تحسين محفزات فيشر-تروبش مع سونيكيشن
تحسين توليف محفزات فيشر-تروبش مع الموجات فوق الصوتية: يستخدم العلاج بالموجات فوق الصوتية لجزيئات المحفز لعدة أغراض. يساعد التوليف بالموجات فوق الصوتية على إنشاء جزيئات نانوية معدلة أو وظيفية ، والتي لها نشاط تحفيزي عالي. يمكن استرداد المحفزات المستهلكة والمسمومة بسهولة وسرعة عن طريق المعالجة السطحية بالموجات فوق الصوتية ، والتي تزيل القاذورات المعطلة من المحفز. أخيرا ، ينتج عن إزالة التكتل والتشتت بالموجات فوق الصوتية توزيع موحد أحادي التشتت لجزيئات المحفز لضمان سطح جسيمات نشط عالي ونقل الكتلة من أجل التحويل التحفيزي الأمثل.
مزايا تحضير المحفز بالموجات فوق الصوتية لعمليات فيشر-تروبش
توفر الموجات فوق الصوتية مزايا كبيرة في تخليق محفزات فيشر-تروبش، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى قدرتها على إحداث تحكم دقيق في مورفولوجيا المحفز وتوزيع الموقع النشط. ويضمن التجويف عالي الطاقة الناتج عن الموجات فوق الصوتية الخلط السريع وإزالة التكتل الفعال للمواد السليفة مما يؤدي إلى توزيع حجم الجسيمات بشكل موحد للغاية وزيادة مساحة السطح. ويؤدي هذا التجانس المعزز إلى تشتت أكبر للمكونات النشطة، وهو أمر بالغ الأهمية لتعظيم عدد مواقع التفاعل التي يمكن الوصول إليها. وعلاوة على ذلك، غالبًا ما تؤدي حركية الخلط المتحكم فيها إلى تكوين هياكل مسامية ومستقرة للغاية، وبالتالي تحسين الأداء التحفيزي والانتقائية والاستقرار طويل الأجل للمحفز في ظل ظروف التفاعل القاسية.
سونيكاتور UIP1500hdT مع خلية التدفق للتخليق الكيميائي الصوتي لمحفزات فيشر-تروبش
التأثيرات فوق الصوتية على المواد الحفازة
تشتهر الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة بتأثيرها الإيجابي على التفاعلات الكيميائية. عندما يتم إدخال الموجات فوق الصوتية المكثفة في التجويف الصوتي المتوسط السائل يتم توليد. ينتج التجويف بالموجات فوق الصوتية ظروفا قاسية محليا مع درجات حرارة عالية جدا تصل إلى 5000 كلفن ، وضغوط تبلغ حوالي 2000 ضغط جوي ، ونفاثات سائلة تصل سرعتها إلى 280 م / ث. تعرف ظاهرة التجويف الصوتي وتأثيراته على العمليات الكيميائية تحت مصطلح سونوكيمياء.
التطبيق الشائع للموجات فوق الصوتية هو إعداد المحفزات غير المتجانسة: تعمل قوى التجويف بالموجات فوق الصوتية على تنشيط مساحة سطح المحفز حيث يولد تآكل التجويف أسطحا غير خاملة وشديدة التفاعل. علاوة على ذلك ، يتم تحسين نقل الكتلة بشكل كبير من خلال تدفق السائل المضطرب. يؤدي تصادم الجسيمات العالي الناجم عن التجويف الصوتي إلى إزالة طلاء أكسيد السطح لجزيئات المسحوق مما يؤدي إلى إعادة تنشيط سطح المحفز.
تخليق المحفز المطعّم بالبلاديوم باستخدام جهاز الصوتيات UIP1000hdT
الدراسة والصورة: ©بريكوب وآخرون، 2020
إعداد بالموجات فوق الصوتية من محفزات فيشر تروبش
تحتوي عملية Fischer-Tropsch على العديد من التفاعلات الكيميائية التي تحول خليطا من أول أكسيد الكربون والهيدروجين إلى هيدروكربونات سائلة. بالنسبة لتخليق فيشر-تروبش، يمكن استخدام مجموعة متنوعة من العوامل الحفازة، ولكن الأكثر استخداما هي الفلزات الانتقالية، الكوبالت والحديد والروثينيوم. يتم تشغيل توليف فيشر-تروبش بدرجة حرارة عالية مع محفز الحديد.
نظرا لأن محفزات Fischer-Tropsch عرضة للتسمم بالمحفز بواسطة المركبات المحتوية على الكبريت ، فإن إعادة التنشيط بالموجات فوق الصوتية لها أهمية كبيرة للحفاظ على النشاط التحفيزي الكامل والانتقائية.
- الترسيب أو التبلور
- (نانو-) جزيئات ذات حجم وشكل يتم التحكم فيهما جيدا
- خصائص السطح المعدلة والوظيفية
- تخليق الجسيمات المخدرة أو القشرة الأساسية
- هيكلة مسامية
التوليف بالموجات فوق الصوتية لمحفزات القشرة الأساسية
الهياكل النانوية ذات الغلاف الأساسي هي جسيمات نانوية مغلفة ومحمية بغلاف خارجي يعزل الجسيمات النانوية ويمنع هجرتها واندماجها أثناء التفاعلات التحفيزية
قام Pirola et al. (2010) بإعداد محفزات Fischer-Tropsch القائمة على الحديد المدعومة بالسيليكا مع تحميل عالي من المعدن النشط. في دراستهم تبين أن التشريب بمساعدة الموجات فوق الصوتية لدعم السيليكا يحسن ترسب المعادن ويزيد من نشاط المحفز. أشارت نتائج تخليق Fischer-Tropsch إلى أن المحفزات التي أعدتها الموجات فوق الصوتية هي الأكثر كفاءة ، خاصة عندما يتم إجراء التشريب بالموجات فوق الصوتية في جو الأرجون.
UIP2000hdT – جهاز صوتي قوي بقدرة 2 كيلوواط لتحضير المواد الحفازة.
إعادة تنشيط محفز بالموجات فوق الصوتية
تُعد المعالجة السطحية للجسيمات بالموجات فوق الصوتية طريقة سريعة وسهلة لتجديد وإعادة تنشيط المحفزات المستهلكة والمخمّدة. تسمح قابلية تجديد المحفز بإعادة تنشيطه وإعادة استخدامه، وبالتالي فهي خطوة عملية اقتصادية وصديقة للبيئة.
تعمل معالجة الجسيمات بالموجات فوق الصوتية على إزالة طبقات التخميل المعطلة والقاذورات والشوائب من جسيم المحفز، والتي تسد مواقع التفاعل الحفزي. تؤدي المعالجة بالموجات فوق الصوتية لملاط المحفز المستنفد إلى غسل سطح جسيم المحفز بالموجات فوق الصوتية، وبالتالي إزالة الترسبات من الموقع النشط حفازًا. بعد الموجات فوق الصوتية، يتم استعادة نشاط المحفز إلى نفس فعالية المحفز الطازج. وعلاوة على ذلك، يكسر الصوتنة التكتلات ويوفر توزيعًا متجانسًا وموحدًا للجسيمات الأحادية التشتت، مما يزيد من مساحة سطح الجسيمات وبالتالي الموقع الحفاز النشط. وبالتالي، ينتج عن استعادة المحفز بالموجات فوق الصوتية في المحفزات المجددة مع مساحة سطح نشطة عالية لتحسين نقل الكتلة.
يعمل تجديد المحفز بالموجات فوق الصوتية للجزيئات المعدنية والمعدنية والجسيمات المسامية (المتوسطة) والمركبات النانوية.
Read more about ultrasonic regeneration of spent catalysts!
أجهزة صوتيات عالية الأداء للتخليق الكيميائي الصوتي لمحفزات فيشر-تروبش
تُعد أجهزة Hielscher للموجات فوق الصوتية مفضلة للغاية في تخليق المحفزات نظرًا لتصميمها القوي ودقتها وقابليتها للتطوير، مما يوفر مزايا كبيرة مقارنة بمعدات الصوتيات العامة. توفر هذه الوحدات طاقة بالموجات فوق الصوتية عالية الكثافة يمكن التحكم فيها بدقة وبكثافة عالية، وهو أمر بالغ الأهمية لتحقيق تشتت موحد للمواد السليفة وتسهيل التنوي الدقيق ونمو جزيئات المحفز. تسمح أنظمة التحكم المتطورة للباحثين بتنظيم المعلمات بدقة مثل خرج الطاقة ومدة النبضة، مما يضمن نتائج تجريبية قابلة للتكرار - وهو عامل حيوي في علم المواد. وعلاوة على ذلك، تشتهر أجهزة Hielscher للموجات الصوتية بمتانتها وقدرتها على التعامل مع مختلف المقاييس، بدءًا من الدفعات المختبرية الصغيرة إلى عمليات المصانع التجريبية، مما يتيح الانتقال الفعال لتركيبات المحفزات الواعدة من الأبحاث على نطاق مقاعد البدلاء إلى التطبيق الصناعي. تضمن المعايير الهندسية والتصنيعية الألمانية أن معدات Hielscher بالموجات فوق الصوتية يمكن تشغيلها بشكل موثوق في التشغيل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع تحت أحمال ثقيلة.
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الصوتيات لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
حقائق تستحق المعرفة
ما هو تفاعل فيشر-تروبش؟
إن تفاعل فيشر-تروبش هو عملية كيميائية تحفيزية تقوم بتحويل الغاز التخليقي، وهو خليط من أول أكسيد الكربون والهيدروجين، إلى هيدروكربونات مثل الألكانات والألكينات والشمع والوقود السائل. وهي مسار مهم لإنتاج الوقود الاصطناعي والمواد الكيميائية من الفحم أو الغاز الطبيعي أو الكتلة الحيوية أو الغاز التخليقي المشتق من ثاني أكسيد الكربون.
ما هو محفز فيشر-تروبتش؟
إن محفز فيشر-تروبش هو مادة حفازة صلبة تعزز هدرجة وتحويل أول أكسيد الكربون مع الهيدروجين إلى هيدروكربونات. والمعادن النشطة الأكثر استخدامًا هي الحديد والكوبالت والروثينيوم، وغالبًا ما يتم دعمها على مواد مثل الألومينا أو السيليكا أو التيتانيا أو الكربون لتحسين مساحة السطح والاستقرار والانتقائية.
ما هي الصناعات التي تستخدم تفاعلات فيشر-تروبتش؟
تُستخدم تفاعلات فيشر-تروبش في صناعة الوقود الاصطناعي، وصناعة البتروكيماويات، وإنتاج تحويل الغاز إلى سوائل، وإنتاج الفحم إلى سوائل، وإنتاج الكتلة الحيوية إلى سوائل، والقطاعات الناشئة في تحويل الطاقة إلى سوائل واستخدامات احتجاز الكربون. وهي ذات صلة بشكل خاص بإنتاج الديزل ووقود الطائرات ومواد التشحيم والشمع والأوليفينات وغيرها من المواد الأولية الهيدروكربونية.
ما هي تطبيقات محفزات فيشر-تروبتش؟
تخليق فيشر-تروبش هو فئة من العمليات التحفيزية التي يتم تطبيقها في إنتاج الوقود والمواد الكيميائية من الغاز التخليقي (خليط من CO و H2) ، والتي يمكن أن تكون
مشتق من الغاز الطبيعي أو الفحم أو الكتلة الحيوية في عملية Fischer-Tropsch ، يتم استخدام محفز يحتوي على معدن انتقالي لإنتاج الهيدروكربونات من المواد الأولية الأساسية للغاية الهيدروجين وأول أكسيد الكربون ، والتي يمكن اشتقاقها من موارد مختلفة تحتوي على الكربون مثل الفحم والغاز الطبيعي والكتلة الحيوية وحتى النفايات.
الأدب / المراجع
- Prekob, Á., Muránszky, G., Kocserha, I. et al. (2020): Sonochemical Deposition of Palladium Nanoparticles Onto the Surface of N-Doped Carbon Nanotubes: A Simplified One-Step Catalyst Production Method. Catalysis Letters 150, 2020. 505–513.
- Hajdu Viktória; Prekob Ádám; Muránszky Gábor; Kocserha István; Kónya Zoltán; Fiser Béla; Viskolcz Béla; Vanyorek László (2020): Catalytic activity of maghemite supported palladium catalyst in nitrobenzene hydrogenation. Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis 2020.
- Pirola, C.; Bianchi, C.L.; Di Michele, A.; Diodati, P.; Boffito, D.; Ragaini, V. (2010): Ultrasound and microwave assisted synthesis of high loading Fe-supported Fischer–Tropsch catalysts. Ultrasonics Sonochemistry, Vol.17/3, 2010, 610-616.
- Suslick, K.S.; Hyeon, T.; Fang, M.; Cichowlas, A. A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering A204, 1995, 186-192.
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع الخالط بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من المختبر ل الحجم الصناعي.