Достижения в области пористых материалов из карбида кремния для каталитического применения

Описание

Пористые материалы из карбида кремния стали важной частью каталитических процессов. Эти материалы отличаются сочетанием хорошей прочности и высокой термостойкости. Кроме того, они обладают большой площадью поверхности. Поры позволяют катализаторам лучше прилипать и быстрее работать. В этой статье я даю простой обзор последних достижений.

Введение в пористый карбид кремния

Пористый карбид кремния изготавливается с помощью специальных методов, которые создают крошечные отверстия по всему материалу. Эти отверстия увеличивают площадь поверхности катализатора. Например, размеры пор варьируются от нескольких нанометров до нескольких микрометров. Такое разнообразие помогает в различных каталитических реакциях. Материал известен исключительной твердостью и прочностью даже при воздействии высоких температур, часто превышающих 1200°C. Такие свойства делают его идеальным для промышленных применений, таких как очистка выхлопных газов и химический синтез.

Усовершенствование этих материалов было достигнуто за последнее десятилетие множеством небольших шагов. Исследователи работали над тем, чтобы контролировать процесс образования пор. Они стремятся к равномерному размеру пор и высокому уровню пористости. Во многих исследованиях сообщалось о пористости до 60 процентов при сохранении прочности. В распространенных примерах пористый карбид кремния применялся в автомобильных катализаторах и установках химической переработки. В этих случаях пористая структура обеспечивает активным каталитическим участкам больше пространства для работы.

Похожие случаи

Многие случаи показали, что катализаторы, поддерживаемые пористым карбидом кремния, более стабильны с течением времени. В одном из случаев в химических лабораториях было показано, что разработанная пористая структура уменьшила деактивацию катализатора на 20 % по сравнению со старыми опорами. В другом случае, связанном с нефтехимической промышленностью, было отмечено сокращение времени простоя реакций при использовании этих материалов. Они помогли снизить образование побочных продуктов и повысить общий выход продукции. Эти данные ценны для всех, кто изучает или работает в области катализа.

Методы производства пористого карбида кремния

В настоящее время в процессе производства часто используются шаблонные методы и термическая обработка. В одном из распространенных методов используются предварительно сформированные шаблоны, которые сгорают при высокотемпературном спекании. После этого остается сеть взаимосвязанных пор. Этот процесс требует точного контроля температуры. В старых методах такой уровень контроля был недоступен. Новые методы дают надежный рецепт для получения однородных материалов. В результате получается пористая сеть, которая остается целой даже в суровых условиях.

Преимущества и свойства

Кроме того, материал демонстрирует хорошую химическую стойкость. Он сохраняет свою целостность в агрессивных средах. Например, условия очистки дымовых газов - не редкость в повседневной промышленности. Пористые опоры из карбида кремния лучше многих других материалов справляются с кислотами и щелочами. На практике это означает, что каталитические конвертеры на промышленных предприятиях работают более плавно и требуют меньшего обслуживания.

Еще одним свойством пористого карбида кремния является его малый вес по сравнению с другими высокотемпературными керамиками. Это дает дополнительное преимущество, когда экономия веса имеет значение. В таких областях, как аэрокосмическая и транспортная промышленность, каждый грамм на счету. Возможность сэкономить вес без ущерба для прочности дает производителям преимущество. Надежность и совершенствование таких материалов - результат многолетних совместных усилий в лабораториях и мастерских.

Продвижение этих материалов не сводится к какому-то одному изобретению. Это совокупный процесс, который приносит пользу нескольким промышленным секторам. В каталитическом производстве пористая структура способствует более эффективному протеканию реакций. Равномерное распределение пор обеспечивает большой активный объем для реакции. Используя эти материалы, промышленные предприятия могут безопасно снижать рабочие температуры, повышая при этом производительность. Это снижает потребление энергии и общие затраты.

Эти достижения в области пористого карбида кремния подтверждают идею о том, что простые изменения в материалах могут привести к широкому совершенствованию промышленных процессов. Это облегчает работу техников и инженеров. Это также ведет к повышению безопасности и устойчивости производства. С каждым шагом вперед повышается эффективность катализаторов. История пористых материалов из карбида кремния - яркий пример неуклонного прогресса.

Заключение

Последние шаги в подготовке пористого карбида кремния для каталитического использования впечатляют. Теперь материал обладает высокой пористостью, прочностью и устойчивостью к нагреву и химическим веществам. Реальные данные и примеры показывают, что эти достижения позволили улучшить каталитические функции в различных отраслях промышленности - от автомобильной до нефтехимической. Дополнительную информацию можно получить в компании Stanford Advanced Materials (SAM).

Часто задаваемые вопросы

F: Какие преимущества дают пористые материалы из карбида кремния в катализаторах?
Q: Они обеспечивают высокую площадь поверхности, повышенную термическую стабильность и химическую стойкость.

F: Какие типичные размеры пор наблюдаются в этом материале?
Q: Размеры пор варьируются от нескольких нанометров до нескольких микрометров.

F: В каких отраслях промышленности чаще всего используются эти материалы?
Q: Они применяются в автомобильных катализаторах и на нефтехимических заводах.

Ссылки:

[1] Tuci, Giulia & Liu, Yuefeng & Rossin, Andrea & Guo, Xiangyun & Pham, Charlotte & Giambastiani, Giuliano & Pham-Huu, Cuong. (2021). Пористый карбид кремния (SiC): Шанс на улучшение катализаторов или просто еще один носитель активной фазы? Chemical Reviews. 121. 10.1021/acs.chemrev.1c00269.