I catalizzatori al platino sono ampiamente utilizzati nei processi chimici per reazioni che come l’ossidazione in fase gassosa o l’idrogenazione selettiva.
I processi catalitici sono particolarmente studiati in ambito industriale per la messa a punto di catalizzatori in nuove reazioni o per migliorare quelle già note.
I catalizzatori al platino, infatti, giocano un ruolo determinante per la:
- sintesi di prodotti che si incontrano quotidianamente
- trasformazione di materie prime, per ottenere forme di energia
- tutela ambientale e climatica.
I processi catalitici possono essere di tipo omogeneo se sistema e catalizzatore si trovano nella stessa fase e di tipo eterogeneo se il sistema si trova in uno stato di aggregazione diverso rispetto al catalizzatore.
Le particolari proprietà del platino come catalizzatore erano già note qualche secolo fa. Una delle prime applicazioni risale al 1823 grazie agli studi del chimico tedesco J.W. Döbereiner
che inventò un accenditoio detto lampada di Döbereiner. In esso lo zinco, reagendo con acido solforico produce idrogeno gassoso. Quando una valvola è aperta, un getto di idrogeno è rilasciato generando una fiamma e l’accensione è catalizzata da un filo di platino.
Alcuni dei primi processi catalitici destinati all’industria impiegano catalizzatori al platino o di altri metalli preziosi come nel processo Ostwald per l’ossidazione dell’ammoniaca a acido nitrico.
Catalizzatori al platino supportati
Attualmente nell’industria chimica e petrolchimica sono usati in larga scala catalizzatori al platino eterogenei contenenti, oltre al platino, altri metalli preziosi in sistemi a due componenti detti supportati.
In questa forma che è la più largamente impiegata negli usi industriali dei catalizzatori metallici, il metallo nobile particolarmente costoso è disperso sotto forma di nano-cristalli su opportuni supporti quali allumina, silice, carbone, silice-allumina in modo da realizzare una elevata dispersione della fase metallica per cui quasi tutti gli atomi del metalli sono accessibili ai reagenti generando un gran numero di centri cataliticamente attivi.
A tal fine, le sostanze di supporto, che presentano elevata porosità si possono presentare sotto forma di:
- polvere
- materiali solidi compatti sotto forma di sfere, pastiglie, ecc.
Depurazione dei gas di scarico
Nella depurazione dei gas di scarico dei motori, con poche eccezioni, il platino oltre che altri metalli preziosi, sono utilizzati nella catalisi come componente attivo.
In questo tipo di purificazione catalitica, le sostanze nocive contenute nel gas di scarico, come, ad esempio monossido di carbonio, idrocarburi, altre sostanze organiche e ossidi di azoto, sono convertiti in anidride carbonica, acqua e azoto.
Il catalizzatore è di solito costituito da un involucro metallico contenente:
- il substrato (ceramico, essenzialmente a nido d’ape o metallico)
- il supporto a base di un film detto anche wash coat
Su questo si deposita il materiale catalitico attivo in piccole quantità. Si instaura così un contatto intensivo del gas di scarico con lo strato di catalizzatore garantendo così un’efficace conversione delle sostanze nocive.
Fino al 1990, il substrato catalizzatore era costituito da semplici fili metallici intrecciati, mentre in seguito la Johnson Matthey Noble Metals introdusse un nuovo tipo di garza che incrementa l’efficienza della conversione ed estende la vita del catalizzatore. Da allora questo metodo di produzione è diventato lo standard industriale.
Sebbene la domanda di catalizzatori al platino per la depurazione dei gas di scarico sia aumentata e si siano cercati catalizzatori alternativi, a causa del suo costo, ad oggi, tale metallo rappresenta il costituente indispensabile per questa specie di catalizzatori.
Tra le varie sintesi in cui il platino trova applicazione si ricorda, oltre al già citato processo Ostwald in cui viene usato un catalizzatore a base di platino con il 10% di rodio, il processo Andrussow usato industrialmente per la produzione di acido cianidrico a partire da metano e ammoniaca in presenza di ossigeno.