JC Bayon Primer Version

CATÁLISIS EN LA INDUSTRIA QUÍMICA
Y EN LA VIDA COTIDIANA

Procesos catalíticos
homogéneos y
heterogéneos de
relevancia industrial

J. Carles Bayón
Universitat Autònoma de Barcelona
joancarles.bayon@uab.es

ESTRUCTURA DE LA PRESENTACIÓN

 Definiciones y conceptos importantes
 Aplicaciones visibles de la catálisis
 Perspectiva histórica

CATALISIS QUÍMICA
La catálisis química es una cienciacentral en una
sociedad tecnológicamente avanzada
Más del 80% de los productos químicos
manufacturados requieren por los menos una etapa
catalítica (es decir, emplean al menos un catalizador)

La investigación en catálisis es indispensable
para el desarrollo sostenible del planeta

Catálisis:
Energía y
petroquímica

Catálisis:
Abonos y agroquímicos

Catálisis:
Tratamiento de residuos
ycontaminates

Catálisis:
Polímeros

Catálisis:
Detergentes

Catálisis:
Cosméticos

Catálisis:
Fármacos

 

1890

CO

Ni + 4 CO

Ni
OC

CO
CO

                      

Pf= -25ºC
Peb= 43ºC

Ludwig Mond
(1839-1909)

1902
H
Ni + 4

H
C

C

H

H2

H
H

H

H
C
Ni

C

H

H
H

H2 - H2O
NiO

Ni(C2H4)4

H

Paul Sabatier
1854-1941
Premio Nobel 1912

H
C

H

C
H

H2
Ni

H
H

H
C

H

C

H
H

DEFINICIÓN:Catalizador es una sustancia que aumenta la
velocidad con la que una reacción alcanza el
equilibrio, sin consumirse esencialmente en
esta reacción
Wilhem Ostwald (1895)
Catálisis es una habilidad de las substancias para
exaltar, por mero contacto, la afinidad latente de
los reactivos para producir una reacción, que de
otra forma no tendría lugar
Jakob Berzelius (1835)

Reacción
no catalizada

G‡
H2C=CH2
+H2

G
H3C- CH3

Reacción
catalizada

G‡
H2C=CH2
+ H2
+ Ni

G
H3C- CH3

Catalizada
versus
no catalizada

Intermedio
Reactivos
Productos

ABONOS
60

personas
alimentadas
por una Ha
de cereal 5

4
3

50
40

1909
1/2 N2 + 3/2 H2

NH3

30

H= - 309 kJ·mol-1

2

20

1

10

0

0
1850

kg de abono
químico por
cada 100 kg
de cereal

1875

1900

1925
Año

1950

1975

2000

ABONOS
Abono natural(mineral):
NaNO3 (KNO3)
Abono sintético:
25% NO38 % NH4+
P, S, K, Mg,

ABONOS

1902
NH3 + 2 O2

HNO3 + H2O H= - 309 kJ·mol-1

Catalizador: malla de Pt, 5% Rh, 5% Pd
Wilhem Ostwald
1853-1932
Premio Nobel 1909

actual
ProcesoCatalizador
industrial en
1908

ABONOS
1909

1/2 N2 + 3/2 H2

400ºC
200 bar

NH3 (15-25% conversión!)

Catalizador:
90% Fe() y promotores (K2O, Al2O3, MgO, SiO2)
C. Bosch
F.Haber
Proceso(1868-1934)
industrial en 1913 (1874-1940)
Premio Nobel 1918
Premio Nobel 1931

ABONOS
energía = €
1/2 N2 + 3/2 H2
NH3 + 2 O2

P, T = €
NH3

HNO3 + H2O

1/2 N2 + 3/2 H2 + 2 O2

1/2 N2 + 5/4 O2 + 1/2 H2O

HNO3 + H2O

HNO3

MOTOR DE COMBUSTION
Combustión estequiométrica
Convertidor catalítico
C xH y
C6H12 + 9 O2 + CO 6 CO2 + 6 HNO
2Ox
Módulo
de oxidación
contaminates
(% )
CombustiónenOdefecto de O2
2
CxHy + CO
CO2 + H2O
Pt 6 CO + 6 H2O
C6H12 + 6 O2
Módulo de reducción
Combustión
en exceso de O2
CNO
COO
x + 9 O2 1/2 N2 +6x/2
2 6 H2O
6H12
2 +
Rh
relación aire / combustible
N2 + O2
NOx

Fotocatálisis sobre TiO2
Cr(III)

Purificación
con baja
banda de de aguas residuales
O2Cr(VI)
conducción
concentración
de contaminantes
O2
foton UV
 > 348 nm

Eg

H+ + [HO]·

banda de
valenciaH2O

CO2 + H2O
orgánicos

H

H
C

R

C
H

H2
M

H
H

H
C

R

C

H
H

M= Ni, Pd, Pt..

APLICACIONES ACTUALES
• Hidrogenación de las olefinas de la nafta
• Obtención de margarinas

O
H

H

C
C

CH3-(CH2)
C

Aceite vegetal

(CH2)7

C

C

O

C

H

C

O

H

C

C
(CH 2)7

H

C
H

C
O

H

O
H
(CH2)7

C
C

H

H

CH3-(CH2)7

H2 Ni(s)

H2 Ni
O
H

H

Margarina

O
H

CH2
C

H
H

CH3-(CH2)7

O

C
CCH3-(CH2)
C
H

(CH2)7

CH2
C

H

C

H
H
O
H

C

O

C

H

C

O

H

CH3-(CH2)7

O
C

C
(CH2)7

H

C
H

C
O

O
H
(CH2)7

C
C

CH3-(CH2)7

H

RO

RO

O

Cl

O Ph

Ph
O

O

OH

P
Et

Ph
Ph

O

Rh

P H2
Ph
Ph
RhCl(PPh3)3

O

Ph
P

Et

Ph
Ph

O

O

OH

disuelto en
EtOH

disuelto en EtOH O

O
OH

OH

ivermictina

DEFINICIÓN:

Catalizador homogéneo es el que se encuentra en la
misma fase (normalmente en...