katalyyteina

Katalyyteina tarkoittaa niitä aineita, joita käytetään catalysisissa. Katalyytti nopeuttaa kemiallista reaktiota ilman, että itse käytetään loppuun reaktiossa. Näin katalyytit mahdollistavat nopeammat prosessit ja usein voidaan käyttää samkaa katalyyttiä uudelleen useissa tuotantokierroksissa. Käsitteen tarkka merkitys riippuu kontekstista ja tutkijan viitekehyksestä.

Toimintaperiaate: Katalyytit alentavat aktivaatioenergiaa tai tarjoavat vaihtoehtaisen reittipolun reagenteille, jolloin reaktionopeus kasvaa. Ne voivat vaikuttaa sekä reaktion kulkuun että tuotevalikoivuuteen (valinta, jolloin syntyy tiettyjä isomeereja tai tuotteita helpommin). Yleensä katalyytti ei muuta tasapainon lopullista koostumusta, vaan nopeuttaa saavutettavissa olevaa tilaa. Toiminta voi olla palautuvaa, mutta katalyyttien deaktivoituminen tai kuluminen on tutkittava osa prosessia.

Luokitus: Katalyyttejä on homogeenisessa jaheterogeenisessa katalyysissä. Homogeenisessa tapauksessa kaikki osatekijät ovat samassa faasissa kuin reagoivat aineet, usein liuoksessa. Heterogeenisessa katalyysissä katalyytti on eri faasissa, usein kiinteä faasi ja reagoi nesteytetyn tai kaasumaisen faasin kanssa. Biokatalyysi viittaa entsyymien kaltaisiin katalyyttisiin toimijoihin, kun taas autokatalyysi on tilanne, jossa tuote toimii myöhemmin katalyyttinä.

Esimerkkejä: Biokatalyyttejä ovat entsyymit kuten amylaasi ja katalaasi. Teollisuudessa käytetään rautaa Haber–Bosch -direktiivissä ammoniakinsuunnitteluun, sekä kiinteitä metallit katalysaattoreina polttoaineiden puhdistuksessa (Pt, Pd, Rh). Zeoliitteja hyödynnetään kiinteinä katalysaattoreina suurissa reaktioissa.

Käyttökohteet: Katalyyttien käyttöjä esiintyy kemianteollisuudessa, öljynjalostuksessa, ympäristötekniikassa ja energiantuotannossa. Kehitys tähtää suurempaan valikoivuuteen, kestävyyteen ja kierrätettävyyteen sekä alhaisempiin energiankulutuksiin.

Tutkimus ja mittaus: Katalyyttien suorituskyky mitataan reaktionopeudella, turnover frequency -arvolla (TOF) ja valikoivuudella. Tärkeää on myös kestävyys, uudelleenkäyttö ja katalyyttisen toiminnan pitkäaikaissäilyvyys sekä mahdollinen deaktiivisuus.