کاتالیز ناهمگن

در شیمی، کاتالیز ناهمگن ( به انگلیسی: Heterogeneous catalysis ) گونه ای از کاتالیز است که در آن فاز کاتالیزور متفاوت از فاز واکنش گر[ ۱] یا محصولات است. این فرایند با کاتالیز همگن که در آن واکنش گرها، محصولات و کاتالیزورها در یک فاز وجود دارند، در تضاد است. فازها از حالت های فیزیکی جامد، مایع و گاز قابل تمایزند. همچنین در مخلوط های غیرقابل امتزاج ( به عنوان مثال روغن و آب ) یا هرجایی که به وسیله فصل مشترک تمایز ایجاد می شود، وجود دارند. کاتالیزورها ترکیبات مفیدی هستند زیرا سرعت واکنش را افزایش می دهند[ ۲] بدون اینکه خودشان مصرف شوند و بنابراین قابل استفاده مجدد نیز هستند.
کاتالیز ناهمگن معمولاً شامل کاتالیزورهای فاز جامد و واکنشگرهای فاز گاز است. [ ۳] در این حالت، یک چرخه جذب، واکنش و دفع مولکولی در سطح کاتالیزور وجود دارد. ترمودینامیک، انتقال جرم و انتقال گرما بر سرعت ( سینتیک ) واکنش تأثیر دارند.
کاتالیز ناهمگن از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا تولید سریع تر، در مقیاس بزرگ و تشکیل محصول انتخابی را امکان پذیر می کند. [ ۴] تقریباً ۳۵٪ از تولید ناخالص داخلی ( GDP ) جهان تحت تأثیر کاتالیز ناهمگن است. [ ۵] تولید ۹۰٪ مواد شیمیایی ( از نظر حجم ) به کمک کاتالیزورهای جامد صورت می گیرد. [ ۶] صنایع شیمیایی و انرژی به شدت به کاتالیز ناهمگن متکی هستند. به عنوان مثال، در فرایند هابر - بوش از کاتالیزورهای مبتنی بر فلز برای سنتز آمونیاک، که یک جز مهم در تولید کودهای شیمیایی است، استفاده می شود. در سال ۲۰۱۶، ۱۴۴ میلیون تن آمونیاک تولید شده است. [ ۷]
در صنعت، بسیاری از متغیرهای طراحی باید در نظر گرفته شوند از جمله راکتور و طراحی کاتالیزور در مقیاس های مختلف از کمتر از نانو تا ده ها متر. رآکتورهای کاتالیز ناهمگن متعارف شامل رآکتورهای ناپیوسته ( بچ ) ، پیوسته و بستر سیال هستند، در حالی که گونه های جدیدتر شامل رآکتورهای بستر ثابت، میکروکانال و رآکتورهای چند منظوره است. [ ۸] متغیرهای دیگری که باید در نظر گرفته شود ابعاد رآکتور، سطح، نوع کاتالیزور، پشتیبانی کاتالیزور و همچنین شرایط عملکرد رآکتور مانند دما، فشار و غلظت واکنش دهنده است.
برخی از فرایندهای صنعتی در مقیاس بزرگ شامل کاتالیزورهای ناهمگن در جدول زیر ذکر شده است. [ ۵]
• کاهش نیتریل ها در سنتز فنتیل آمین با کاتالیزور نیکل رینی و هیدروژن در آمونیاک:[ ۹] هیدروژنه کردن نیتریل
• کراکینگ، ایزومری شدن و رفرماسیون هیدروکربن ها برای تشکیل مخلوط مناسب و مفید بنزین.
• در اتومبیل ها، مبدل های کاتالیزوری برای کاتالیز کردن سه واکنش اصلی زیر استفاده می شوند:
• اکسایش کربن مونوکسید به کربن دی اکسید  : ۲CO ( g ) + O۲ ( g ) → ۲CO۲ ( g )
• کاهش نیتروژن مونوکسید به نیتروژن: ۲NO ( g ) + ۲CO ( g ) → N۲ ( g ) + ۲CO۲ ( g )
• اکسایش هیدروکربن ها به آب و کربن دی اکسید: ۲C۶H۶ + ۱۵O۲ → ۱۲CO۲ + ۶H۲O