Catalizzatori al platino

I processi catalitici sono particolarmente studiati in ambito industriale per la messa a punto di molecole che agiscono da catalizzatori in nuove reazioni o per migliorare quelle già note.

I processi catalitici, infatti, giocano un ruolo determinante per la sintesi di prodotti che si incontrano quotidianamente, per la trasformazione di materie prime, per ottenere forme di energia e per la tutela ambientale e climatica. I processi catalitici possono essere di tipo omogeneo se sistema e catalizzatore si trovano nella stessa fase e di tipo eterogeneo se il sistema si trova in uno stato di aggregazione diverso rispetto al catalizzatore.

Le particolari proprietà del platino come catalizzatore erano già note qualche secolo fa ed una delle prime applicazioni risale a J.W. Dӧbereiner che nel 1823 inventò un accenditoio detto lampada di Dӧbereiner in cui lo zinco, reagendo con acido solforico produce idrogeno gassoso. Quando una valvola è aperta, un getto di idrogeno viene rilasciato generando una fiamma e l’accensione è catalizzata da un filo di platino.

Alcuni dei primi processi catalitici destinati all’industria impiegano le proprietà catalitiche del platino e di altri metalli preziosi come nel processo Ostwald per  l’ossidazione dell’ammoniaca a acido nitrico.

Attualmente nell’industria chimica e petrolchimica vengono usati in larga scala catalizzatori eterogenei contenenti platino e altri metalli preziosi in sistemi a due componenti detti supportati. In questa forma che è la più largamente impiegata negli usi industriali dei catalizzatori metallici, il metallo nobile particolarmente costoso viene disperso sotto forma di nano-cristalli su opportuni supporti quali allumina, silice, carbone, silice-allumina in modo da realizzare una elevata dispersione della fase metallica per cui quasi tutti gli atomi del metalli sono accessibili ai reagenti generando un gran numero di centri cataliticamente attivi. A tal fine, le sostanze di supporto, che presentano elevata porosità si possono presentare sia sotto forma di polvere che di materiali solidi compatti sotto forma di sfere, pastiglie, ecc.

Nella depurazione dei gas di scarico dei motori, con poche eccezioni, il platino oltre che  altri metalli preziosi, sono utilizzati nella catalisi come componente attivo.

In questo tipo di purificazione catalitica, le sostanze nocive contenute nel gas di scarico, come, ad esempio monossido di carbonio, idrocarburi, altre sostanze organiche e ossidi di azoto, vengono convertiti in anidride carbonica, acqua e azoto.

Il catalizzatore è di solito costituito da un involucro metallico contenente il substrato (ceramico, essenzialmente a nido d’ape o metallico) e il supporto a base di un film detto anche wash coat. Su questo viene depositato il materiale catalitico attivo in piccole quantità.  Si instaura così un contatto intensivo del gas di scarico con lo strato di catalizzatore garantendo così un’efficace conversione delle sostanze nocive.  

Fino al 1990, il substrato catalizzatore era costituito da semplici fili metallici intrecciati, mentre in seguito la Johnson Matthey Noble Metals introdusse un nuovo tipo di garza che incrementa l’efficienza della conversione ed estende la vita del catalizzatore. Da allora questo metodo di produzione è diventato lo standard industriale. Sebbene la domanda di platino quale catalizzatore per la depurazione dei gas di scarico sia aumentata e si siano cercati catalizzatori alternativi, a causa del suo costo, ad oggi, tale metallo rappresenta il costituente indispensabile per questa specie di catalizzatori.

Tra le varie sintesi in cui il platino trova applicazione si ricorda, oltre al già citato processo Ostwald in cui viene usato un catalizzatore a base di  platino con il 10% di rodio, il processo Andrussow  usato industrialmente per la produzione di acido cianidrico a partire da metano e ammoniaca in presenza di ossigeno.

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Author: Chimicamo

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