اکسید روی (ZnO) یکی از کاتالیست‌های مهم و پرکاربرد در صنایع شیمیایی و پتروشیمی است. این ماده به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی منحصربه‌فردش، در واکنش‌های مختلف صنعتی به کار می‌رود.
ZnO به صورت پودری یا شکل‌های ساختاریافته (مانند نانوذرات، فیلم‌های نازک و ...) استفاده می‌شود.
2. خصوصیات اصلی ZnO
ساختار کریستالی: ZnO معمولاً ساختار وورتزیت (wurtzite) دارد.
نیمه‌هادی: ZnO یک نیمه‌هادی با فاصله انرژی حدود 3.37 الکترون‌ولت است.
پایداری حرارتی: در دماهای بالا پایدار است و در شرایط واکنش‌های صنعتی مقاومت خوبی دارد.
فعالیت کاتالیستی: ZnO در واکنش‌های اکسیداسیون، هیدروژناسیون، و اصلاح گاز کاربرد دارد.
خواص ضدباکتری: در برخی کاربردها به عنوان عامل ضد میکروب استفاده می‌شود.
3. کاربردهای ZnO به عنوان کاتالیست
الف) در فرآیندهای اصلاح گاز و احیای مستقیم فولاد (DRI)
ZnO به عنوان یک جزء اصلاح‌کننده در کاتالیست‌های ریفرمینگ و اصلاح گاز به کار می‌رود.
معمولاً در ترکیب با کاتالیست‌های پایه نیکل، برای بهبود مقاومت در برابر کک‌زایی و افزایش پایداری حرارتی استفاده می‌شود.
ZnO کمک می‌کند تا رسوبات کربنی (کک) کمتر روی سطح کاتالیست تشکیل شود و طول عمر کاتالیست افزایش یابد.
ب) در سنتز متانول
ZnO به همراه کاتالیست‌های مس (Cu) در واکنش سنتز متانول از گاز سنتز (CO + H₂) کاربرد دارد.
ج) در فرایند اصلاح گاز (Reforming)
ZnO به عنوان عامل جذب سولفور و کک، به بهبود کارایی کاتالیست‌های ریفرمینگ کمک می‌کند.
4. نقش ZnO در جلوگیری از کک‌زایی
یکی از مشکلات بزرگ در کاتالیست‌های ریفرمینگ تشکیل رسوبات کربنی یا کک است که باعث مسدود شدن سطح فعال و کاهش عمر کاتالیست می‌شود.
ZnO با واکنش با کربن‌های سطحی و تبدیل آنها به گازهای قابل حذف، از تجمع کک جلوگیری می‌کند. همچنین ZnO می‌تواند به شکل اکسید Zn در سطح، واکنش‌های جانبی را مهار کند.
5. ویژگی‌های فنی و مزایای ZnO
افزایش عمر کاتالیست: کاهش سرعت تخریب و کک‌زایی.
پایداری بالا در دماهای بالا: مناسب برای شرایط دمایی 700 تا 1000 درجه سانتی‌گراد.
بهبود انتخاب‌پذیری واکنش‌ها: کمک به تولید محصول با کیفیت بالاتر در فرآیندهای شیمیایی.
کمک به جذب و حذف سولفور: سولفور یکی از آلاینده‌های مضر برای کاتالیست است و ZnO در کاهش اثرات آن نقش دارد.
6. کاربردهای صنعتی ZnO
صنایع فولادسازی: به عنوان اصلاح‌کننده کاتالیست در واحدهای احیای مستقیم فولاد (DRI).
پتروشیمی و پالایشگاه‌ها: در ریفرمینگ بخار و اصلاح گاز.
تولید متانول و هیدروژن: همراه با سایر کاتالیست‌ها.
تولید رنگ، پلاستیک و سرامیک: به عنوان افزودنی با خواص خاص.
جمع‌بندی
کاتالیست ZnO به دلیل خواص ضد کک‌زایی، پایداری حرارتی و قابلیت اصلاح گاز، یک ماده مهم و مکمل در کاتالیست‌های احیای مستقیم فولاد و سایر فرآیندهای صنعتی است. در ترکیب با کاتالیست‌های نیکل یا مس، ZnO به بهبود عمر مفید، راندمان و کیفیت محصول نهایی کمک می‌کند