Тем не менее, существует немало проблем в применении аэрогелей в качестве катализаторов газофазных процессов. Доступность активных центров может ограничиваться органическими примесями, присутствующими в аэрогелях до достаточно высоких температур. С мелкими частицами, обладающими низкой объемной плотностью, не слишком удобно работать в промышленных реакторах с неподвижным слоем катализатора. Маленький размер частиц приводит к высоким коэффициентам трения, что, в свою очередь, проявляется в относительно высоких перепадах давления в слое катализатора. В дополнении к этому, аэрогели тугоплавких оксидов, таких как MgO, Al2O3, ZrO2 и особенно SiO2 обладают слишком низкой теплопроводностью, что приводит к серьезным проблемам теплопереноса. А высокая пористость с сопутствующей сильной извилистостью пор приводит к ограничениям скорости диффузии в порах. Однако наличие большого свободного объема отчасти уравновешивает этот эффект, увеличивая эффективную скорость диффузии. Кроме того, и в псевдоожиженном слое аэрогели ведут себя необычным образом: сильное взаимодействие между частицами приводит к значительному повышению минимальной скорости ожижения.
Для преодоления этих проблем предлагалось наносить гель на обычные носители с последующей СКС. Другим перспективным путем представляется приготовление монолитных композитных аэрогелей. В этом случае введение небольших количеств модифицирующих добавок позволяет сочетать высокую удельную поверхность с высокой термической стабильностью. Этот путь может также идеально сочетаться с формующими способностями золь-гель технологии. Еще один возможный подход заключается в экструзии аэрогелей в присутствии или отсутствии связующего. И, наконец, самой простой альтернативой остается обычное смешение аэрогелей в слое катализатора с различными инертными материалами.
Очевидно, что размер пор аэрогелей особенно выгоден для проведения жидкофазных процессов с участием реагентов больших размеров. Кроме того, в этом случае перечисленные выше технологические недостатки аэрогелей, в особенности проблемы с теплопереносом и размером частиц, не столь существенны. Более высокая теплопроводность жидкой фазы в значительной степени компенсирует низкую теплопроводность аэрогелей. Однако проблемы с массопереносом могут усиливаться в связи с более низкими коэффициентами диффузии в жидкой фазе. А присутствие растворителя может приводить к значительным изменениям в структуре и/или химическом составе аэрогелей за счет процессов старения, пептизации и растворения, не происходящих в условиях газофазных реакций.
В целом, катализаторы и носители на основе аэрогелей пока находят весьма ограниченное применение в катализе, главным образом, ввиду их относительно высокой стоимости и технологических проблем с их использованием в каталитических реакторах. Тем не менее, аэрогельная технология имеет немало привлекательных особенностей в сравнении с обычными методами приготовления катализаторов. Хорошо развитая методика контроля над морфологией аэрогелей позволяет получать материалы с заданными структурными свойствами, которые особенно подходят для каталитических процессов с участием молекул крупных размеров. Работа с подобными реагентами часто связана со стерическими затруднениями и требует открытой структуры катализатора с широкими порами.
В заключении хочется еще раз отметить, что аэрогели вовсе не всегда являются лучшими катализаторами, чем традиционные ксерогели. Они обладают благоприятными текстурными свойствами и отличающейся химией поверхности. Однако тогда когда массоперенос внутри частиц не оказывает существенного влияния (например, в случае газофазных реакций молекул небольшого размера), либо превалирует потребность в высокой механической и термической устойчивости или теплопроводности, ксерогели, без сомнения, являются лучшим выбором. Перспектива же использования аэрогелей в катализе зависит, главным образом, от прогресса в контролировании их текстуры и, прежде всего, химических свойств поверхности, а также преодолении технологических ограничений их применения.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.