۸۴ / ۱۰۰

مبدل کاتالیستی یا همان کاتالیزور وسیله‌ای است که سر راه خروجی اگزوز خودرو قرار می‌ دهند تا طی یک سری واکنش‌های شیمیایی با تبدیل گاز‌های سمی حاصل از سوخت خودرو به گاز‌های بی  ضرر تبدیل شود و از آلودگی هوا جلوگیری می‌کند. البته این مبدل‌ها انواع مختلفی دارند و واکنش‌های شیمیایی هر کدام از آن‌ها بسته به نوع موتور و سوخت  مصرفی متفاوت است مثلا مبدل کاتالیستی خودرو‌های گازوئیلی طوری است که در آن واکنش‌های اکسیداسیون انجام می‌شود.

همه چیز درباره کاتالیزور

طی واکنش های مبدل کاتالیستی یا همان کاتالیزور مونو اکسید کربن، مشتقات اکسید نیتروژن، و کربوهیدرات‌های حاصل از احتراق ناقص سوخت، به دی اکسید کربن، نیتروژن، و آب تبدیل می‌شوند. با اینکه مبدل‌های کاتالیستی بیش‌ترین کاربرد را در خودرو‌ها دارند، اما در ژنراتورها، لوکوموتیوها، و هواپیما‌ها هم مورد استفاده قرار می‌گیرند. این وسیله در حقیقت در راستای پیروی از مقررات دولتی و زیست محیطی مبنی بر رعایت حداکثر میزان آلایندگی خودرو‌ها اختراع شده است.

معمولا بعضی از عناصر و ترکیبات به دلیل داشتن خواص ویژه می­ توانند سرعت برخی از واکنش­ های شیمیایی را شدیدا تحت تاثیر خود قرار دهند که اینگونه ترکیبات به طور اختیاری یا اتفاقی در محیط واکنش قرار می­ گیرند و بدون شرکت مستقیم در واکنش باعث تغییر سرعت واکنش می­شوند این تغییرات موقتی هستند و دوباره به حالت اولیه برگردانده می­شوند.

طبق نظریه استوالد کاتالیزور به موادی اطلاق می­ شود که هیچگونه اثری بر مواد حاصل از واکنش و یا وضعیت تعادلی آن نداشته، بلکه فقط روی سرعت واکنش تاثیر میگذارند.

فعالیت کاتالیزورها عموما بسیار اختصاصی است. در بعضی موارد یک ماده معین ممکن است سنتز یک دسته از محصولات را از مواد اولیه خاصی کاتالیز کند، در صورتی که ماده ی دیگری ممکن است سنتز محصولات کاملا متفاوتی را از همان مواد اولیه کاتالیز کند.

برای انجام هر واکنش فقط مقدار اندکی از کاتالیزور نیاز است. بنابراین نقش کاتالیزور برای ایجاد مسیری جدید است که واکنش از طریق آن صورت گیرد. در حضور کاتالیزور انرژی فعالسازی کل برای یک مسیر کاتالیز شده کمتر از این انرژی برای مسیر کاتالیز نشده است. در واقع کاتالیزور سطح انرژی پیچیده فعال را کاهش میدهد و سرعت های رفت و برگشت یک واکنش را به یک میزان افزایش می­دهد. پس بر ثابت تعادل و خود تعادل موثر نیست و تنها سرعت رسیدن به تعادل را افزایش می­دهد.

همچنین کاتالیزوز در استوکیومتری واکنش اثری ندارد، به همین دلیل آن را بالای پیکان در معادله واکنش نشان می­دهند.

کاتالیزور

دسته بندی کاتالیزورها

  1. کاتالیزورهای همگن: واکنش کاتالیز شده در یک فاز انجام می­ شود. عده زیادی از واکنش­ ها در فاز گاز یا محلول­ ها انجام می­ شوند. مثلا واکنش استری شدن اسیدها با الکل­ ها، هیدرولیز استرها، واکنش تبدیل ساگاروز و نظایر آنها به وسیله یون­ های هیدرونیوم تسریع می شوند. علاوه بر آن واکنش پلیمری شدن آلکن­ ها به کمک اسید سولفوریک در فاز مایع، پلیمری شدن آلکن­ها در حضور تری فلوئورید بور در فاز مایع یا گاز، تجزیه آب اکسیژنه در حضور یون های محلول، تجزیه گرمایی دی اتیل اتر در مجاورت ید در فاز گازی در ردیف واکنش های کاتالیز شده همگن هستند.
  2. کاتالیزورهای ناهمگن: مواد واکنش دهنده و کاتالیزور در فازهای مختلف قرار دارند. در این فرایند مولکول­های واکنش دهنده بر سطح کاتالیزور جذب می شوند و واکنش در سطح آن انجام می شود.
  3. کاتالیست های زیستی: در طبیعت، آنزیم‌ها کاتالیست‌هایی برای واکنش‌های زیست شیمیایی هستند که در موجودات زنده رخ می‌دهند. اکثر آنزیم‌ها پروتئین‌ها هستند اما برخی از آن‌ها که ریبوزیم نامیده شدند، از اسید ریبونوکلئیک‌اسید یا RNA ساخته می‌شوند. برخی از مولکول‌های DNA که deoxyribozymes نهاده شده‌اند هم فعالیت کاتالیزوری دارند. علاوه بر این، برخی از پادتن یا آنتی بادی‌ها که معمولا به صورت مصنوعی مهیا می‌گردند، دارای فعالیت کاتالیزوری هستند و آبزیم‌ها خوانده می‌شوند.

جذب سطحی فرایندی است که در آن مولکول ها بر سطح یک جامد می­چسبند به عنوان مثال زغال در ماسک های گازی به عنوان جاذب گازهای زیان آور استفاده می شود. در جذب سطحی فیزیکی معمولا مولکول ها از طریق نیروهای لاندن در سطح جاذب نگه داشته می شوند. در این جذب تغییر ماهیتی در ماده پدید نمی­ آید و به دلیل برهم کنش واندوالس میان مولکول های جذب شده با دیگر مولکول های ظرف، ممکن است لایه دوم و سوم هم پدید آید.

اما کاتالیز شدن ناهمگن معمولا از طریق جذب سطحی شیمیایی انجام می­ شود. جذب شیمیایی همواره تک لایه رخ می­دهد. مواد جذب شده روی سطح با پیوند شیمیایی به سطح می ­چسبند تا با یکدیگر واکنش داده و فراورده تولید کنند. با تشکیل این پیوندها تغییراتی در آرایش الکترونی مولکول های جذب شده ایجاد می­ شود.

بعضی از پیوندهای مولکول ها ممکن است کشیده شده و ضعیف شوند و یا در مواردی هم شکسته شوند مثلا گمان میرود که مولکول های هیدروژن به صورت اتمهای هیدروژن در سطح پلاتین، پالادیوم، نیکل و سایر فلزات جذب شوند. از این رو، لایه مولکول ها و اتم ها که جذب سطحی شیمیایی شده اند، به عنوان واسط شیمیایی در واکنش کاتالیز شده سطحی عمل می­ کنند.

تاثیر کاتالیزور در کاهش آلودگی هوا

کربن منوکسید ، هیدرو کربن و اکسیدهای نیتروژناز آلاینده های خطرناک موجود در دود اتومبیل هستند. واکنش های شیمیایی و تجزیه گازها توسط کاتالیزور صورت می‌گیرد و این آلاینده های خطرناک را به حداقل می‌رساند. همچنین کاتالیزور، اکسید ازت که ماده‌ای سمی است را به گاز ازت که یک گاز بی‌خطر محسوب می‌شود ، تبدیل می‌کند.

در بسیاری از کشورها در آوردن کاتالیزور و رانندگی بدون آن تخلف سنگینی محسوب می‌شود و خلاف قانون است چون به محیط زیست صدمه جدی وارد می کند. بنابراین در صورتی خرابی کاتالیزور نباید به فکر حذف آن بود.

درواقع مبدل کاتالیست یا کاتالیزور قطعه ای است به منظور کاهش آلایندگی هوا، که بین موتور خودرو و اگزوز بسته می‌شود و بهترین نسبت سوخت به هوا را تنظیم می‌کند و جلوی خروج سریع گازهای سمی را نیز می‌گیرد. یکی از مهمترین کارهای این قطعه تبدیل گازهای مضر : HC، CO و NOx به گازهای : CO2، H2O و N2 است.

معایب حذف کاتالیست
  • افزایش آلایندگی خودرو تا حدود ۳۰ برابر
  • افزایش مصرف سوخت خودرو
  • افزایش صدای موتور
مزایای حذف کاتالیست

شتاب خودرو و قدرت موتور در ابتدای کار،به مقدار خیلی کمی بالاتر می‌رود. اما پس از گذشت زمان، موتور خودرو به دلیل افزایش کار کمی مستهلک شده و این افزایش شتاب دیگر مشاهده نمی‌شود.

طول عمر مفید این قطعه حدودا بین ۱۰۰۰۰۰ تا ۱۲۰۰۰۰ کیلومتر است و بعد از مدتی پس از این دوره، عملا کارایی خود را از دست داده و میزان آلایندگی تا ۵ برابر افزایش می‌یابد.

کاتالیست‌ها نقشی اساسی در سیستم‌های بیولوژیکی و فرآیندهای صنعتی ایفا می‌کنند. در موجودات زنده، آنزیم‌ها واکنش‌های بیولوژیکی بی‌شماری را کاتالیز می‌کنند که باعث زنده ماندن و عملیات تولید مثل و رشد می‌گردد. در صنعت، کاتالیست‌ها برای یک آرایش گسترده از فرایندهای تولید از جمله تولید آمونیاک، سولفوریک اسید، پلیمرها و جایگزین‌های محصولات نفتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

شرکت مریک شیمی با سابقه فعالیت گسترده در زمینه مواد شیمیایی و تجهیزات آزمایشگاهی از کمپانی های معتبر دنیا خدمات واقعی خدمتتان ارائه می نماید.