Каолин ұнтағы химия өнеркәсібінде катализаторлық тірек ретінде баршақты маңызды және кеңінен қолданылатын материалға айналды, оның жоғары беткі ауданы мен өте жақсы тұрақтылығы катализаторлық материалдардың өнімділігін және қызмет ету мерзімін тікелей арттырады. Қазіргі заманғы өнеркәсіптік ортада катализаторлар — әлемдік экономиканы негіздейтін сансыз процестерде маңызды рөл атқарады: мұнай өңдеу (шикі мұнайды пайдалануға болатын отындарға айналдыру), пайдалы заттар өндіру (пластика және жасанды материалдар үшін негізгі компоненттерді шығару), сонымен қатар зиянды шығарындылар мен ластануларды ыдырататын экологиялық тазарту процестері — бұл реакциялар барысында катализаторлар өз химиялық құрамын өзгеріссіз сақтайды. Бұл процестер тек экономикалық тұрғыдан ғана емес, сонымен қатар қоғамның маңызды қажеттіліктерін қанағаттандырады: отындар адамдарды байланыстыратын көлік желілерін қамтамасыз етеді, пайдалы заттар медициналық құрал-жабдықтар, ыдыстар және құрылыс материалдарын шығаруға мүмкіндік береді, ал экологиялық катализаторлар өнеркәсіптің көміртегі ізін және ауа ластануын азайтуға көмектеседі. Өнеркәсіптер жоғары өнімділікке, төмен шығындарға және қатаң экологиялық талаптарға жету үшін катализаторлардың өнімділігін арттыратын тірек материалдарға деген сұраныс артуда — және каолин ұнтағы катализаторлардың белсенділігі мен беріктігін арттыруға қабілетті ерекше қасиетіне байланысты басты таңдау ретінде орын алды.
Катализаторлардың тиімділігі активті компоненттерді (мысалы, металдар немесе металл оксидтері) орында ұстайтын, реактанттарға осы белсенді орындарға жету үшін кедергісіз қатынау мүмкіндігін қамтамасыз ететін және әлсіз материалдарды бүлдіретін қатаң реакциялық жағдайларға шыдайтын үш негізгі функцияны атқаратын тірек материалдарына күшті тәуелді. Сенімді тірек болмағанда, ең күшті активті компоненттер тіпті тұрақты нәтижелер бермейді — белсенді орындар бір-біріне жиналып кетуі мүмкін (бетінің ауданы азаяды), реагенттер тығыз құрылымдарға ену үшін қиындықтарға тап болады немесе тірек жылу мен қысым әсерінен бұзылып, реакциялық қоспаларға ластаушы заттар түседі. Алюминий оксиді немесе кремнезем сияқты дәстүрлі катализатор тіректері ұзақ уақыт бойы қолданылды, бірақ олар жиі заманауи өнеркәсіптік талаптарды қанағаттандыра алмайды. Алюминий оксиді жақсы тұрақтылық қамтамасыз етеді, бірақ катализаторлық белсенділікті шектейтін төменгі бет ауданына ие болуға бейім; кремнезем жоғары бет ауданын ұсынады, бірақ мұнай өңдеудегі жоғары температурада бұзылатындықтан термиялық тұрақтылыққа ие емес. Оларды өндіру әдетте қымбатқа түседі, әсіресе өнеркәсіп стандарттарына сай болу үшін тазарту кезінде. Керісінше, каолин ұнтағы оның табиғи минералдық құрылымын оптимизациялайтын арнайы өңдеу арқылы осы кемшіліктерді жояды. Шикі каолин катализаторларды уландыруы мүмкін болатын іздеу металдарды алып тастау үшін тазартуға дейін ылғалды және органикалық қоспаларды шығару үшін бақыланатын қыздыру (кальцинация) процесіне ұшырайды, нәтижесінде жоғары бет ауданы, ерекше тұрақтылық және құнының тиімділігін қамтамасыз ететін тірек материалы алынады. Бұл үйлесім кейде мұнай қайта өңдеу зауыттарынан бастап, мамандандырылған петрохимиялық өндірістер мен қоршаған ортаны тазарту құрылғыларына дейінгі әртүрлі химиялық қолданыстарда қолданылатын негізгі катализатор тірегіне айналды.
Катализатордың тасымалдаушысы үшін каолин ұнтағының ең маңызды және негізгі сипаттамасы — бетінің үлкен ауданы болып табылады, ол кез-келген қолдануда катализаторлық белсенділік пен тиімділікке тікелей әсер етеді. Катализаторлық реакциялар платина, никель немесе метал оксидтері сияқты белсенді компоненттердің бетінде ғана жүреді, сондықтан бетінің ауданы неғұрлым үлкен болса, реагенттермен әрекеттесуге қатысатын белсенді орындар соғұрлым көп болады. Белсенді орындардың көбеюі реакция жылдамдығының өсуіне, шикізаттың қажетті өнімдерге жоғары дәрежеде айналуына және қажетсіз қосалқы өнімдердің түзілуінің азаюына әкеледі — бұл өнеркәсіптің пайдасы мен тұрақтылығын тікелей арттыратын факторлар. Бұл көмірсутектерді өңдеу сияқты жоғары көлемді өнеркәсіптерде ерекше маңызды, мұнда конверсиялау жылдамдығының бір проценттік өсуі жоғары құнды отындардан миллиондаған қосымша табыс табуға мүмкіндік береді. Петрохимиялық өндірісте белсенді орындардың көбеюі этилен сияқты шикізатты қалдықсыз полимерлерге айналдыруға мүмкіндік береді, өндіріс шығындарын төмендетеді және қоршаған ортаға әсерін азайтады. Қоршаған ортаны қорғау катализаторлары үшін белсенді орындардың көбеюі өнеркәсіптік шығарындылардан улы ластануларды тиімдірек жоюға мүмкіндік береді, бұл объектілердің қатаң шығару нормаларына сай келуіне көмектеседі. Бет ауданы мен өнімділік арасындағы байланыс настий мықты, сондықтан катализатор өндірушілері жиі тасымалдаушының сапасын оның бет ауданы бойынша бағалайды, ал каолин ұнтағы бұл негізгі критерий бойынша көптеген басқа варианттардан тұрақты түрде озып тұрады.
Каолин ұнтағы табиғи пайдалы қазба – филло силикат минералы болып табылатын өңделмеген сазды жоғары өнімді катализаторлық тірекке айналдыру үшін қолданылатын нақты өңдеу процесі арқылы ерекше беттік ауданды қамтамасыз етеді. Тығыз, қабатты құрылымы мен ылғалдың, органикалық заттардың және қоспалардың болуына байланысты өңделмеген каолин салыстырмалы түрде төменгі беттік ауданға ие. Оның потенциалын ашу үшін алдымен өңделмеген каолин түйіршіктердің өлшемін азайту үшін ұсақталады және жертеленеді, бұл бастапқы беттік ауданды арттырады және біркелкі өңдеуді қамтамасыз етеді. Кейінгі ең маңызды кезең — каолинді қажетті қуыс құрылымына байланысты орташа немесе жоғары температураға дейін бақыланатын пештерде қыздыру арқылы өткізілетін кальцинация. Бұл қыздыру байланысқан ылғалды шығарады және органикалық қоспаларды жағып жояды, саздың құрылымының кеңеюіне және микроскопиялық бір-бірімен байланысқан қуыстардың пайда болуына әкеледі. Нанометрмен өлшенетін бұл қуыстар каналдардың үлкен желісін құрайды, бұл беттік ауданды едәуір арттырады — қуытылған каолиннің беттік ауданы өңделмеген сазға қарағанда ондаған есе жоғары болуы мүмкін. Маңыздысы, кальцинация параметрлері белгілі бір қолданыстарға лайықтап жасалады: жоғары температура сутегі сияқты ұсақ молекулалармен реакциялар үшін идеалды кіші, тығыз қуыстарды, ал төменгі температура ірі көмірсутек молекулаларын өңдеуге сәйкес келетін үлкен қуыстарды қалыптастырады. Кальцинациядан кейін каолин темір оксидтері немесе ауыр металдар сияқты қалдық қоспаларды шығару үшін тазарту процесінен өтеді, себебі олар активті компоненттерге байланысып, катализатордың тиімділігін төмендетуі мүмкін. Соңғы өнім — активті катализаторлық компоненттерді ұстап тұру үшін оптималды беттік аудан мен құрылымға ие, қуысты, жоғары тазалықтағы каолин ұнтағы.
Мұнай өңдеуде каолин ұнтағына негізделген катализаторлар күрделі гидрокөмірсутектерді бензин, дизель және ұшатын реактивті отын сияқты жеңіл, құны жоғары отындарға ыдырату үшін бетінің үлкен ауданын пайдаланады. Дүниежүзі бойынша мұнай кен орындарынан өндірілетін ауыр шикі мұнайда нарықта төмен бағаланатын үлкен, күрделі гидрокөмірсутек молекулалары болады — бұл молекулалар тасымалдау үшін тікелей пайдалану үшін тым үлкен, сондықтан оларды ыдырату реакциялары арқылы ыдырату керек. Бұл реакциялар үлкен молекулалардағы көміртек-көміртек байланыстарын үзу үшін белсенді орындары көп катализаторларды қажет етеді, ал каолинге негізделген катализаторлар дәл осыны ұсынады. Каолин таспасының сіңіргіш құрылымы ауыр гидрокөмірсутек молекулаларының поралар ішіне ендірілген (жиі никель немесе кобальт сияқты) белсенді орындарға оңай кіруіне мүмкіндік береді. Осы жерге жеткен соң белсенді орындар үлкен молекулаларды кішілерге бөледі, одан кейін олар поралардан шығып, жеңіл отын ретінде шығады. Дәстүрлі таспалармен салыстырғанда каолинге негізделген катализаторлар айналым деңгейін арттырады — яғни ауыр мұнайдың көбірек пайдаланылатын отынға айналуын білдіреді — және катализаторларды босантып, жиі ауыстыруды талап ететін кокс (қатты көміртегі қалдығы) сияқты қосалқы өнімдердің пайда болуын азайтады. Бұл тек құны жоғары отындардың өндірілуін арттыра түседі ғана емес, сонымен қатар катализатордың қызмет ету мерзімін ұзартып, мұнай өңдеу зауыттарының тоқтап тұру уақытын азайтады. Мысалы, сұйық катализаторлық крекингте (ең кең тараған өңдеу процестерінің бірі) каолинге негізделген катализаторлар бензин өнімін маңызды шамаға дейін арттырып, кокс түзілуін азайтқаны дәлелденді, бұл зауыттарды тиімдірек және пайдалырақ етеді. Сонымен қатар, қалдықтың азаюы өңделмеген ауыр мұнай мен кокстың жоюы керек болатын көлемін азайтқандықтан, экологиялық әсерді де төмендетеді.
Петрохимиялық өндіруде каолинмен қамтамасыз етілетін катализаторлардың үлкен беті реагенттер мен белсенді компоненттердің максималды түрде әрекеттесуін қамтамасыз етеді, нәтижесінде этилен, пропилен және бензол сияқты жоғары құнды химикаттар алу үшін шикізаттың түрленуін арттырады — бұл пластмассалар, синтетикалық талшықтар және арнайы химикаттар үшін негізгі құрылымдық элементтер. Петрохимиялық процестер жиі бір қосылысты таңдамалы түрде екіншісіне айналдыру үшін катализаторларды қажет ететін дәл реакциялардан тұрады, ал каолин таспасының үлкен беті активті орындармен әрекеттесуге мүмкіндік беру арқылы түзілген заттардың пайда болуынан бұрын реагенттердің әрекеттесуін қамтамасыз ету арқылы осы таңдамалылықты арттырады. Мысалы, нафта (мұнайдың қосалқы өнімі) будың ыдырауында каолин ұнтағына негізделген катализаторлар нафтаны полиэтилен үшін негізгі компонент болып табылатын этиленге айналдыруға көмектеседі, ол пластик қапшықтар, шынылар және орамалар жасау үшін қолданылады. Каолиннің жұқа құрылымы нафта буының активті орындар бойынша біркелкі таралуына мүмкіндік береді, сондықтан нафтаның бәрі этиленге айналады да, құнды емес қосалқы өнімдерге айналмайды. Осыған ұқсас полипропилен үшін автомобиль бөлшектері мен тамақ сақтайтын ыдыстарда қолданылатын пропилен өндіруде каолинмен қамтамасыз етілетін катализаторлар үлкен көмірсутектерді пропиленге ыдырату үшін жеткілікті активті орындарды қамтамасыз ету арқылы шығымды арттырады. Шығымнан тыс каолин таспасы жоғары температура мен қысымда жиі жүретін петрохимиялық процестерде катализатордың тұрақтылығын да жақсартады. Жоғары температурада жұмсаруы мүмкін кремнезем таспаларынан айырмашылықта каолин өзінің жұқа құрылымын сақтайды, сондықтан активті орындарға қол жетімді болып қалады және катализатордың өнімділігі уақыт өте келе тұрақты болып қалады. Бұл тұрақтылық катализаторды жиі ауыстырудың қажеттілігін азайтады, петрохимиялық зауыттардың өндіріс құнын төмендетеді және тоқтап тұру уақытын минимизациялайды. Еріткіштер немесе желімдер сияқты арнайы химикаттарды өндіруде каолинмен қамтамасыз етілетін катализаторлар реакция жағдайларын дәл бақылауға мүмкіндік береді, сондықтан өнім сапасы қатаң өнеркәсіптік стандарттарға сай болады.
