Järnkatalysatorer

Järnkatalysatorer är katalysatorer där järn är den aktiva komponenten. De flesta järnbaserade katalysatorer är heterogena, sammansatta av järn eller järnoxider som stöds på oxider eller på material som aluminiumoxid (Al2O3), kiselsilikater eller titandioxid (TiO2). Under drift kan den aktiva fasen variera och innefatta järnoxid, metalliskt järn eller järnkarbider som Fe5C2. Denna mångfald gör järnkatalysatorer mycket robusta vid höga temperaturer och tryck och billiga att tillverka jämfört med många ädelmetallkatalysatorer.

Viktiga tillämpningar inkluderar ammonia-syntes i Haber-Bosch-processen, där järnbaserade katalysatorer med promotorer såsom kalium och olika oxider används för att möjliggöra kvävets fixation vid högt tryck och temperatur. Järnbaserade katalysatorer spelar också en central roll i Fischer-Tropsch-syntesen (FTS), där kolmonoxid och vätgass omvandlas till längre kolvätekedjor. De används även i vatten-gas-skiftreaktionen och i vissa hydrogenerings- eller metanationsprocesser.

Fördelar och utmaningar: Järnkatalysatorer är billiga och naturligt förekommande, och de fungerar vid hög temperatur och under olika miljöförhållanden. Nackdelarna inkluderar ofta lägre aktivitet och selektivitet jämfört med vissa moderna katalysatorer, samt risk för deaktivering genom sintring av järnpartiklar eller kolbildning. För att förbättra prestanda används promotorer som kalium och koppar, samt olika stödmaterial och behandlingsrutiner som främjar rätt aktiva faser.

Historia: Järnbaserade katalysatorer studeras i över ett sekel. Haber-Bosch-processen (startad omkring 1909) använde järnbaserade katalysatorer med promotorer för effektiv ammoniakproduktion. Fischer-Tropsch-syntesen utvecklades under 1920-talet och utnyttjar liknande järnbaserade system för produktion av kolväten.