ijzenkatalysator

Een ijzenkatalysator is een katalysator die ijzer (Fe) bevat en chemische reacties versnelt zonder zelf verbruikt te raken. IJzerkatalysatoren komen veel voor als heterogene katalysatoren en bestaan vaak uit een actieve ijzerfase op een ondersteuningsmateriaal zoals alumina (Al2O3), silica (SiO2) of magnesiumoxide (MgO). De actieve ijzerfase kan bestaan uit ruwe ijzer, metaalachtig ijzer, of ijzercarbiden en oxiden, afhankelijk van de behandelingsomstandigheden en promotors.

De bekendste toepassing is de Haber-Bosch-synthese van ammoniak, waarbij een ijzergepromoteerde katalysator de dissociatie van stikstof mogelijk maakt bij hoge druk en temperatuur. Andere industriële processen die op ijzerkatalysatoren vertrouwen zijn de Fischer-Tropsch-synthese, waarbij koolwaterstoffen uit syngas (CO en H2) worden gevormd, en verschillende hydrogenerings- en oxidatiereacties, waar ijzer als alternatief voor dure noble-metal-katalysatoren functioneert.

De werking berust op het actief worden van het ijzeroppervlak na reductie in waterstof bij hoge temperatuur, wat leidt tot vormen zoals Fe, Fe3C (koolstofijzer), of Fe5C2 in oppervlakfasen. Promoters als kalium, en de keuze van ondersteuning beïnvloeden de activiteit en selectiviteit, evenals de poreuze structuur van het katalysatorbed. Het ontwerp is gericht op het maximaliseren van stikstofbinding en de omzetting van H2.

Voordelen van ijzerkatalysatoren zijn hun beschikbaarheid en relatief lage kosten vergeleken met nobel-metalen, en hun stabiliteit onder hoge druk. Nadelen zijn onder meer deactivering door cokevorming en sintering bij hoge temperaturen, en de gevoeligheid voor verontreinigingen zoals zwavel. Regeneratie en optimalisatie van de promotoren blijven gebied van onderzoek.

Zie ook: Haber-proces; Fischer-Tropsch-synthese; heterogene katalyse.