Uno dei maggiori problemi nel corso di una catalisi industriale omogenea ma soprattutto eterogenea è la disattivazione del catalizzatore ovvero la perdita dell’attività catalitica che avviene nel tempo.
Cause
La disattivazione del catalizzatore può essere dovuta a:
- avvelenamento
- contaminazione
- degradazione termica
- formazione di composti
- reazioni tra le fasi
- frantumazione
Le cause pertanto possono essere sia di natura chimica, che meccanica o termica. L’avvelenamento è la perdita di attività a causa del forte chemisorbimento sui siti attivi di impurità presenti nel flusso di alimentazione riducendo così il numero di siti attivi disponibili per le reazioni catalitiche. Questo processo può essere reversibile o irreversibile. Nell’avvelenamento reversibile, la forza del legame di adsorbimento non è elevata e l’attività è riguadagnata quando il veleno è rimosso dall’alimentazione. Invece quando il materiale adsorbito è tenuto saldamente nei siti attivi, l’avvelenamento è irreversibile e permanente.
Una rapida disattivazione può essere causata dalla deposizione fisica della sostanza sui siti attivi dei catalizzatori come la deposizione di carbonio sui catalizzatori utilizzati nell’industria petrolchimica.
Il carbonio copre il sito attivo dei catalizzatori e può anche ostruire parzialmente l’ingresso dei pori. Questo tipo di disattivazione è parzialmente reversibile e la rigenerazione può essere effettuata insufflando aria in modo che ad alte temperature il carbonio si ossidi a monossido o biossido di carbonio.
A causa delle alte temperature a cui opera spesso un catalizzatore può subire modifiche strutturali o sinterizzazioni. Si ha così una conseguente riduzione della superficie specifica o un cambiamento nella natura chimica dell’agente.
Meccanismo
Il meccanismo attraverso il quale può essere disattivato un catalizzatore può avvenire:
- Il reagente dà luogo alla formazione di un sottoprodotto della reazione che si deposita sulla superficie del catalizzatore
- Il prodotto può decomporsi o reagire ulteriormente per dare una sostanza che si deposita disattivando la superficie del catalizzatore
Reazioni
Sono riportati in tabella le reazioni più rappresentative dell’industria chimica, i catalizzatori usati e i tipici veleni che disattivano il catalizzatore
| Reazione | Catalizzatore | Veleni |
| Cracking | Ossido di alluminio su silice, zeoliti | Basi organiche, idrocarburi, metalli pesanti |
| Idrogenazione, Deidrogenazione | Nichel, platino, palladio | Composti di S,P, As, Zn, Hg,alogenuri,Pb, NH3, C2H2 |
| Reforming di vapore | Nichel | H2S, As |
| Sintesi dell’ammoniaca | Ferro, rutenio | O2, H2O, CO, S, C2H2 |
| Sintesi di Fischer-Tropsch | Cobalto, ferro | H2S, As, NH3, metallo carbonili |
| Cracking in presenza di idrogeno | metalli nobili su zeoliti | NH3, S, Se, Te, P |
| Ossidazione dell’etene a ossido di etilene | Argento | C2H2 |
| Ossidazione/ riduzione catalitica selettiva | ossido di vanadio (V) | As/Fe, K, Na (dalle ceneri) |
| Ossidazione di CO e idrocarburi | Platino, palladio | Pb, P, Zn, SO2, Fe |