате автомобиль приобрёл сложное, массивное и дорогое устройство в виде металлического корпуса, высокотехнологичной начинки, да ещё и обрамлённое контрольными датчиками с двух сторон, непрерывно следящими за его сохранностью и правильной работой.

Экологичность даром не даётся. Да и на этом прогресс не остановился, дальнейшее ужесточение требований законодателей продолжает влиять на появление дополнительных систем очистки выхлопа.

Виды катализаторов

По своему назначению нейтрализатор может быть двух- или трехкомпонентным.

  1. В первом случае он выполняет относительно простые функции окисления (дожигания) угарного газа и углеводородов до образования воды и двуокиси углерода.
  2. Во втором – добавляется сложная способность устройства работать с окислами азота. Особенно много их образуется в современных дизельных и бензиновых моторах, в силу повышения экономичности, которых конструкторам приходится использовать обеднённые и бедные смеси на впуске.

Трёхкомпонентые катализаторы, а именно такие чаще всего применяются, в свою очередь, могут отличаться по конструктивному признаку, изготавливаясь на базе керамических или металлических сотовых изделий.

Керамические относительно дешевле, но не обладают высокой механической прочностью и долговечностью, склонны к растрескиванию и разрушению, не терпят ударов при наезде на препятствия.

Сейчас приходится иметь дело с изделием замысловатой формы, без доступа к внутренностям, да ещё и с крепкими металлическими сотами. Приходится вскрывать корпус и потом его заваривать. В условиях СТО операция не самая дешёвая.

По теме: Почему течет масло из двигателя, как найти и устранить протечку

Завершиться процесс должен перенастройкой «мозгов» двигателя, иначе они сразу вычислят обман. Это делается различными способами, в зависимости от квалификации и привычек исполнителя. Могут применяться как программные, так и аппаратные «обманки» контролирующих датчиков.

Результат один – мотор адаптируется к новым условиям и перестаёт паниковать лампочкой «Check engine». Иногда ставят так называемый пламегаситель – специальную вварку, нормализующую звук, температуру и внутреннюю аэродинамику выхлопа.

Какие бывают катализаторы в машине

Большинство неопытных автовладельцев узнают о наличии нейтрализатора только в сервисном центре, когда им сообщают, что эта деталь выхлопной системы неисправна. Однако такие устройства играют очень важную роль в управлении транспортным средством и защите окружающей среды. Сегодня мы расскажем, зачем нужны катализаторы в машине, из чего они состоят и почему так дорого стоят.

Принцип действия автомобильного катализатора

Современные производители регулярно улучшают качество автопродукции, изготавливая запчасти в соответствии с экологическими требованиями. Нейтрализатор, впервые выпущенный в конце 70-х годов прошлого столетия, стал настоящей находкой. Несмотря на простоту конструкции, эта деталь выполняет важнейшую задачу – очищение отработанных выхлопных газов от токсичных компонентов, негативно влияющих на состояние окружающей среды и здоровье человека.

Устройство представляет элемент из металла и керамики, заключенный в прочный стальной корпус, который позволяет избежать преждевременного износа конструкции, защищает нейтрализатор от ударов и перегрева. Внутренний блок имеет ячеистую структуру, обеспечивающую большую площадь соприкосновения выхлопов с рабочей поверхностью. Фильтрация газов выполняется благодаря покрытию из драгоценных металлов, обладающих каталитическими свойствами – ячейки катализатора обработаны тонким слоем родия, палладия и платины. Вступая в контакт с выхлопами, эти элементы преобразуют токсичные азотные оксиды, углеводород и другие вредные вещества в безопасные для живых организмов водяной пар, азот, углекислый газ. Кроме того, драгоценное напыление уменьшает образование мельчайших частиц сажи.

Что делать, если катализатор в машине сломался

Запчасти рассчитаны на пробег 50 000 – 100 000 километров, однако, как показывает практика, они редко «доживают» до таких показателей. К износу катализатора приводят различные факторы:

  • Использование низкокачественного бензина.
  • Частая езда на холостом ходу.
  • Эксплуатация авто в условиях бездорожья – особенно от ударов и тряски «страдают» хрупкие керамические изделия.
  • Попадание масел, антифриза и других жидкостей в камеру сгорания.
  • Проблемы с мотором.

Даже после выхода из строя автокатализаторы не теряют ценности – отработанные изделия можно выгодно продать в пункт приема металлолома. Дело в том, что родий, платина и палладий относятся к группе редкоземельных металлов, которые практически не встречаются в природе в чистом виде. Сейчас основным источником этих дорогостоящих элементов служат нейтрализаторы. Особенно высоко оцениваются платиносодержащие детали, которые чаще всего устанавливаются на иномарках премиум-класса и автомобилях с дизельным двигателем.

Понравилась информация? Поделись с друзьями

видов катализа

Катализатор находится в той же фазе, что и реагенты. Обычно все присутствует в виде газа или содержится в одной жидкой фазе. Примеры содержат по одному из них. . .

Примеры гомогенного катализа

Реакция между персульфат-ионами и иодид-ионами

Это реакция раствора, которую вы можете встретить только в контексте катализа, но это прекрасный пример!

Персульфат-ионы (пероксодисульфат-ионы), S 2 O 8 2- , являются очень сильными окислителями.Иодид-ионы очень легко окисляются до йода. И все же реакция между ними в растворе в воде очень медленная.

Если вы посмотрите на уравнение, легко понять, почему это так:

Для реакции требуется столкновение двух отрицательных ионов. Этому серьезно помешает отталкивание!

Катализированная реакция полностью устраняет эту проблему. Катализатором могут быть ионы железа (II) или железа (III), которые добавляются в один и тот же раствор.Это еще один хороший пример использования соединений переходных металлов в качестве катализаторов из-за их способности изменять степень окисления.

Для аргументации в качестве катализатора примем ионы железа (II). Как вы вскоре увидите, на самом деле не имеет значения, используете ли вы ионы железа (II) или железа (III).

Ионы персульфата окисляют ионы железа (II) до ионов железа (III). В процессе ионы персульфата восстанавливаются до ионов сульфата.

Ионы железа (III) являются достаточно сильными окислителями, чтобы окислять иодид-ионы до йода.В процессе они снова восстанавливаются до ионов железа (II).

Обе эти отдельные стадии в общей реакции включают столкновение между положительными и отрицательными ионами. Это будет гораздо более успешным, чем столкновение двух отрицательных ионов в некаталитической реакции.

Что произойдет, если в качестве катализатора использовать ионы железа (III) вместо ионов железа (II)? Просто реакции происходят в другом порядке.

 

Разрушение атмосферного озона

Это хороший пример гомогенного катализа, где все присутствует в виде газа.

Озон, O 3 , постоянно образуется и снова распадается в высоких слоях атмосферы под действием ультрафиолетового света. Обычные молекулы кислорода поглощают ультрафиолетовый свет и распадаются на отдельные атомы кислорода. Они имеют неспаренные электроны и известны как свободные радикалы . Они очень реактивны.

Кислородные радикалы могут затем соединяться с обычными молекулами кислорода с образованием озона.

Озон также можно снова разделить на обычный кислород и кислородный радикал, поглощая ультрафиолетовый свет.

Это образование и разрушение озона происходит постоянно. Взятые вместе, эти реакции останавливают большое количество вредного ультрафиолетового излучения, проникающего в атмосферу и достигающего поверхности Земли.

Каталитическая реакция, в которой мы заинтересованы, разрушает озон и, таким образом, останавливает его поглощение ультрафиолетового излучения.

Хлорфторуглероды (CFC), такие как CF 2 Cl 2 , например, широко использовались в аэрозолях и в качестве хладагентов.При их медленном распаде в атмосфере образуются атомы хлора — свободные радикалы хлора. Они катализируют разрушение озона.

Это происходит в два этапа. В первом случае озон расщепляется и образуется новый свободный радикал.

Катализатор на основе хлор-радикала регенерируется второй реакцией. Это может происходить двумя способами в зависимости от того, попадает ли радикал ClO в молекулу озона или радикал кислорода.

Если он попадает в кислородный радикал (полученный в результате одной из реакций, которые мы рассмотрели ранее):

Или, если он попадает в молекулу озона:

Поскольку радикал хлора продолжает регенерироваться, каждый из них может разрушить тысячи молекул озона.

.

Что такое катализатор? (с иллюстрациями)

Катализатор — это любое вещество, которое ускоряет химическую реакцию. Он может быть органическим, синтетическим или металлическим. Процесс, посредством которого это вещество ускоряет или замедляет реакцию, называется катализом.

Ученые часто добавляют катализатор в химический раствор, чтобы вызвать реакцию.

Для любого процесса требуется энергия, известная как энергия активации. Без помощи катализатора количество энергии, необходимое для разжигания конкретной реакции, велико. Когда он присутствует, энергия активации снижается, благодаря чему реакция протекает более эффективно. Вещество обычно работает либо путем изменения структуры молекулы, либо путем связывания с молекулами реагентов, заставляя их объединяться, реагировать и выделять продукт или энергию. Например, для соединения газов кислорода и водорода с образованием воды требуется катализатор.

Катализаторы важны как в лаборатории, так и на производстве и в промышленности.

Без помощи катализатора химические реакции могут никогда не произойти или на их прохождение потребуется значительно больше времени.Когда происходит химическая реакция, сам катализатор не изменяется и не является частью конечного результата. В большинстве случаев его можно многократно использовать в последующих реакциях.

Иногда вместо ускорения реакции катализатор замедляет реакцию, которая обычно не происходит или происходит очень медленно.Этот тип вещества является отрицательным катализатором, который также называют ингибитором. Ингибиторы важны в медицине, где они имеют решающее значение при лечении психических заболеваний, высокого кровяного давления, рака и множества других проблем со здоровьем.

Катализатор используется в двух типах условий: химических или биохимических.Наиболее часто в биохимических реакциях используются ферменты. Ферменты — это узкоспециализированные белки, которые ускоряют определенные химические реакции. Они делают жизнь возможной. Например, фермент, содержащийся в слюне, при контакте расщепляет пищу для переваривания. Без этого человеку потребовались бы недели, чтобы переварить нашу пищу.

Катализаторы

также важны в лабораторных условиях, а также в производстве и промышленности.Одним из самых известных является каталитический нейтрализатор, который помогает предотвратить выбросы выхлопных газов в атмосферу и снизить расход топлива. Удобрения также являются катализаторами, ускоряющими рост растений.

Катализаторы ускоряют химическую реакцию. .

Что это? Зачем мне нужен катализатор на машине?

В современных автомобилях есть одна деталь, которая уже много лет является причиной очень жарких баталий автомобилистов. Но в этих спорах сложно понять аргументы каждой из сторон. Одна часть автолюбителей «за», а другая «против». Эта деталь представляет собой каталитический нейтрализатор. Зачем нужен катализатор, что так важно в дизайне автомобиля, почему об этом постоянно спорят? Попробуем разобраться в этом.

Каталитический нейтрализатор

Эта деталь имеет простую конструкцию, но роль, которую она играет в автомобиле, очень большая и серьезная.Работа любого двигателя внутреннего сгорания сопровождается выбросом множества самых разных и очень вредных веществ (все эти вещества и токсичные газы через выходную магистраль автомобиля выбрасываются прямо в атмосферу). Нейтрализатор позволяет значительно снизить уровень токсичности выбросов, улучшая тем самым экологическую обстановку.

Так, с помощью специальных химических реакций особо токсичные вещества, не лучшим образом влияющие на состояние атмосферы, превращаются в менее токсичные газы, которые затем выводятся через выхлопную трубу.

В выхлопной системе, кроме нейтрализатора, работают еще и кислородные датчики. Они контролируют качество топливной смеси и влияют на работу каталитического нейтрализатора. Найти это устройство можно в выхлопном тракте между глушителем и двигателем. Устройство дополнительно защищено металлическим экраном, так как во время работы устройство нагревается. Посмотрите, как выглядит катализатор — его фото размещено ниже.

История создания

В 60-е годы в правительстве всех развитых стран мира обратили внимание на уровень экологии и обеспокоили количеством выбросов из выхлопных труб многочисленных автомобилей.И надо сказать, что тогда закон не регулировал уровни выбросов.

В 1970 году были приняты самые первые стандарты, на которые обратило внимание руководство автомобильных концернов. В этих стандартах приведен перечень указаний содержания и количества особо опасных веществ в выхлопных токсичных газах.

В этом стандарте указано, что в новых автомобилях обязательно используется катализатор, что такое устройство позволит значительно снизить количество окиси углерода и продуктов сгорания углеводородов.

С 1975 года все выпускаемые автомобили оснащены катализаторами. Эта деталь стала обязательной.

Устройство и принцип работы

Часто это устройство устанавливают после выходного патрубка двигателя или его можно закрепить непосредственно на фланце выпускного коллектора.

Устройство состоит из специальной несущей конструкции, металлического корпуса и теплоизоляционных материалов.

Среда состоит из ряда ячеек, похожих на пчелиные соты. Он выполняет практически всю работу в устройстве.Эти соты имеют специальное покрытие — рабочий состав. Интересно, что деталь начинает работать не сразу, а только после повышения температуры в выхлопном тракте до 200-300 градусов.

Нейтрализатор сжигает окись углерода, которая содержится в продуктах сгорания топлива, а также углеводороды. Есть и другие вещества, нейтрализующие катализатор. Что это за вещества? Это NOx. Газ очень токсичен и вреден. Он разрушает слизистые оболочки человека.

Ячейки нейтрализатора покрыты очень тонкой пленкой на основе уникального сплава платины и иридия. Те остатки токсичных веществ, которые не сгорели в двигателе, при прикосновении к горячей поверхности маленьких ячеек моментально выгорают. Для этого процесса катализатор забирает остаток кислорода, который остается в уже использованных токсичных газах. В результате в этой части выхлопной трубы больше нет токсичных веществ.

Виды

Картриджи с катализаторами могут быть изготовлены из керамических материалов или из металла.Среди автомобилистов более распространена и популярна керамика. Они отлично выдерживают высокие температуры, не подвержены коррозии. Среди плюсов — невысокая цена на такой катализатор (специалисты знают, что такое вещество, как керамика, имеет невысокую стоимость).

Есть еще минус керамический катализатор. В этом его хрупкость. Деталь абсолютно неустойчива к любым механическим повреждениям, а поскольку устройство находится под днищем станка, велика вероятность встретить устройство бордюром, камнем, чем-либо.Тогда деталь сломается. Аналоги из металла намного прочнее, но цена их очень высока за счет сплава платины. Например, катализатор ВАЗ при поломке не ремонтируют, и многие не покупают новый из-за дороговизны.

Катализаторы на разные марки автомобилей

Автомобили в зависимости от производителя могут существенно различаться. То же самое и с нейтрализаторами. Они также различаются от модели к модели. Мы рассмотрим самые популярные марки автомобилей.

ВАЗ

Катализатор на ВАЗах ничем особенным не отличается. Все они металлические, часто выходят из строя из-за различных повреждений. Найти устройство в машине можно под днищем, возле выхлопной трубы двигателя. Часто при выходе из строя ремонт катализатора невозможен.

Ford

В отличие от отечественных автопроизводителей компания Ford позаботилась о водителях. Таким образом, устройство обезвреживания токсичных газов в машинах этой марки выполнено на основе керамики.

Для регулирования количества кислорода в приборе, интегрированном в компьютер, используется лямбда-зонд для качественной химической реакции.

Таким образом, катализатор «Фокуса» состоит из одного каталитического коллектора и двух датчиков. У мощных двигателей есть два коллектора, а также четыре датчика. Последние можно найти как до, так и после устройства. Управлять нейтрализатором можно с панели приборов.

Устройство рассчитано на 120 тысяч километров пробега. Если использовать с двигателем некачественное топливо, эта деталь может выйти из строя намного быстрее. В случае поломки отремонтировать катализатор «Форд» невозможно. В этом случае выполняется только замена.

Проверить работоспособность можно очень просто, но понять необходимость замены тоже несложно. При неработающем катализаторе существенно падают силовые характеристики. Чтобы проверить работу устройства, необходимо провести замеры вредных веществ в выхлопе машины. Если фильтры забиты, то уровень вредных токсинов зашкалит.

Также это можно проверить, сняв датчик, установленный перед нейтрализатором.

Затем с помощью специального переходника необходимо подключить манометр и произвести замеры давления при различных нагрузках двигателя. Даже если устройство вышло из строя, ремонт катализатора невозможен.

Если катализатор «Форд» забился, в этом случае снимаем старый прибор, а на его место устанавливаем новый с повышенными стандартами. Также возможна замена катализатора на пламегаситель или универсальный нейтрализатор.

Тойота ускоритель

«Тойота» в этом выпуске тоже ничем примечательным не отличается.Это такие же соты с золочением или платино-иридиевым сплавом. В новых автомобилях этой марки таких устройств три — они соединены между собой последовательно. Каждый из них предназначен для очистки газов от одного вида вредных веществ.

Правильная работа катализатора

Чтобы сохранить прибор как можно дольше в экологической ситуации, необходимо правильно им пользоваться. Итак, первая и самая главная рекомендация, которая продлит срок эксплуатации оборудования, — это качественное топливо известных и популярных брендов.Некачественное топливо может содержать вещества, которые легко разрушают распыление сот. Особенно плохо для катализатора («Калина» не исключение) такой металл, как тетросигник. Это вещество давно запрещено во многих развитых странах.

Также необходимо помнить, что нейтрализатор срабатывает под воздействием очень высоких температур, поэтому не паркуйте автомобиль в местах, где валяются легковоспламеняющиеся предметы, листья, бумага или что-то еще.

Водителю, если он хочет спасти катализатор, не следует часто включать стартер, если машина не заводится.

Лучше поставить на паузу. Также не следует проворачивать коленчатый вал, отсоединяя свечи зажигания. Не запускайте двигатель также буксиром.

Как понять, что он сломался

Если, например, на машине установлен катализатор (Шевроле Авео в том числе) и нужно понимать, работает он или нет, для этого есть несколько способов.

Когда машина работает нормально, то ни при каких условиях лампа на панели приборов, сообщающая о проблеме с катализатором, не загорается.

.

Определение катализатора — Химический словарь

Что такое катализатор?

Катализатор — это вещество, которое ускоряет химическую реакцию, но не расходуется в ходе реакции; следовательно, катализатор может быть восстановлен химически без изменений в конце реакции, которую он использовал для ускорения, или катализатор , катализирующий .

Обсуждение

Чтобы химические вещества вступили в реакцию, их связи должны быть перегруппированы, потому что связи в продуктах отличаются от связей в реагентах.Самый медленный шаг в перегруппировке связи приводит к так называемому переходному состоянию. — химическое соединение, которое не является ни реагентом, ни продуктом, но является промежуточным звеном между ними.

Реагент ⇄ Переходное состояние ⇄ Продукт

Для формирования переходного состояния требуется энергия. Эта энергия называется энергией активации или E a . Чтение приведенной ниже диаграммы слева направо показывает развитие реакции, когда реагенты проходят переходное состояние и становятся продуктами.

Преодолевая барьер

Энергию активации можно рассматривать как барьер для химической реакции, барьер, который необходимо преодолеть. Если барьер высокий, немногие молекулы обладают достаточной кинетической энергией, чтобы столкнуться, сформировать переходное состояние и пересечь барьер. Реагенты с энергией ниже E a не могут пройти через переходное состояние, чтобы вступить в реакцию и стать продуктами.

Катализатор работает, обеспечивая другой путь реакции с более низким E .Катализаторы снижают энергетический барьер. Другой путь позволяет упростить перегруппировку связей, необходимую для превращения реагентов в продукты, с меньшим потреблением энергии. В любой заданный интервал времени присутствие катализатора позволяет большей части реагентов набрать достаточно энергии, чтобы пройти через переходное состояние и стать продуктами.

Пример 1. Процесс Габера
Процесс Габера, который используется для получения аммиака из водорода и азота, катализируется железом, которое обеспечивает атомные центры, на которых связи реагентов могут легче перестраиваться с образованием переходного состояния.

N 2 (газ) + 3H 2 (газ) ⇌ 2NH 3 (газ)

Пример 2: Ферменты
В нашем организме и в других живых существах ферменты используются для ускорения биохимических реакций. Фермент — это разновидность катализатора. Сложная жизнь была бы невозможна без ферментов, позволяющих протекать реакциям с подходящей скоростью. Формы ферментов вместе с местами на ферменте, которые связываются с реагентами, обеспечивают альтернативный путь реакции, позволяя конкретным молекулам объединяться для образования переходного состояния с пониженным энергетическим барьером активации.

На схеме ниже длинноцепочечный фермент обеспечивает места для молекул реагентов, которые собираются вместе для образования переходного состояния с низкой энергией активации.

Катализаторы не могут изменить положение химического равновесия — прямая и обратная реакции ускоряются, так что константа равновесия K eq остается неизменной. Однако, удаляя продукты из реакционной смеси по мере их образования, на практике можно увеличить общую скорость образования продукта.

.

Что означает катализатор?

КАТАЛИЗАТОР

Вы можете описать человека или вещь, которая вызывает изменение или событие, как катализатор. Вещество, которое позволяет химической реакции протекать обычно с большей скоростью или в других условиях (например, при более низкой температуре), чем иначе возможно; человек или вещь, которая ускоряет событие или изменение; что-то, что заставляет химическую реакцию происходить быстрее без изменения самой себя; событие или человек, вызывающие большие изменения; человек, чьи разговоры, энтузиазм или энергия заставляют других быть более дружелюбными, восторженными или энергичными; агент, который провоцирует или ускоряет существенное изменение или действие; кто-то или что-то, что заставляет что-то произойти или измениться; Причины, причина, источник.

Их цель должна состоять в том, чтобы показать к 2021 году, когда они собрались, чтобы подвести итоги прогресса, достигнутого после Парижского соглашения и обязуются повысить свою игру, чтобы пандемия стал катализатором прорыва в окружающей среде.

(Отправлено анонимом 22 июня 2020 г.) .

Химики случайно открыли способ превратить углекислый газ в этанол

Превращение загрязнения в ТОПЛИВО: химики случайно открывают способ превращения диоксида углерода в этанол

  • Катализатор состоит из частиц меди, заключенных в углеродные штыри
  • При подаче напряжения катализатор запускает сложную химическую реакцию
  • Он преобразует диоксид углерода в воде непосредственно в этанол
  • Его можно использовать для хранения избыточной электроэнергии от ветра и солнечной энергии

Автор: Shivali Best For Mailonline

Опубликовано: | Обновлено:

В прошлом году почти 38.2 миллиарда тонн углекислого газа было выброшено в воздух в результате сжигания ископаемого топлива, такого как уголь и нефть.

Но ученые придумали способ превратить газ в более полезный продукт — этанол.

Исследователи случайно наткнулись на простую реакцию, но если бы процесс можно было довести до промышленных масштабов, это могло бы помочь уменьшить последствия глобального потепления.

Прокрутите вниз, чтобы увидеть видео

В прошлом году почти 38,2 миллиарда тонн углекислого газа было выброшено в воздух в результате сжигания ископаемого топлива, такого как уголь и нефть (стоковое изображение).Но ученые, возможно, придумали способ превратить газ в более полезный продукт — этанол

КАТАЛИЗАТОР

Исследователи создали катализатор — вещество, которое увеличивает скорость химической реакции — из углерода, меди и азота. .

Когда было приложено напряжение, катализатор вызвал сложную химическую реакцию, которая, по сути, полностью изменила процесс горения.

С помощью катализатора раствор диоксида углерода в воде превратился в этанол с выходом 63%.

Без катализатора реакция этого типа обычно приводит к смешению нескольких различных продуктов в небольших количествах.

Что делает новый катализатор уникальным, так это его наноразмерная структура, состоящая из частиц меди, заключенных в углеродные иглы.

Эта новая текстура позволяет избежать использования дорогих или редких металлов и сделать масштабирование катализатора реальной целью.

Ученые из Национальной лаборатории Ок-Ридж при Министерстве энергетики разработали электрохимический процесс, в котором используются крошечные шипы углерода и меди для превращения двуокиси углерода, парникового газа, в этанол.

Доктор Адам Рондиноне, ведущий автор исследования, сказал: «Мы случайно обнаружили, что этот материал работает.

«Мы пытались изучить первую стадию предложенной реакции, когда мы поняли, что катализатор выполняет всю реакцию самостоятельно».

«Вы можете использовать его [этанол] в существующем автопарке прямо сейчас, без изменений», — добавил он.

Исследователи создали катализатор — вещество, которое увеличивает скорость химической реакции — из углерода, меди и азота.

Когда было приложено напряжение, катализатор вызвал сложную химическую реакцию, которая, по сути, полностью изменила процесс горения.

С помощью катализатора раствор диоксида углерода в воде превратился в этанол с выходом 63%.

Без катализатора реакция этого типа обычно приводит к смешению нескольких различных продуктов в небольших количествах.

Д-р Рондиноне сказал: «Мы берем углекислый газ, побочный продукт сгорания, и с очень высокой селективностью отодвигаем эту реакцию горения в обратном направлении в пользу полезного топлива.

«Этанол стал неожиданностью — чрезвычайно сложно сразу перейти от диоксида углерода к этанолу с одним катализатором».

Что делает новый катализатор уникальным, так это его наноразмерная структура, состоящая из частиц меди, заключенных в углеродные иглы.

Что делает новый катализатор уникальным, так это его наноразмерная структура, состоящая из частиц меди, встроенных в углеродные иглы. Эта новая текстура позволяет избежать использования дорогих или редких металлов и сделает масштабирование катализатора реалистичной целью.

Эта новая текстура позволяет избежать использования дорогих или редких металлов и сделает масштабирование катализатора реальной задачей.

Доктор Рондиноне сказал: «Используя обычные материалы, но используя нанотехнологии, мы выяснили, как ограничить побочные реакции и в итоге получить то, что нам нужно».

Комбинация недорогих материалов и возможность использовать катализатор при комнатной температуре в воде означает, что этот подход может быть расширен для промышленных применений.

Теперь исследователи планируют усовершенствовать свой подход для повышения общей производительности и дальнейшего изучения свойств и поведения катализатора.

Например, этот процесс можно использовать для хранения избыточной электроэнергии, вырабатываемой ветровыми и солнечными источниками энергии.

Г-н Рондиноне добавил: «Такой процесс позволит вам потреблять дополнительную электроэнергию, когда ее можно будет производить и хранить в виде этанола.

«Это могло бы помочь сбалансировать сеть, снабжаемую периодически возобновляемыми источниками».

Теперь исследователи планируют усовершенствовать свой подход для повышения общей производительности и дальнейшего изучения свойств и поведения катализатора.

Поделитесь или прокомментируйте эту статью:
.

Катализатор (каталитический конвертор)

Расшифровка чисто химического термина «катализатор» – вещество, не участвующее в реакции непосредственно, в присутствии которого происходит ускорение химической реакции или же вещество, делающее данную реакцию вообще возможной.  Автомобильный каталити́ческий конвертер (в просторечии катализатор) — устройство в выхлопной системе, предназначенное для снижения токсичности отработавших газов посредством восстановления оксидов азота и использования полученного кислорода для дожига угарного газа и недогоревших углеводородов. 

Основным требованием для успешной работы катализатора является стехиометрическое соотношение топлива и воздуха, действующее вещество – благородные металлы: платина, палладий или родий.


В каталитических конверторах используют два различных типа катализаторов:

— восстанавливающий катализатор и — окислительный катализатор. 

Оба типа состоят из керамической структуры (реже – металлический гофрированный лист), покрытой веществом — катализатором.

Идея заключается в том, чтобы увеличить площадь катализатора и свести к минимуму задействованное при этом количество самого катализатора, так как используемые материалы весьма дороги. Восстанавливающий катализатор — первый этап каталитического преобразователя. Он использует платину и родий чтобы уменьшить выбросы NOx. Когда молекула NO или NO₂ встречается с молекулами катализатора, от нее отделяется атом азота, высвобождая кислород — O₂. Окислительный катализатор — второй этап каталитического преобразователя. Он снижает количество несгоревшего топлива и окиси углерода в результате их взаимодействия со свободным кислородом на поверхности той же платины и палладия. На выходе, вместо страшной смеси окислов углерода, азота и несгоревших углеводородов имеем воду, углекислый газ и чистый азот. Но это в идеале.



Каталитические конверторы являются достаточно чувствительными реакторами. На их работоспособность влияет температура, состав топлива и отработанных газов, расход масла двигателем, сорт масла, режим работы двигателя.



Широкое использование каталитических преобразователей началось в 1975 году. Но создали их намного раньше, в 1953 году в Америке, когда инженер Юджин Хоудри, ознакомившись со сводками по увеличению быстрыми темпами смога в различных городах, был просто шокирован данными. После чего он и решил разработать прибор, который смог бы защитить окружающую среду от влияния на нее человеческого фактора. Но созданное устройство оказалось малоэффективным, так как необходимая очистка не получалась из-за содержания в бензине большого процента тэтраэтилсвинца (присадка для повышения октанового числа), и этот химический элемент не был запрещен к использованию в бензине почти до конца 20 века. Промышленный выпуск автокатализаторов был бессмысленным до тех пор, пока не внесли поправки в закон «Чистый воздух», запрещающие использование свинца.


Наличие соединений свинца в выхлопных газах приводило к оплавлению керамических сот каталитического конвертора и выхлопному газу становилось просто некуда выходить.


С запретом этилированного бензина, жизнь автомобильного катализатора не стала безоблачной.  

— Во-первых, со временем расходуются материалы катализатора, благородные металлы и ресурс катализатора при условии исправных систем двигателя составляет в среднем 80-150 тыс. км. пробега. Эффективность работы катализатора с пробегом ухудшается и растет шанс его загрязнения смолами и нагарами. Особенно увеличивает риск загрязнения повышенный расход масла двигателем. Не сгоревшие остатки масла и топлива уже не полностью окисляются и остаются на сотах в виде нагара, постепенно уменьшая проходное сечение для газов, как результат, мощность двигателя уменьшается. Если ситуация не приобрела необратимый характер, то катализатор можно очистить при помощи щелочных промывок или топливных присадок, которые способствуют выведению загрязнений. Классическое решение – использование присадки Liqui Moly Catalytic-System Clean 1 раз в 2 000 км при заправке топливом.


— Во-вторых, эффективность катализатора падает при больших пробегах из-за постепенного разрушения керамических сот. Процесс совсем не безболезненный для двигателя, так как система продувки очень многих современных двигателей предусматривает частичный подсос топливной смеси из выхлопного тракта обратно в камеры сгорания. В результате керамическая пыль попадает в цилиндры и вызывает абразивный износ. После диагностики такой проблемы необходимо полностью заменить катализатор. 

— В-третьих, наличие избытка железосодержащих  присадок в топливе, так же, как в случае с тетраэтилсвинцом, вызывает оплавление сот катализатора, процесс может дойти до того, что двигатель с оплавленным катализатором просто не заводится, так как отработавшим газам просто нет прохода. Выход – замена катализатора.


Как проверить катализатор на исправность?

Самый простой способ – на просвет. Через керамические каналы исправного катализатора свет проходит беспрепятственно. В случае затруднений со съемом этого агрегата, можно проверить противодавление, создаваемое катализатором при проходе газов и при высоких показателях признать агрегат неисправным. 

Можно ли безболезненно для автомобиля удалить катализатор вовсе?

На автомобилях ЕВРО2 можно, для более экологичных конструкций, как минимум, придется перешивать блок управления двигателем. Но следует помнить о своем долге перед потомками, об экологии. На некоторых современных автомобилях удаление катализатора невозможно вообще.

Как избежать проблем с катализатором и продлить его ресурс? Заправляться в проверенных местах, регулярно, раз в 2000 км, использовать очищающую присадку Catalytic-System Clean и проводить диагностику при каждом техническом обслуживании.

Не эксплуатировать автомобиль с неисправными свечами, высоковольтными проводами и ка тушкой.

Несгоревший бензин в катализаторе не только сокращает его ресурс, но и может привести к пожару из-за перегрева самого катализатора. Если возникнут проблемы – не тянуть с ремонтом. Помните, от исправности катализатора зависит ресурс двигателя!


как заработать на старом катализаторе

В современном автомобиле кроется немало интересного. Оказывается, в нем есть даже благородные металлы – и на этом факте может неплохо заработать сам автовладелец.

Не все знают, что так называемый катализатор выхлопной системы – а точнее каталитический нейтрализатор отработавших газов – содержит в себе драгоценные металлы платиновой группы. В первую очередь это собственно платина, а также благородные металлы палладий и родий.

В корпусе катализатора скрывается пористая керамическая или металлическая начинка, на которую и напылен тот или иной благородный металл.

Поэтому после выхода автомобильного катализатора из строя – а это обычно случается после 150 – 200 тыс км пробега – его можно не выбрасывать на помойку, а сдавать в специальные перерабатывающие предприятия. Которые умеют извлекать благородный металл для передачи его на переработку для повторного использования.

Читайте также: Расходы на электромобиль и бензиновый: какой выгоднее

Главный нюанс этой процедуры в том, что платина или металлы-платиноиды находятся в катализаторе в виде тончайшего слоя, напыленного на пористые керамические соты. Собственно, устройство нейтрализатора так и задумано – чтобы поверхность контакта выхлопных газов с металлом-катализатором была как можно обширнее. Поэтому собрать распыленную платину с 20 тысяч квадратных метров внутренней поверхности сот не так уж и просто. Для этого приходится «ополаскивать» керамику кислотами, нагревать, гальванизировать, дробить… Но это, собственно говоря, проблемы не автомобилиста, а других людей.

Оптовые партии катализаторов переработчики берут по более высокой, договорной цене.

Для нас куда интереснее вопрос – как определяется цена, по которой принимается катализатор, который отработал свое? Чтобы определить количество платиноидов, используется РФ-спектрометр, он же – рентгенофлуоресцентный анализатор. Но прежде всего нужно распилить корпус, вытащить керамический наполнитель и измельчить его. Затем, соотнеся данные спектрометра и массу перемолотой начинки, приемщик определяет цену.

Средняя цена катализатора, который отработал свое, от 500 до нескольких тысяч гривен, и получить их можно, что называется, не сходя с места – просто сдав ненужную запчасть в пункте приема. Интересно, что приемщики при оценке учитывают текущие котировки драгоценных металлов на мировых биржах – во всяком случае, так они заявляют. А цифра эта относительно платины может испытывать значительные колебания, например: в зависимости от ситуации одна унция этого металла в различные периоды может стоить и несколько сот долларов, и полторы тысячи долларов.

Содержание драгоценных металлов в катализаторе определяют с помощью спектрометра. Он, кстати, умеет отличать металлы-заменители платины.

Для понимания: содержание чистой платины или других платиноидов составляет десятые и сотые доли процента от общей массы начинки катализатора.

Рекомендация Авто24

Принимая во внимание, сколько стоит новый катализатор, который придется покупать на замену вышедшего из строя, сдать старый на переработку будет максимально рациональным шагом. И даже если вы не хотите покупать новый «кат» и собираетесь заменить его обманкой, все равно стоит задуматься над утилизацией – как ни крути, цена стоит времени, потраченного на сдачу драгоценной вторсырья.

Читайте также: Как сделать электромобиль своими руками за несколько сотен долларов

для чего, замена или удаление. Неисправности и ремонт катализатора

Под каждой машиной находится (или, по крайней мере, должна) металлическая банка, задачей которой является снижение токсичности выхлопных газов. Такая банка работает спокойно и выполняет свою роль до тех пор, пока не сломается. Сколько стоит катализатор? Для чего он? Какие проблемы может вызвать? Каковы симптомы отказа катализатора? Как отремонтировать каталитический нейтрализатор автомобиля? Это можно сделать дешево?

Независимо от того, потребляет ли автомобиль дизель, бензин или газ, у каждого есть выхлопная система. Его первой задачей является удаление всех примесей, возникающих при сжигании топлива. А во-вторых, нейтрализации их достаточно, чтобы представлять наименьший риск для здоровья. И это то, для чего используется наш катализатор, установленный в металлическом цилиндре под машиной.

Первые автомобили, оснащенные катализаторами, появились на европейском рынке в 1986 году. Автомобили, оснащенные каталитическими нейтрализаторами, гордо носили специальную маркировку. С введением стандартов выбросов Евро (Евро 1 с 1993 года) использование катализаторов стало обязательным. Кто не имел катализатора, не получил одобрения и не мог продавать автомобили в ЕС. Сам дизайн развивался. Чем строже были стандарты, тем больше работы должны были выполнять катализаторы.

Катализаторы, используемые в бензине и абсцессах, различаются по структуре активного покрытия, поскольку их состав отработавших газов также отличается.

Строение катализатора?

Катализатор состоит из четырех основных элементов:

  1. Корпус — металлический, продолговатый ящик, обычно в форме цилиндра (или более сплющенный) с теплоизоляцией. С передней части автомобиля к нему присоединена выхлопная труба, которая собирает выхлопные газы из выпускного коллектора. Еще одна трубка выходит из катализатора, которая подводит очищенный выхлопной газ к глушителю.
  2. Носитель — это внутренняя структура с сотовым сечением, состоящая из тысяч каналов, позволяющих поток выхлопных газов. Он изготовлен из металла (металлическая опора) или керамики (керамическая опора, чаще всего из силиката магния и алюминия).
  3. Промежуточное покрытие — оно пористое и покрывает всю поверхность каналов на подложке. Его задача — обеспечить хорошие условия для следующего покрытия.
  4. Каталитически активное покрытие — изготовлено из элементов, предназначенных для вступления в химические (каталитические) реакции с вредными компонентами выхлопных газов и нейтрализации их до веществ, безвредных для окружающей среды. Это самая дорогая и самая важная часть катализатора.

Каталитически активное покрытие покрыто редкими и дорогими элементами. Например, типичный трехходовой катализатор использует платину, родий и палладий. И теперь мы знаем, почему катализаторы были украдены или почему они были куплены. Извлекать из них платину после серии процедур.

Ранее мы упоминали, что катализаторы в дизельных и бензиновых автомобилях немного отличаются.

  • Окислительные катализаторы — уменьшают количество оксидов углерода и углеводородов, а также твердых частиц в выхлопных газах
  • Трехходовые катализаторы — окисляют оксиды углерода и углеводороды и восстанавливают оксиды азота в автоцистернах

Где в машине установлен катализатор? Чаще всего десятки сантиметров позади выпускного коллектора. Есть еще один метод, так называемые картриджи, устанавливаемые в выпускном коллекторе.

Более новые автомобили, которые соответствуют строгим стандартам выбросов, используют два или три катализатора.

Как катализатор работает на практике?

После запуска силового агрегата выхлопные газы двигателя уходят на катализатор. Катализатор должен нагреваться как минимум до 300 градусов Цельсия, чтобы происходили каталитические реакции. Катализатор работает оптимально, когда он имеет температуру от 400 до 800 градусов Цельсия. Для ускорения нагрева катализатора используются дополнительные растворы — чаще всего теплоизоляция под кожухом катализатора (поскольку это самое дешевое решение), реже нагреватели или дополнительная подача воздуха в выпускной коллектор.

Лямбда-зонды (лямбда-значения, определяющие соотношение топлива и воздуха), датчики, измеряющие процент содержания воздуха в выхлопных газах, размещены перед катализатором и прямо за ним. Датчики подают сигнал на компьютер, который управляет двигателем. Если содержание выхлопных газов слишком высокое, это означает, что двигатель работает на ненасыщенной смеси. Компьютер увеличивает количество впрыскиваемого топлива. И наоборот. Если содержание кислорода в смеси слишком низкое, доза топлива уменьшается.

Какое это имеет отношение к катализатору? Наряду с изменениями в составе топливной смеси в катализаторе происходят процессы восстановления и окисления с использованием кислорода. Процессы восстановления уменьшают количество токсичных оксидов азота, процессы окисления уменьшают количество оксидов углерода (восстановление до диоксида углерода) и углеводородов УВ (восстановление до пара и диоксида углерода). Процессы восстановления и окисления происходят поочередно, и благодаря им увеличивается степень конверсии катализатора (то есть его эффективность) — до 98%.

Давайте посмотрим, как катализатор очищает выхлопные газы на практике (источник: журнал Autoexpert 10/2007)

  • Угарный газ — до катализатора 1%, после катализатора — 0,1%
  • Углеводороды углеводородов — перед катализатором: до 100 ч / млн, ниже по потоку от катализатора: до 20 ч / млн
  • Диоксид углерода — перед катализатором — до 14%, после катализатора — до 15,4%

Введение новых стандартов радикальных выбросов означает, что одних катализаторов уже недостаточно для очистки выхлопных газов дизельных двигателей. Также стало необходимым использовать сажевые фильтры DPF / FAP (от Евро 4) и системы селективного каталитического восстановления SCR (от Евро 6). Кроме того, обязательна система рециркуляции выхлопных газов EGR, снижающая содержание оксидов азота (для автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями).

Отказ катализатора (каталитический нейтрализатор) — почему катализаторы выходят из строя?

Автомобильный каталитический нейтрализатор подвергается очень тяжелым рабочим условиям. Выхлопная система вибрирует во время работы, и при движении по неровной поверхности возникает дополнительная вибрация.

Катализатор подвергается очень высоким тепловым перегрузкам. Выхлопные газы двигателя достигают температуры до 600 градусов по Цельсию (в зависимости от скорости и долговечности вождения), а с другой стороны, на его корпус влияет температура наружного воздуха (минус зимой). Кроме того, из-за расположения под автомобилем он подвержен механическим повреждениям и коррозии.

Катализатор обладает определенной прочностью. Каталитически активное покрытие стареет в процессе эксплуатации. Трудно определить, когда это произойдет. Тем не менее можно предположить, что он колеблется от 180 до 200 тысяч. км пробега.

Однако существует ряд факторов, которые могут значительно сократить технический срок службы катализатора.

И чаще всего они являются причиной его отказа и, следовательно, необходимости замены. Например:

  • Въезд на машине в глубокую лужу. Катализатор нагревают до температуры нескольких сотен градусов по Цельсию через выхлопные газы. Попадание воды вызывает ее ударное охлаждение и усадку металлического корпуса. Это, в свою очередь, сжимает вставку внутри катализатора и измельчает ее.
  • Отказ системы зажигания, вызывающий выпадение зажигания. В зависимости от конструкции и возраста автомобиля это может быть связано с повреждением высоковольтных проводов, купола устройства зажигания, распределительного пальца или отдельных катушек зажигания. Несгоревшие остатки топлива попадают на катализатор и вызывают его разрушение.
  • Неправильно установленный момент зажигания — слишком длительная задержка зажигания приводит к повышению температуры в катализаторе примерно до 1000 ° C, что приводит к его разрушению.
  • Старение двигателя, связанное с износом поршневых колец, вызывает сгорание моторного масла и попадание его остатков в катализатор. Порошок, образующийся после сгорания моторного масла, закупоривает каналы катализатора.
  • Частая / подавляющая езда по городу — значительно сокращает срок службы катализатора.
  • Неправильно отрегулированная газовая установка — также вызывает ускоренный износ этого элемента
  • Механические повреждения — столкновение днища автомобиля с выступающим элементом может привести к вмятине корпуса и повреждению внутренней вставки.

Подержанный автомобиль каталитический нейтрализатор — каковы признаки отказа?

Есть несколько симптомов, которые указывают на отказ / износ катализатора:

  • Гремит во время вождения — когда вход внутри катализатора откололся
  • Индикатор проверки двигателя загорается после превышения определенной скорости. С течением времени скорость будет уменьшаться.
  • После подключения автомобиля для диагностики наиболее распространенной ошибкой является PO420 (низкая производительность катализатора)
  • Ухудшение двигателя, который иногда не имеет мощности, может иногда дергаться — это указывает на засоренный катализатор
  • Падение мощности двигателя
  • Возможно увеличение расхода топлива

В случае сбоя не все перечисленные выше симптомы возникают всегда.

Ремонт поврежденного каталитического нейтрализатора автомобиля — дорого? 

Какие решения есть у водителя?

  • Удаление катализатора
  • Замена катализатора на новый — оригинальный или универсальный
  • Замена катализатора на использованный

Давайте посмотрим на все решения.

Удаление катализатора

Можно ли снять автомобильный каталитический нейтрализатор? Нет. Удаление запрещено законом. Если диагност обнаруживает, что в машине отключен каталитический нейтрализатор, он не должен подписывать технический осмотр. Автомобиль без каталитического нейтрализатора не соответствует нормам выбросов и не должен быть допущен к движению.

Несмотря на это, вы можете легко найти компании, которые занимаются удалением катализаторов. Выключение катализатора — только полумера, потому что лямбда-датчики обнаруживают его отсутствие и переводят двигатель в аварийный режим. Вместо катализатора, так называемый стримеры — они имеют форму катализатора, а расположение листов внутри них облегчает удаление дыма. Также необходимо вмешаться в программное обеспечение двигателя, чтобы второй лямбда-зонд не переводил его в аварийный режим. На практике для второго лямбда-зонда также используется простое механическое решение, заключающееся в том, чтобы зафиксировать его таким образом (с помощью специального металлического элемента), чтобы он не погружался в поток выхлопных газов.

Стоит помнить о катализаторе при покупке подержанного автомобиля. Может случиться, что предыдущий владелец отключит его, и у покупателя будут незапланированные расходы.

Замена катализатора новым — оригинальным или универсальным

Это самое дорогое решение, но в то же время самое надежное и долговечное.

При правильных условиях они могут выдержать до 200 000 км пробега, как те, что использовались для первой сборки. Сколько стоит такой катализатор? Все зависит от модели автомобиля и версии двигателя.

Они довольно долговечны.

Универсальные катализаторы в зависимости от размера и нормы выбросов являются самыми дешевыми. Однако они не очень долговечны.

Для катализаторов, установленных внутри выпускного коллектора, приобретаются специальные вкладыши. К сожалению, обмен довольно дорогой, потому что механик должен снять коллектор, разрезать его и попасть во вставку. Сам корпус также иногда приходится разрезать, чтобы вставить в него новую вставку.

Как происходит замена:

  • Отсоедините разъемы лямбда-зондов (они могут быть расположены в среднем туннеле рядом с коробкой передач).
  • Снятие всей выхлопной системы
  • Старый катализатор вырезали с помощью угловой шлифовальной машины
  • Сварка нового катализатора вместо старого. Возможно, потребуется установить несколько дополнительных проставок.
  • Установка выхлопной системы
  • Подключение штекеров лямбда-зондов

Дополнительные расходы могут возникнуть во время замены, потому что выхлопная система может быть сильно изношена. Неосторожный механик также может перекрутить лямбда-зонд (иногда вам нужно открутить его, когда он установлен в корпусе катализатора) или сломать его кабель.

Как выбирается автомобильный катализатор? Вам нужны данные, такие как:

  • Марка, модель, год выпуска автомобиля
  • Версия двигателя, мощность
  • Стандарт эмиссии
  • Диаметр выхлопной трубы
  • Размеры и форма (обычно второстепенная проблема, за исключением катализаторов, установленных в выпускном коллекторе)

Как снизить стоимость замены катализатора на новый? Старый, разобранный катализатор можно продать. Работает много компаний, которые их покупают. Цена зависит от уровня истощения.

Замена катализатора на использованный

Это метод ремонта с наибольшим риском. Использованные катализаторы чаще всего покупают на шротах или онлайн-аукционах. Они не самые дешевые, и за их установку нужно платить столько же, сколько и за установку новых.

Вы никогда не знаете, в каком состоянии находится катализатор и как долго он будет работать. Если мы хотим сэкономить — лучше купить самый дешевый, универсальный катализатор.

Если ваш автомобиль показывает признаки износа каталитического нейтрализатора автомобиля

Если вы хотите заменить катализатор на новый оригинальный или универсальный

Если вам нужна помощь в выборе и покупке катализатора

Чем отличается катализатор от сажевого фильтра?

Нередко можно услышать от владельцев автомобилей с бензиновым двигателем фразу: «Моя машина нуждается в замене сажевого фильтра» – это в корне не верное высказывание в отношении каталитического нейтрализатора, которым на самом деле оснащаются машины с данной спецификацией топливной системы. Впрочем, некоторые сотрудники автомастерских также не могут разграничивать понятия «сажевый фильтр» и «катализатор». Попробуем разобраться в отличиях между этими двумя типами деталей выпускного коллектора автомобиля.

Каталитический нейтрализатор

Каталитический нейтрализатор или, проще говоря, катализатор – это деталь автомобиля, внешне имеющая цилиндрическую или прямоугольную форму и предназначенная для нейтрализации вредных компонентов в выхлопных газах, выделяющихся двигателем внутреннего сгорания автомобиля, работающего на бензине или газообразном топливе.

Конструктивно катализатор состоит из следующих элементов:

  • впускной воронки;
  • металлического наружного кожуха;
  • монтажного мата;
  • металлической или керамической монолитной сердцевины;
  • выпускной воронки.

    Конструкция катализатора в поперечном разрезе напоминает мелкоячеистые соты, внутренняя поверхность которых покрыта слоем активных благородных металлов платиновой группы (платиной, родием, палладием). В процессе прохождения отработанных газов через внутреннее пространство катализатора вредные продукты сгорания бензина взаимодействуют с каталитическим покрытием и преобразуются в безопасные для человека и окружающей среды соединения (диоксид углерода, водяной пар, азот), выводимые через выхлопную трубу в атмосферу. Кроме этого, нейтрализатор улавливает твердые продукты деструкции топлива, которые оседают на его стенках по принципу фильтра.

    Перечисленные выше процессы, протекающие в катализаторе, обуславливают его постепенное загрязнение по мере эксплуатации автомобиля, в конце концов, данная деталь полностью утрачивает свою функциональность, что требует ее чистки или полноценной замены на новую запчасть.

    Сажевый фильтр

    Фильтр сажевый применяется исключительно для двигателей, работающих на дизтопливе. Это обусловлено тем, что при сгорании дизельного топлива выделяется значительно большее количество коптящего дыма, чем при сгорании бензина или газа. Сажевый фильтр как раз и обеспечивает эффективное улавливание твердых сажевых частиц, конденсирующихся из отработанных газов, а также нейтрализует вредные газообразные компоненты до безопасного состояния.

    Сажевый фильтр имеет разветвленную внутреннюю конструкцию, напоминающую лабиринт из карбида кремния с многочисленными полостями для удержания сажи.

    Отдельные разновидности сажевых фильтров содержат специальные титановые ячейки, обеспечивающие нейтрализацию вредных соединений – окиси углерода (СО) и оксида азота. Таким образом, сажевый фильтр наряду с функцией улавливания сажи также сочетает в себе функции катализатора.

    Сажевый фильтр способен улавливать до 90% сажевого углерода, выбрасываемого двигателем. По мере забивания фильтра автомобиль увеличивает потребление топлива, однако мощность при этом снижается, также наблюдаются частые спонтанные остановки мотора.

    Сходство катализатора и сажевого фильтра

  • Предназначены для улавливания и нейтрализации продуктов сгорания автомобильного топлива, как твердых частичек, так и вредных газообразных компонентов выхлопа (оксиды углерода, азота, углеводородные соединения и пр.).
  • Обеспечивают защиту окружающей среды от вредных веществ, содержащихся в отработанных газах.
  • Монтируются в качестве составной части выпускного коллектора автомобиля.
  • Являются обязательными к установке на всех автомобилях в зависимости от типа двигателя, что регламентируется современными евростандартами.
  • Конструктивно имеют цилиндрическую или прямоугольную форму с входящей и выходящей воронками. Наружный корпус изготавливается из металла, а внутреннее устройство может быть разным.
  • По мере эксплуатации автомобиля, загрязняются гарью и копотью, поэтому требуют периодической регенерации или полной замены.
  • Оснащаются специальными датчиками, контролирующими степень загрязненности катализатора или сажевого фильтра.

    Отличия катализатора от сажевого фильтра

  • Тип двигателя – катализатор применяется только для авто с бензиновым двигателем или моторах, работающих на пропане или бутане.
  • Очистка выхлопных газов – от гари, копоти и канцерогенных веществ.
  • Внутренне устройство представлено мелкоячеистыми сотами, аккумулирующими продукты сгорания бензина или газа (изготавливаются металлическими или керамическими).
  • Поверхность сот покрыта слоем катализатора из благородных металлов платиновой группы, который при повышенных температурах трансформирует вредные продукты сгорания в безопасное состояние посредством химических реакций.
  • Ширина внутренних ячеек и каналов – более узкая.
  • Срок эксплуатации — определяется многими показателями, а также материалом изготовления (металлические – более долговечные и устойчивые к перепадам температур, пробег авто с ними составляет до 200 000 км; керамические являются более дешевыми, однако обладают хрупкостью и ограниченным пробегом – 50 000-70 000 км).
  • Способ очистки – при условии незначительной загрязненности сот катализатора, возможна их чистка без демонтажа с помощью химических реагентов, добавляемых в топливо. При значительном загрязнении, деталь демонтируют и подвергают многократному промыванию специальными жидкостями, а также очищают механически. В особо запущенных случаях вышедший из строя катализатор подлежит замене на новую запчасть.
  • Из чего состоит каталитический нейтрализатор

    До сих пор не каждый автолюбитель знает, что такое катализатор в автомобиле, а рассказать о содержимом катализатора смогут лишь единицы. Давайте сегодня рассмотрим эти вопросы ради повышения уровня грамотности и понимания, что делать если катализатор нужно удалять.

    Каталитический нейтрализатор или на сленге автомобилистов катализатор – это устройство в выхлопной системе автомобиля, которое выполняет функцию очистки токсичных газов двигателя внутреннего сгорания и превращение их в безопасные элементы.

     

    Как работает катализатор?

     

    За долгие годы существования автомобильной индустрии человечество задумалось над проблемой едкого запаха выхлопных газов и загрязнения окружающей среды. Было принято решение снизить негативное влияние автомобиля, и инженеры разработали катализатор.

     

    Катализатор находится под капотом автомобиля и связан с двигателем и выхлопной трубой. Такое расположение позволяет перемещать отработанные двигателем газы в катализатор и перерабатывать их быстрее, чем 0,1 секунды. В результате наружу выходят безвредные газы и частицы воды.

     

     

    Состав катализатора

     

    Снаружи катализатор покрыт нержавеющей сталью, под которым скрывается богатый внутренний мир из двух керамических блоков. Эти блоки состоят из нескольких тысяч каналов. По некоторым данным, на 1 квадратный сантиметр приходится 60 микроканалов, которые забиваются со временем.

    Но самое интересное содержимое катализатора – это сплав из драгоценных металлов: платины, палладия и родия, которые частично сохраняются даже в забитом катализаторе. Такой сплав покрывает керамические блоки с торцов. Извлечь его самостоятельно невозможно, если не обладать знаниями и специальным оборудованием.

    Использование драгоценных металлов в катализаторе объясняется химией. Взаимодействуя с оксидами азота, монооксидами углерода и другими вредными элементами, такой сплав из платины, палладия и родия нейтрализует их и превращает в безопасные газы. Другим их достоинством является неподверженность коррозии.

    Минус катализатора в том, что для работы ему нужны высокие температуры, минимум 300 градусов по Цельсию. Первые минуты, пока двигатель не прогрелся, автомобиль является источником загрязнения.

     

    В остальном считается, что катализатор справляется с очищением почти 99% всех токсичных газов при условии поддержания его рабочей температуры.

    На сегодняшний день автомобильная индустрия не придумала лучшей технологии для минимизации вредного воздействия, кроме электромобилей, которые когда-нибудь займут лидирующие позиции по продажам.

    Но пока что с конвейера выпускают машины с недолговечными каталитическими нейтрализаторами, и автомобилистам приходится решать проблемы, которые они приносят.

     

     

    Внешняя оболочка состоит из нержавеющего металла, но всё самое интересное скрывается внутри. Два керамических блока, состоящие из тысяч каналов, являются основой катализатора. Только представьте: 60 микроканалов на 1 квадратный сантиметр. С торцов блоки покрыты драгоценными металлами. Первый блок  с платиной  и родием, а второй – платиной и палладием. Наличие драгметаллов объясняет высокую стоимость катализатора.

     

    Что делать, если удаление катализатора неизбежно?

     

    С удалением катализатора сталкивается большинство собственников авто. Причин для этого достаточно, и мы подробно освещали их ТУТ.

    Каждый решает проблемы по-разному: кто-то выбирает пламегаситель вместо катализатора, кто-то предпочтет обманку или потратится на приобретение нового катализатора.

    В любом случае лишние деньги никому не повредят. Чтобы получить выгоду от поломки катализатора, его нужно правильно сдать в компании, которые занимаются их приемом.

     

    Компания Sdaykat находится на рынке не первый год и работает по справедливой системе расчета. Вы узнаете, сколько стоит ваш старый катализатор, только после проведения тщательного анализа и подробного изучения его содержимого. Это не отнимет много времени, но принесет достаточно пользы для вас и для окружающего мира, поскольку Sdaykat утилизирует токсичные вещества, а пригодные материалы отправит на вторичную переработку.

     

    Чтобы записаться на проведение бесплатного выездного анализа, нужно оформить заявку прямо на сайте или по номеру телефона.

     

    Почему выходит из строя каталитический нейтрализатор — журнал За рулем

    В системе выпуска всех современных автомобилей есть устройство для снижения токсичности отработавших газов — каталитический нейтрализатор. Рассмотрим его конструкцию и возможные неисправности.

    Каталитические нейтрализаторы начали применять еще в прошлом веке для снижения токсичности отработавших газов автомобильного двигателя с искровым зажиганием.

    Керамические соты каталитического нейтрализатора

    Керамические соты каталитического нейтрализатора.

    Керамические соты каталитического нейтрализатора.

    Материалы по теме

    Внутри нейтрализатора расположен пористый несущий материал — керамический блок с сотовой структурой. На поверхность керамического блока нанесен промежуточный слой активаторов, а поверх него — каталитически активный слой из благородных металлов (платины, палладия и родия). На каталитически активном слое происходят химические реакции, при которых ядовитые вещества отработавших газов: оксид углерода и оксиды азота — превращаются в диоксид углерода и элементарный азот, а углеводороды — в диоксид углерода и водяной пар. Степень очистки отработавших газов в исправном нейтрализаторе достигает 98%.

    Каталитический нейтрализатор работает без расхода активного вещества. В современных автомобилях с нормами токсичности Евро-4 и Евро-5 каталитические нейтрализаторы располагают максимально близко к выпускным отверстиям и крепят шпильками или болтами через прокладку к головке блока цилиндров.

    Каталитический нейтрализатор (катколлектор)

    Каталитический нейтрализатор (катколлектор) плотно компонуется с силовым агрегатом Лады Гранты.

    Каталитический нейтрализатор (катколлектор) плотно компонуется с силовым агрегатом Лады Гранты.

    Столь тесное соседство массивного и горячего каталитического нейтрализатора с двигателем затрудняет компоновку моторного отсека и приводит к повышению температуры в подкапотном пространстве. Но зато прогрев активной зоны катколлектора после пуска двигателя происходит быстрее. Ведь только прогретый катализатор способен эффективно очищать отработавшие газы. Каталитические реакции эффективно идут только при температуре свыше 300 градусов Цельсия.

    Каталитический нейтрализатор автомобиля Лада Приора

    Каталитический нейтрализатор автомобиля Лада Приора.

    Каталитический нейтрализатор автомобиля Лада Приора.

    Для правильной работы системы перед каталитическим блоком и сразу за ним устанавливают кислородные датчики (лямбда-зонды). Стоящий до нейтрализатора датчик называют управляющим, а установленный после — диагностическим.

    В мировой практике используется и другое расположение каталитического нейтрализатора. Такая схема с расположением бочонка каталитического нейтрализатора под днищем автомобиля появилась на заре применения этого способа снижения токсичности отработавших газов и до сих пор используется, например, на автомобилях фирмы Renault при нормах Евро-4 и даже Евро-5.

    Каталитический нейтрализатор

    Каталитический нейтрализатор под днищем кроссовера Renault Duster

    Каталитический нейтрализатор под днищем кроссовера Renault Duster

    Система выпуска отработавших газов Lada 4×4

    Система выпуска отработавших газов Лады 4×4, каталитический нейтрализатор расположен вдалеке от двигателя.

    Система выпуска отработавших газов Лады 4×4, каталитический нейтрализатор расположен вдалеке от двигателя.

    Каталитический нейтрализатор считается надежным элементом конструкции современного автомобиля, и производители не предусматривают регламента по его замене. То есть, по их мнению, срок службы катколлектора или элемента под днищем автомобиля должен быть равен сроку службы всего автомобиля. Тем не менее практика показала, что каталитические нейтрализаторы далеко не всегда служат безупречно.

    Что может случиться с нейтрализатором?

    Первой неисправностью активного элемента катколлектора является его оплавление, проявляющееся в виде спекания сот и приводящее к затрудненному проходу отработавших газов. Обычно это происходит после того, как превышен порог температуры газов в 900 градусов.

    Каталитический нейтрализатор

    Оплавление керамического блока захватывает пока не всю площадь. Но процесс происходит лавинообразно. Часть сот забита, остальные перегреваются и оплавляются дальше.

    Оплавление керамического блока захватывает пока не всю площадь. Но процесс происходит лавинообразно. Часть сот забита, остальные перегреваются и оплавляются дальше.

    Второй возможный сценарий повреждения катколлектора — это разрушение керамики. Иными словами, она начинает крошиться.

    Каталитический нейтрализатор

    Выкрошился сравнительно небольшой участок. Вопрос только в том, куда попадут частицы керамики?

    Выкрошился сравнительно небольшой участок. Вопрос только в том, куда попадут частицы керамики?

    И третий — это просто забитый продуктами неполного сгорания топлива и масла нейтрализатор, не дающий двигателю «дышать».

    Каталитический нейтрализатор

    Отработавшие газы практически не имеют выхода.

    Отработавшие газы практически не имеют выхода.

    Ряд производителей используют вместо керамической основы металлическую пористую структуру. В народе такое решение считают более прочным.

    Каталитический нейтрализатор

    Практика показывает, что вероятность разрушения такого нейтрализатора существует.

    Практика показывает, что вероятность разрушения такого нейтрализатора существует.

    Материалы по теме

    Оплавление (спекание) сот диагностируется по падению мощности двигателя — разгон со временем становится все хуже, вплоть до того, что двигатель перестает набирать обороты «до отсечки» даже без нагрузки. Максимальная скорость — все ниже, а пуск двигателя, как холодного, так и прогретого, затрудняется. В дальнейшем он вообще перестает пускаться. При такой неисправности загорается сигнализатор Check-Engine, и вообще не заметить его трудно.

    Гораздо коварнее дефект, при котором частицы керамики начинают выкрашиваться с поверхности сот. Причиной разрушения керамики чаще всего является некачественное топливо, которое догорает на такте выпуска. Причем крошение начинается в самой горячей зоне, на кромках сот, расположенных ближе к двигателю.

    При работе двигателя на разных режимах может происходить заброс части отработавших газов обратно в цилиндры двигателя. Керамическая пыль, являющаяся абразивом и попавшая с потоком газов в цилиндр, быстро выведет из строя поршневую группу и приведет к задирам на стенках цилиндров.

    Впрочем, опасно это явление далеко не для всех двигателей. Мы даже не будем говорить про модели, у которых нейтрализатор вопреки общемировым тенденциям закреплен под днищем автомобиля, а потому вредоносным частицам пришлось бы преодолеть почти метр «против течения». Некоторые производители благодаря применению верных конструктивных решений избежали этих проблем или сумели вовремя их устранить.

    Как дела с гарантией?

    Материалы по теме

    Характерен пример с мотором QR фирмы «Ниссан». Эти двигатели, например, устанавливались на X-Trail первого поколения (Т-30). При пробеге не более 40–60 тыс. км происходил именно тот процесс, о котором мы писали выше. Двигатели выходили из строя по увеличенному износу цилиндров из-за частиц разрушенного керамического блока. Но компания «Ниссан» заняла по данному вопросу правильную позицию. Заменяли по гарантии блок цилиндров с поршневой и коленвалом (шорт-блок) и, естественно, катколлектор, причем на модернизированный. Тогда даже владельцы легко отличали новый катколлектор от старого по углу наклона кислородного датчика. С таким же явлением столкнулись и владельцы автомобилей Toyota Camry прошлого поколения, только там износ проявлялся позже, к пробегу около 100 тыс.км. И в этом случае встречались владельцы, успевшие по гарантии восстановить автомобиль, но были и те, кто не успел.

    На фоне такого отношения к потребителю резко негативное отношение вызывает позиция, занятая концерном Kia. В сервисной книжке автомобилей этой марки до начала 2016 года красовалась надпись, что гарантийные обязательства на каталитический нейтрализатор простираются вплоть до 1(!) тысячи километров. Грубо говоря, на две заправки топливом, а потом «плохой русский бензин» может повредить каталитический нейтрализатор, но фирма за это уже не отвечает. Правда, с 2016 года гарантия на каталитический нейтрализатор была продлена до 150 тыс. км.

    По мнению автора, гарантия на каталитический нейтрализатор должна быть продолжительностью не меньше, чем на автомобиль.

    Теперь поподробнее рассмотрим, что следует и чего не следует делать владельцу автомобиля, чтобы нейтрализатор прослужил долго и счастливо.

    Материалы по теме

    Причины выхода из строя каталитического нейтрализатора:

    1. Плохое качество топлива — чаще всего с низким октановым числом. Система управления двигателем переходит на позднее зажигание. Это вызывает догорание смеси на выпуске и рост температуры отработавших газов.
    2. Неправильная работа системы зажигания (пропуски зажигания). Не сгоревшее в одном цилиндре топливо тут же поджигается и горит в нейтрализаторе.
    3. Механическое повреждение каталитического нейтрализатора. Повышенная вибрация силового агрегата и удары по катализатору приводят к крошению керамического блока.
    4. Термоудары. Мгновенное охлаждение раскаленного нейтрализатора при преодолении лужи, к примеру, может вызвать трещины керамического элемента.
    5. Неправильный состав топливовоздушной смеси, вызванный, например, неисправностью датчика кислорода. Тот же эффект вызовут негерметичные, льющие форсунки.
    6. Добавление присадок в бензин. Коктейли от непроверенных производителей или нарушение концентрации могут повышать температуру сгорания на выпуске.
    7. Самые новые конструкции двигателей с минимальной токсичностью запрограммированы на быстрый прогрев нейтрализатора. В условиях холодов для ускорения прогрева вначале блоки управления двигателем очень переобогащают смесь, которая догорает на поверхности нейтрализатора.
    8. В истории существовали откровенные дефекты конструкции нейтрализатора. Например, Suzuki проводила отзывную кампанию по сплошной замене нейтрализаторов на автомобилях SX4.

    Из личного опыта

    Вторая половина девяностых. Я работал менеджером по автопарку в коммерческой фирме. Шеф вызывает и говорит: Карину (Toyota Carina Е) продавать будем. Езжай на мойку, и чтоб двигатель блестел, как…

    Toyota Carina Е

    Toyota Carina Е

    Toyota Carina Е

    Материалы по теме

    Ну я и поехал. Команду шефа о качестве мойки передал. А мотор, хоть и впрысковый, но имел одну катушку зажигания и высоковольтный распределитель. На выезде начались перебои в работе двигателя. До офиса всего-то метров 300. Недотянул. Автомобиль глохнет, и под днищем как будто реактивный двигатель начинает работать. Гудит, машина трясется. Я выскочил, отбежал, а из выхлопной трубы струя черной гари летит вперемешку с искрами.

    В общем, погорело и перестало. Вернулся к машине, открыл капот, вскрыл крышку распределителя, а там болото. Влагу вытер, просушил и добрался-таки до офиса. А теперь ответьте на вопрос: где, по-вашему, горело топливо?

    А если все-таки конец?

    Вышедший из строя каталитический нейтрализатор на негарантийной машине заменять оригинальным сможет и захочет далеко не каждый. Дорого это. Какие варианты развития событий?

    Материалы по теме

    1. Просто выбить начинку из нейтрализатора. Это требует перепрошивки блока управления, чтобы он «закрыл глаза» на сигнал со второго кислородного датчика, либо установки механической или электронной обманки. Механическая представляет собой втулку, в которой закреплен кусочек каталитического нейтрализатора, а электронная просто имитирует правильный сигнал датчика кислорода.
    2. Выбить начинку и установить вместо нее пламягаситель. Он представляет собой несколько камер с отверстиями, служащими для снижения температуры и давления газов. Это несколько уменьшает шум и облегчает режим работы других элементов системы выпуска отработавших газов. «Мозги» автомобиля предстоит обмануть, как описано выше.
    3. Установить вместо керамического блока универсальный ремонтный каталитический нейтрализатор. Чаще всего на металлической, а не керамической основе. Степень очистки будет немного ниже, но «вредителями» вы себя чувствовать не будете.

    Расскажите, а как происходило ваше общение с «чудовищем под днищем» — каталитическим нейтрализатором: работает, вырезан, заменен?

    С «историями болезней» автомобилей прошлых поколений можно познакомиться, пройдя по ссылке.

    Объяснитель: Что такое катализатор?

    энергия активации (в химии) Минимальная энергия, необходимая для того, чтобы произошла конкретная химическая реакция.

    атом Основная единица химического элемента. Атомы состоят из плотного ядра, которое содержит положительно заряженные протоны и нейтрально заряженные нейтроны. Ядро вращается вокруг облака отрицательно заряженных электронов.

    связь (в химии) Полупостоянное соединение между атомами — или группами атомов — в молекуле.Он образован силой притяжения между участвующими атомами. После соединения атомы будут работать как единое целое. Чтобы разделить составляющие атомы, молекуле необходимо подвести энергию в виде тепла или другого типа излучения.

    углерод Химический элемент с атомным номером 6. Он является физической основой всего живого на Земле. Углерод существует свободно в виде графита и алмаза. Это важная часть угля, известняка и нефти, и она способна химически самосвязываться с образованием огромного количества химически, биологически и коммерчески важных молекул.

    катализатор Вещество, которое помогает химической реакции протекать быстрее. Примеры включают ферменты и элементы, такие как платина и иридий.

    каталитический нейтрализатор Устройство из керамических структур сотовой формы, которое устанавливается на выхлопную трубу транспортного средства. Проходя через него выхлопные газы, они сталкиваются с двумя разными типами катализаторов, каждый из которых может вызвать различный тип химической реакции. Один или несколько металлов, обычно платина, родий, палладий, а иногда даже золото, покрывают внутреннюю часть системы.Все стенки сотовой структуры устройства значительно увеличивают площадь покрытых катализатором поверхностей, которые теперь могут вступать в реакцию с выхлопными газами. Когда газы из двигателя попадают на эти покрытые металлом поверхности, они разрушают загрязняющие вещества, превращая их в менее вредные материалы. Датчик в преобразователе также измеряет количество кислорода в выхлопных газах. Если он находит слишком много, он приказывает компьютеру отрегулировать соотношение воздух-топливо в двигателе, чтобы он горел более чисто.

    химический Вещество, образованное двумя или более атомами, которые объединяются (становятся связанными вместе) в фиксированной пропорции и структуре.Например, вода — это химическое вещество, состоящее из двух атомов водорода, связанных с одним атомом кислорода. Его химический символ — H 2 O. Химический также может быть прилагательным, описывающим свойства материалов, которые являются результатом различных реакций между различными соединениями.

    химические связи Силы притяжения между атомами, достаточно сильные, чтобы связанные элементы функционировали как единое целое. Некоторые силы притяжения слабые, некоторые очень сильные.Кажется, что все связи связывают атомы посредством совместного использования или попытки совместного использования электронов.

    химическая реакция Процесс, который включает перегруппировку молекул или структуры вещества в противоположность изменению физической формы (например, от твердого тела к газу).

    электричество Поток заряда, обычно возникающий в результате движения отрицательно заряженных частиц, называемых электронами.

    двигатель Машина, предназначенная для преобразования энергии в полезное механическое движение.Иногда двигатель называют мотором.

    ферменты Молекулы, производимые живыми существами для ускорения химических реакций.

    выхлоп (в машиностроении) Газы и мелкие частицы, выбрасываемые — часто с высокой скоростью и / или давлением — в результате сгорания (горения) или нагревания воздуха. Выхлопные газы обычно представляют собой отходы.

    топливный элемент Устройство, преобразующее химическую энергию в электрическую.Наиболее распространенным топливом является водород, который в качестве побочного продукта выделяет только водяной пар.

    генетический Имеет отношение к хромосомам, ДНК и генам, содержащимся в ДНК. Область науки, имеющая дело с этими биологическими инструкциями, известна как генетика. Люди, работающие в этой области, — генетики.

    водород Самый легкий элемент во Вселенной. Как газ, он бесцветен, не имеет запаха и легко воспламеняется. Это неотъемлемая часть многих видов топлива, жиров и химикатов, из которых состоят живые ткани.

    иридий Обнаруженный в 1803 году, его название происходит от латинского слова «радуга». Это твердый, хрупкий и устойчивый к коррозии металл из семейства платиновых. Немного желтоватый, этот элемент в основном используется в качестве отвердителя для платины. Действительно, его температура плавления составляет более 2400 ° по Цельсию (4350 ° по Фаренгейту). Атомный номер элемента 77.

    производство Изготовление вещей, обычно в больших масштабах.

    металл Что-то, что хорошо проводит электричество, имеет тенденцию быть блестящим (отражающим) и податливым (то есть его можно изменить с помощью тепла, а не слишком большой силы или давления).

    молекула Электрически нейтральная группа атомов, представляющая минимально возможное количество химического соединения. Молекулы могут состоять из атомов одного или разных типов. Например, кислород в воздухе состоит из двух атомов кислорода (O 2 ), а вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода (H 2 O).

    питательное вещество Витамин, минерал, жир, углевод или белок, который растению, животному или другому организму требуется как часть его пищи для выживания.

    кислород Газ, составляющий около 21 процента атмосферы. Все животные и многие микроорганизмы нуждаются в кислороде для поддержания своего метаболизма.

    палладий Мягкий, пластичный, стально-белый, устойчивый к потускнению металлический элемент, встречающийся в естественных условиях с платиной, особенно в золотых, никелевых и медных рудах.

    нефть Густая легковоспламеняющаяся жидкая смесь углеводородов. Нефть — это ископаемое топливо, которое в основном находится под поверхностью Земли.Это источник химикатов, используемых для производства бензина, смазочных масел, пластмасс и многих других продуктов.

    пластик Любой из ряда легко деформируемых материалов; или синтетические материалы, которые были изготовлены из полимеров (длинных цепочек некоторых строительных блоков), которые имеют тенденцию быть легкими, недорогими и устойчивыми к разложению.

    платина Природный серебристо-белый металлический элемент, который остается стабильным (не корродирует) на воздухе.Он используется в ювелирных изделиях, электронике, химической обработке и некоторых зубных коронках.

    загрязнитель Вещество, которое портит что-либо — например, воздух, воду, наши тела или продукты. Некоторые загрязнители представляют собой химические вещества, например пестициды. Другие могут быть излучением, включая избыточное тепло или свет. Даже сорняки и другие инвазивные виды могут считаться типом биологического загрязнения.

    Определение катализатора от Merriam-Webster

    кошка · а · Lyst | \ Ka-tə-ləst \

    1 : вещество, которое позволяет химической реакции протекать обычно с большей скоростью или в других условиях (например, при более низкой температуре), чем это возможно в других случаях.

    2 : агент, который провоцирует или ускоряет значительные изменения или действия. Этот водный путь стал катализатором индустриализации области.Он был катализатором восстания туземцев.

    7 фактов о катализе, которых вы можете не знать

    Практически все в вашей повседневной жизни зависит от катализаторов: автомобили, стикеры, стиральный порошок, пиво.Все части вашего сэндвича — хлеб, сыр чеддер, жареная индейка. Катализаторы разрушают бумажную массу, чтобы получить гладкую бумагу в вашем журнале. Они очищают ваши контактные линзы каждую ночь. Они превращают молоко в йогурт, а нефть — в пластиковые молочники, компакт-диски и велосипедные шлемы.

    Что такое катализ?

    Катализаторы ускоряют химическую реакцию, снижая количество энергии, необходимое для ее запуска. Катализ является основой многих промышленных процессов, в которых используются химические реакции для превращения сырья в полезные продукты.Катализаторы являются неотъемлемой частью производства пластмасс и многих других промышленных изделий.

    Даже человеческий организм работает на катализаторах. Многие белки в вашем теле на самом деле являются катализаторами, называемыми ферментами, которые делают все: от создания сигналов, которые двигают ваши конечности, до помощи в переваривании пищи. Они действительно важная часть жизни.

    Маленькие дела могут иметь большие результаты.

    В большинстве случаев вам нужно совсем небольшое количество катализатора, чтобы изменить ситуацию. Даже размер частицы катализатора может изменить ход реакции.В прошлом году аргонская команда, в которую входил ученый-материаловед Ларри Кертисс, обнаружила, что один серебряный катализатор лучше справляется со своей задачей, когда он находится в наночастицах шириной всего в несколько атомов. (Катализатор превращает пропилен в оксиды пропилена, что является первым шагом в производстве антифриза и других продуктов.)

    Это может сделать вещи более экологичными.

    Промышленные процессы производства пластмассы и других предметов первой необходимости часто приводят к появлению неприятных побочных продуктов, которые могут представлять опасность для здоровья человека и окружающей среды.Лучшие катализаторы могут помочь решить эту проблему. Например, тот же серебряный катализатор на самом деле производит меньше токсичных побочных продуктов, что делает всю реакцию более экологически чистой.

    По сути, катализатор — это способ экономии энергии. А применение катализаторов в больших масштабах могло бы спасти мир лотов энергии. Три процента всей энергии, используемой в США каждый год, идет на преобразование этана и пропана в алкены, которые, помимо прочего, используются для производства пластмасс.Это эквивалент более 500 миллионов баррелей бензина.

    Катализаторы также являются ключом к открытию биотоплива. Вся биомасса — кукуруза, просо, деревья — содержит прочное соединение, называемое целлюлозой, которое необходимо расщепить для получения топлива. Поиск идеального катализатора для дезинтеграции целлюлозы сделает биотопливо более дешевым и более жизнеспособным в качестве возобновляемого источника энергии.

    Вычислительное моделирование открывает перспективы для создания лучших катализаторов и красивых изображений, таких как эта модель платинового катализатора, взаимодействующего с атомами кислорода (красный) и атомами водорода (белый).Изображение Риза Ранкина, Центр наномасштабных материалов.

    Часто мы не понимаем, почему они работают.

    Точные причины, по которым катализаторы работают, часто остаются загадкой для ученых. Curtiss работает в области вычислительного катализа: использует компьютеры для решения сложного взаимодействия физики, химии и математики, которое объясняет, как работает катализатор.

    Разобравшись с процессом, ученые могут попытаться создать катализатор, который работает еще лучше, путем моделирования того, как могут работать различные материалы.Возможные конфигурации новых катализаторов могут включать тысячи комбинаций, поэтому суперкомпьютеры лучше всего справляются с ними.

    Когда Эдисон конструировал лампочку, он испытал буквально сотни различных нитей (вероятно, испытав терпение своих лаборантов), прежде чем обнаружил карбонизированную нить. Воспользовавшись суперкомпьютерами и современными технологиями, ученые могут ускорить годы испытаний и сократить расходы, чтобы добиться прорывов.

    Curtiss проводит моделирование на суперкомпьютере Argonne Blue Gene / P для разработки возможных новых катализаторов.«Поскольку суперкомпьютеры стали быстрее, мы смогли делать то, чего никогда не могли делать 10 лет назад», — сказал он.

    Они могут оказаться незаменимыми для следующей большой революции в производстве аккумуляторов.

    Новые эффективные литий-ионные аккумуляторы помогли превратить неуклюжие автомобильные телефоны в тонкие и элегантные сотовые телефоны и ноутбуки, доступные сегодня. Но ученые уже ищут следующую революцию в аккумуляторных батареях — такую, которая когда-нибудь сможет сделать аккумулятор легким и достаточно мощным, чтобы проехать 500 миль на машине.Перспективной идеей являются литий--воздушные батареи , в которых в качестве основного компонента используется кислород воздуха. Но эта новая батарея потребует полностью изменить внутреннюю химию, и ей понадобится новый мощный катализатор, чтобы заставить ее работать. Литий-воздушная батарея работает, объединяя атомы лития и кислорода, а затем снова и снова разрушая их. Это ситуация, специально созданная для катализатора, и хороший катализатор ускорит реакцию и сделает батарею более эффективной.

    Как сделать новый катализатор?

    Понимание химии реакций — это первый шаг; затем ученые могут использовать моделирование для разработки новых потенциальных катализаторов и тестирования их в лаборатории.Но этот первый шаг будет трудным, если вы не сможете перейти на атомарный уровень, чтобы увидеть, что происходит во время реакции. Именно здесь блистают крупные научные центры, такие как усовершенствованный источник фотонов (APS) в Аргонне.

    В APS ученые могут использовать самые яркие рентгеновские лучи в Соединенных Штатах, чтобы отслеживать реакции в режиме реального времени. В Центре электронной микроскопии лаборатории исследователи фотографируют атомы во время их реакции. Кертисс и его команда использовали и то, и другое в поисках лучших катализаторов.

    Определение катализатора — Химический словарь

    Что такое катализатор?

    Катализатор — это вещество, которое ускоряет химическую реакцию, но не расходуется в ходе реакции; следовательно, катализатор может быть восстановлен химически без изменений в конце реакции, которую он использовал для ускорения, или катализатора .


    Обсуждение

    Чтобы химические вещества вступили в реакцию, их связи должны быть перегруппированы, потому что связи в продуктах отличаются от связей в реагентах.Самый медленный шаг в перегруппировке связи приводит к так называемому переходному состоянию. — химическое соединение, которое не является ни реагентом, ни продуктом, но является промежуточным звеном между ними.

    Реагент ⇄ Переходное состояние ⇄ Продукт

    Для формирования переходного состояния требуется энергия. Эта энергия называется энергией активации или E a . Чтение приведенной ниже диаграммы слева направо показывает прогресс реакции, когда реагенты проходят через переходное состояние, чтобы стать продуктами.

    Преодолевая барьер

    Энергию активации можно рассматривать как барьер для химической реакции, препятствие, которое необходимо преодолеть. Если барьер высокий, немногие молекулы обладают достаточной кинетической энергией, чтобы столкнуться, сформировать переходное состояние и пересечь барьер. Реагенты с энергией ниже E a не могут пройти через переходное состояние, чтобы вступить в реакцию и стать продуктами.

    Катализатор работает, обеспечивая другой путь реакции, с более низким E a .Катализаторы снижают энергетический барьер. Другой путь позволяет упростить перегруппировку связей, необходимую для превращения реагентов в продукты, с меньшими затратами энергии. В любой заданный интервал времени присутствие катализатора позволяет большей части реагентов набрать достаточно энергии, чтобы пройти через переходное состояние и стать продуктами.

    Пример 1. Процесс Габера
    Процесс Габера, который используется для получения аммиака из водорода и азота, катализируется железом, которое обеспечивает атомные центры, на которых связи реагентов могут легче перестраиваться с образованием переходного состояния.

    N 2 (газ) + 3H 2 (газ) ⇌ 2NH 3 (газ)

    Пример 2: Ферменты
    В нашем организме и в других живых существах ферменты используются для ускорения биохимических реакций. Фермент — это разновидность катализатора. Сложная жизнь была бы невозможна без ферментов, позволяющих реакции протекать с подходящей скоростью. Формы ферментов вместе с местами на ферменте, которые связываются с реагентами, обеспечивают альтернативный путь реакции, позволяя конкретным молекулам объединяться, чтобы сформировать переходное состояние с пониженным энергетическим барьером активации.

    На схеме ниже длинноцепочечный фермент обеспечивает места для молекул реагентов, которые собираются вместе, чтобы сформировать переходное состояние с низкой энергией активации.

    Катализаторы не могут изменить положение химического равновесия — прямая и обратная реакции ускоряются, так что константа равновесия K eq остается неизменной. Однако за счет удаления продуктов из реакционной смеси по мере их образования общая скорость образования продукта может быть увеличена на практике.

    Катализатор

    Катализатор — это вещество, которое ускоряет скорость химической реакции, но не расходуется в ходе реакции. Катализатор появится на стадиях механизма реакции, но не появится в общей химической реакции (поскольку он не является реагентом или продуктом). Как правило, катализаторы существенно изменяют механизм реакции, так что новые барьеры вдоль координаты реакции значительно ниже.При понижении энергии активации константа скорости значительно увеличивается (при той же температуре) по сравнению с некаталитической реакцией.

    В мире существует множество типов катализаторов. Многие реакции катализируются на поверхности металлов. В биохимии огромное количество реакций катализируется ферментами. Катализаторы могут находиться либо в той же фазе, что и химические реагенты, либо в отдельной фазе.

    Катализаторы в одной и той же фазе называются гомогенными катализаторами , тогда как катализаторы в разных фазах называются гетерогенными катализаторами.

    Например, если у нас есть металлическая Pt в качестве катализатора реакции газообразного водорода и газообразного этена, тогда Pt является гетерогенным катализатором. Однако фермент в растворе, катализирующий биохимическую реакцию в растворе, является гомогенным катализатором.

    Еще одна важная идея о катализаторах — их избирательность. То есть катализатор не просто ускоряет все реакции, а только очень конкретную реакцию. Это ключ ко многим химическим превращениям.Когда вы хотите произвести только определенное химическое изменение, вы ищете катализатор, который ускорит эту конкретную реакцию, но не ускорит другие. В этом отношении замечательны ферменты. Живые биологические системы требуют множества специфических химических превращений, и каждый из них катализирует уникальный фермент.


    Типы катализаторов

    Катализаторы могут находиться либо в той же фазе, что и химические реагенты, либо в отдельной фазе.

    Катализаторы в одной и той же фазе называются гомогенными катализаторами, а катализаторы в разных фазах — гетерогенными катализаторами.

    Например, если у нас есть металлическая Pt в качестве катализатора реакции газообразного водорода и газообразного этена, тогда Pt является гетерогенным катализатором. Однако фермент в растворе, катализирующий биохимическую реакцию в растворе, является гомогенным катализатором.


    Влияние катализаторов

    Эффект катализатора заключается в том, что он снижает энергию активации реакции.

    Обычно это происходит потому, что катализатор изменяет способ протекания реакции (механизм).Мы можем визуализировать это для простой координаты реакции следующим образом.

    В более общем смысле катализируемая реакция может иметь ряд новых барьеров и промежуточных продуктов. Однако самый высокий барьер теперь будет значительно ниже, чем предыдущий самый большой барьер. Например, ниже приведен пример пути реакции, который показывает катализированную и некаталитическую реакцию. Путь с катализатором теперь состоит из двух ступеней и промежуточных частиц. Однако барьеры для обеих стадий намного ниже, чем в некаталитической реакции.


    Как работают катализаторы?

    Многие катализаторы работают одинаково. Они дают возможность молекулам реагента разорвать связи и затем образовать временные связи с катализатором. Это означает, что катализатор должен быть в некоторой степени реактивным, но не слишком реактивным (поскольку мы не хотим, чтобы эти связи были постоянными). Например, металлическая Pt служит катализатором многих реакций с участием газообразного водорода или газообразного кислорода. Это связано с тем, что поверхность Pt позволяет H 2 или O 2 разорвать свои связи, а затем образовать атомные частицы, которые «связаны» с Pt.Однако эти новые связи могут быть достаточно слабыми, чтобы атомные частицы могли затем вступить в реакцию с другими молекулами и покинуть поверхность. Таким образом, после реакции металл Pt возвращается в свое первоначальное состояние.

    Например, на рисунке ниже изображена реакция этена и газообразного водорода. Водород приземляется на поверхность и разрывает свою связь, образуя атомы H, связанные с поверхностью (2). Двойная связь этена также разорвана, и два атома углерода также связаны с поверхностью (3). + (водн.) \; + \; O_2 (g)} & {\ rm Шаг \; 2} \\ {\ rm Mn (OH) _2 (aq) \; + \; H_2O_2 (l)} \; & \правая стрелка & \; {\ rm MnO_2 (s) \; + 2H_2O (l)} & {\ rm Шаг \; 3} \ end {array} \]

    Итак, в чистой реакции нет изменений в MnO 2. Однако во время реакции он превращается в Mn 2+ , а также в Mn (OH) 2 . Катализатор может быть идентифицирован таким образом в механизме реакции, поскольку он сначала появляется в «реагентах», но затем подвергается риформингу. позже в реакции.

    Катализаторы также могут функционировать, «удерживая» молекулы в определенных конфигурациях, одновременно ослабляя некоторые конкретные связи. Это позволяет катализатору существенно «помогать» химическим процессам, располагая реакции в благоприятных геометрических формах, а также ослабляя связи, которые необходимо разорвать по координате реакции.


    Ферменты

    Ферменты — биологические катализаторы. Это белки, которые складываются в определенные конформации, чтобы ускорить определенные химические реакции. Для биохимических реакций реагент обычно называют субстратом. Субстрат превращается в продукт. Механизмы многих ферментов очень похожи. Субстрат (ы) и фермент связываются в комплекс. Физическое местоположение на ферменте, в котором связывается субстрат, называется «активным центром».После связывания этот комплекс может ослабить определенные связи в субстрате, что приведет к химическому взаимодействию с образованием продукта. Продукт слабо связан с субстратом, так что теперь он диссоциирует, и фермент может свободно связываться с другой молекулой субстрата.

    Активные центры ферментов могут быть очень специфичными, так что фермент будет катализировать только очень специфическую реакцию для очень специфической молекулы. Обычно существует равновесие между связанным комплексом и свободным субстратом и ферментом, так что связывание может быть обратимым.Напротив, как только продукт образуется, обратная реакция обычно никогда не происходит.

    Субстрат + фермент ↔ Комплекс → Продукт.

    Активность многих ферментов может быть заблокирована молекулами, имитирующими субстрат, но не участвующими в химии. Затем эти молекулы эффективно «выключают» фермент, блокируя активный сайт и предотвращая связывание субстрата. Так действуют многие фармацевтические препараты. Такие молекулы обычно называют ингибиторами, поскольку они подавляют активность фермента.

    14.7: Катализ — Химия LibreTexts

    Цели обучения

    • Чтобы понять, как катализаторы увеличивают скорость реакции и селективность химических реакций.

    Катализаторы — это вещества, которые увеличивают скорость химической реакции, но не расходуются в процессе. Катализатор, следовательно, не входит в общую стехиометрию реакции, которую он катализирует, но он должен появляться по крайней мере в одной из элементарных реакций в механизме катализированной реакции.Катализированный путь имеет более низкое значение E a , но чистое изменение энергии, возникающее в результате реакции (разница между энергией реагентов и энергией продуктов), не зависит от присутствия катализатора ( Рисунок \ (\ PageIndex {1} \)). Тем не менее, из-за более низкого значения E a скорость реакции катализированной реакции выше, чем скорость реакции некаталитической реакции при той же температуре. Поскольку катализатор уменьшает высоту энергетического барьера, его присутствие увеличивает скорость как прямой, так и обратной реакции на одинаковую величину.В этом разделе мы рассмотрим три основных класса катализаторов: гетерогенные катализаторы, гомогенные катализаторы и ферменты.

    Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Снижение энергии активации реакции катализатором. На этом графике сравниваются диаграммы потенциальной энергии для одностадийной реакции в присутствии и в отсутствие катализатора. Единственный эффект катализатора — снижение энергии активации реакции. Катализатор не влияет на энергию реагентов или продуктов (и, следовательно, не влияет на ΔE).(CC BY-NC-SA; анонимно)

    Катализатор влияет на E a , а не на Δ E .

    Гетерогенный катализ

    В гетерогенном катализе катализатор находится в фазе, отличной от фазы реагентов. По крайней мере, один из реагентов взаимодействует с твердой поверхностью в физическом процессе, называемом адсорбцией, таким образом, что химическая связь в реагенте становится слабой, а затем разрывается. Яды — это вещества, которые необратимо связываются с катализаторами, предотвращая адсорбцию реагентов и, таким образом, снижая или разрушая эффективность катализатора.

    Примером гетерогенного катализа является взаимодействие газообразного водорода с поверхностью металла, такого как Ni, Pd или Pt. Как показано в части (а) на рисунке \ (\ PageIndex {2} \), водородно-водородные связи разрываются и образуют отдельные адсорбированные атомы водорода на поверхности металла. Поскольку адсорбированные атомы могут перемещаться по поверхности, два атома водорода могут сталкиваться и образовывать молекулу газообразного водорода, которая затем может покинуть поверхность в обратном процессе, называемом десорбцией.Адсорбированные атомы H на поверхности металла значительно более активны, чем молекула водорода. Поскольку относительно прочная связь H – H (энергия диссоциации = 432 кДж / моль) уже разорвана, энергетический барьер для большинства реакций H 2 на поверхности катализатора существенно ниже.

    Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Гидрирование этилена на гетерогенном катализаторе. Когда молекула водорода адсорбируется на поверхность катализатора, связь H – H разрывается, и образуются новые связи M – H. Отдельные атомы H более реакционноспособны, чем газообразный H 2 .Когда молекула этилена взаимодействует с поверхностью катализатора, она вступает в реакцию с атомами H в ступенчатом процессе с образованием этана, который высвобождается. (CC BY-NC-SA; анонимно)

    На рисунке \ (\ PageIndex {2} \) показан процесс, называемый гидрогенизацией , в котором атомы водорода добавляются к двойной связи алкена, такого как этилен, для получения продукт, содержащий одинарные связи C – C, в данном случае этан. Гидрирование используется в пищевой промышленности для преобразования растительных масел, состоящих из длинных цепочек алкенов, в более коммерчески ценные твердые производные, содержащие алкильные цепи.Гидрирование некоторых двойных связей в полиненасыщенных растительных маслах, например, дает маргарин, продукт с температурой плавления, текстурой и другими физическими свойствами, аналогичными свойствам сливочного масла.

    Несколько важных примеров промышленных гетерогенных каталитических реакций приведены в Таблице \ (\ PageIndex {1} \). Хотя механизмы этих реакций значительно сложнее описанной здесь простой реакции гидрирования, все они включают адсорбцию реагентов на твердой каталитической поверхности, химическую реакцию адсорбированных частиц (иногда через ряд промежуточных частиц) и, наконец, десорбцию. изделий с поверхности.

    Таблица \ (\ PageIndex {1} \): Некоторые коммерчески важные реакции с использованием гетерогенных катализаторов
    Коммерческий процесс Катализатор Начальная реакция Конечный коммерческий продукт
    контактный процесс V 2 O 5 или Pt 2SO 2 + O 2 → 2SO 3 H 2 SO 4
    Процесс Хабера Fe, K 2 O, Al 2 O 3 Н 2 + 3Н 2 → 2Н 3 NH 3
    процесс Оствальда Pt и Rh 4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O HNO 3
    Реакция конверсии вода-газ Fe, Cr 2 O 3 или Cu CO + H 2 O → CO 2 + H 2 H 2 для NH 3 , CH 3 OH и других видов топлива
    паровой риформинг Ni CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 H 2
    синтез метанола ZnO и Cr 2 O 3 CO + 2H 2 → CH 3 OH СН 3 ОН
    Процесс Sohio фосфомолибдат висмута \ (\ mathrm {CH} _2 \ textrm {= CHCH} _3 + \ mathrm {NH_3} + \ mathrm {\ frac {3} {2} O_2} \ rightarrow \ mathrm {CH_2} \ textrm {= CHCN} + \ mathrm {3H_2O} \) \ (\ underset {\ textrm {акрилонитрил}} {\ mathrm {CH_2} \ textrm {= CHCN}} \)
    каталитическое гидрирование Ni, Pd или Pt RCH = CHR ′ + h3 → RCH 2 —CH 2 R ′ частично гидрогенизированные масла для маргарина и т. Д.

    Гомогенный катализ

    В гомогенном катализе катализатор находится в той же фазе, что и реагент (ы).Число столкновений между реагентами и катализатором максимально, поскольку катализатор равномерно диспергирован по всей реакционной смеси. Многие гомогенные катализаторы в промышленности представляют собой соединения переходных металлов (Таблица \ (\ PageIndex {2} \)), но извлечение этих дорогостоящих катализаторов из раствора было серьезной проблемой. В качестве дополнительного барьера к их широкому коммерческому использованию многие гомогенные катализаторы можно использовать только при относительно низких температурах, и даже в этом случае они имеют тенденцию медленно разлагаться в растворе.Несмотря на эти проблемы, в последние годы был разработан ряд коммерчески жизнеспособных процессов. Полиэтилен высокой плотности и полипропилен производятся методом гомогенного катализа.

    Таблица \ (\ PageIndex {2} \): Некоторые коммерчески важные реакции с использованием гомогенных катализаторов
    Коммерческий процесс Катализатор Реагенты Конечный продукт
    Union Carbide [Rh (CO) 2 I 2 ] CO + CH 3 OH CH 3 CO 2 H
    гидропероксидный процесс Комплексы Mo (VI) CH 3 CH = CH 2 + R – O – O – H
    гидроформилирование Rh / PR 3 комплексов RCH = CH 2 + CO + H 2 RCH 2 CH 2 CHO
    адипонитрил процесс Ni / PR 3 Комплексы 2HCN + CH 2 = CHCH = CH 2 NCCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CN, используемый для синтеза нейлона
    полимеризация олефинов (RC 5 H 5 ) 2 ZrCl 2 CH 2 = CH 2 — (CH 2 CH 2 -) n : полиэтилен высокой плотности

    Ферменты

    Ферменты, катализаторы, встречающиеся в природе в живых организмах, представляют собой почти все белковые молекулы с типичной молекулярной массой 20 000–100 000 а.е.м.Некоторые из них представляют собой гомогенные катализаторы, которые вступают в реакцию в водном растворе в клеточном отделении организма. Другие представляют собой гетерогенные катализаторы, встроенные в мембраны, которые отделяют клетки и клеточные компартменты от их окружения. Реагент в реакции, катализируемой ферментами, называется субстратом .

    Поскольку ферменты могут увеличивать скорость реакции в огромных количествах (до 10 17 раз по сравнению с некатализируемой скоростью) и имеют тенденцию быть очень специфичными, обычно производя только один продукт с количественным выходом, они являются предметом активных исследований.В то же время ферменты обычно дороги в получении, они часто перестают функционировать при температурах выше 37 ° C, имеют ограниченную стабильность в растворе и обладают такой высокой специфичностью, что ограничиваются превращением одного конкретного набора реагентов в один конкретный продукт. . Это означает, что для химически подобных реакций необходимо разрабатывать отдельные процессы с использованием разных ферментов, что отнимает много времени и является дорогостоящим. К настоящему времени ферменты нашли лишь ограниченное промышленное применение, хотя они используются в качестве ингредиентов в моющих средствах для стирки, средствах для чистки контактных линз и размягчителях мяса.Ферменты в этих приложениях, как правило, представляют собой протеазы, которые способны расщеплять амидные связи, удерживающие аминокислоты вместе в белках. Например, размягчители мяса содержат протеазу под названием папаин, которую выделяют из сока папайи. Он расщепляет некоторые длинные волокнистые белковые молекулы, которые делают недорогие нарезы говядины жесткими, в результате чего получается более нежный кусок мяса. Некоторые насекомые, такие как жук-бомбадир, несут фермент, способный катализировать разложение перекиси водорода до воды (рис. \ (\ PageIndex {3} \)).

    Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): механизм каталитической защиты. Обжигающий спрей с неприятным запахом, излучаемый этим жуком-бомбардиром, образуется в результате каталитического разложения \ (\ ce {h3O2} \).

    Ингибиторы ферментов вызывают снижение скорости реакции, катализируемой ферментами, за счет связывания с определенной частью фермента и, таким образом, замедления или предотвращения реакции. Поэтому необратимые ингибиторы эквивалентны ядам в гетерогенном катализе. Одним из старейших и наиболее широко используемых коммерческих ингибиторов ферментов является аспирин, который избирательно подавляет один из ферментов, участвующих в синтезе молекул, вызывающих воспаление.Создание и синтез родственных молекул, более эффективных, более селективных и менее токсичных, чем аспирин, являются важными задачами биомедицинских исследований.

    Сводка

    Катализаторы участвуют в химической реакции и увеличивают ее скорость. Они не входят в общее уравнение реакции и не расходуются во время реакции. Катализаторы позволяют реакции протекать по пути, который имеет более низкую энергию активации, чем некаталитическая реакция. При гетерогенном катализе катализаторы обеспечивают поверхность, с которой реагенты связываются в процессе адсорбции.При гомогенном катализе катализаторы находятся в той же фазе, что и реагенты. Ферменты — это биологические катализаторы, которые приводят к значительному увеличению скорости реакции и имеют тенденцию быть специфичными для определенных реагентов и продуктов. Реагент в реакции, катализируемой ферментами, называется субстратом. Ингибиторы ферментов вызывают снижение скорости реакции, катализируемой ферментами.

    Катализаторы | Химия для неосновных

    Цели обучения

    • Определите катализатор.
    • Объясните, как катализаторы влияют на скорость химической реакции.

    Куда ушло солнце?

    Смог в Нью-Йорке. Любезно предоставлено доктором Эдвином П. Юингом-младшим, CDC / Викимедиа.

    Автомобили с бензиновым двигателем выделяют много вредных веществ. Оксиды азота образуются, когда атмосферный азот реагирует с кислородом при высоких температурах, характерных для автомобильного двигателя. Окись углерода является побочным продуктом неполного сгорания углеводородов. Испаренное и неиспользованное топливо выбрасывает в атмосферу летучие углеводороды, способствуя образованию смога.Наличие каталитического нейтрализатора в выхлопной системе автомобиля заставляет эти материалы вступать в реакцию и превращаться в менее вредные продукты.

    Катализаторы

    Иногда в химическую реакцию может быть добавлено какое-либо вещество, и это приведет к резкому увеличению скорости этой реакции. Перекись водорода используется в качестве дезинфицирующего средства для удаления царапин и порезов и содержится во многих медицинских шкафах в виде 3% -ного водного раствора. Перекись водорода естественным образом разлагается с образованием воды и кислорода, но реакция идет очень медленно.Бутылки с перекисью водорода хватит на несколько лет, прежде чем ее нужно будет заменить. Однако добавление небольшого количества оксида марганца (IV) к перекиси водорода приведет к ее полному разложению всего за несколько минут. Катализатор — это вещество, которое увеличивает скорость химической реакции за счет снижения энергии активации без использования в реакции. После того, как реакция происходит, катализатор возвращается в исходное состояние, и катализаторы можно использовать снова и снова.Поскольку он не является ни реагентом, ни продуктом, катализатор показан в химическом уравнении над стрелкой выхода.

    Катализатор работает, изменяя конкретный способ протекания реакции, называемый ее механизмом. Важным результатом использования катализатора является снижение общей энергии активации реакции (см. рисунок ниже). При более низком энергетическом барьере активации больший процент молекул реагентов может иметь эффективные столкновения, и скорость реакции увеличивается.

    Рис. 1. Добавление катализатора в реакцию снижает энергию активации, увеличивая скорость реакции. Энергия активации некаталитической реакции обозначена Ea, тогда как каталитическая реакция обозначена Ea ’. Теплота реакции (ΔH) не изменяется в присутствии катализатора. Изображение из фонда CK-12 — Кристофер Ауён.

    Катализаторы — чрезвычайно важные части многих химических реакций. Ферменты в вашем теле действуют как природные катализаторы, позволяя важным биохимическим реакциям протекать с разумной скоростью.Химические компании постоянно ищут новые и лучшие катализаторы, чтобы ускорить реакцию и, таким образом, сделать компанию более прибыльной.

    Сводка

    • Описана функция катализатора.

    Практика

    Посмотрите видео по ссылке ниже и ответьте на следующие вопросы:

    1. Какой краситель используется для синих джинсов?
    2. Что ферменты делают для синих джинсов?
    3. Перечислите три проблемы, которые существуют для некаталитических реакций.

    Обзор

    1. На что влияет катализатор в химической реакции?
    2. Затронуто ли для процесса?
    3. Где мы указываем катализатор при написании химического уравнения?

    Глоссарий

    • катализатор: Вещество, которое увеличивает скорость химической реакции за счет снижения энергии активации без использования в реакции.

      Comments |0|

      Legend *) Required fields are marked
      **) You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>
      Category: Разное